La carga eléctrica. Ley de Coulomb<br />Una de las interacciones fundamentales descritas por la física es la electricidad....
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Ley De Ohm

  1. 1. La carga eléctrica. Ley de Coulomb<br />Una de las interacciones fundamentales descritas por la física es la electricidad. Aunque conocidos desde antiguo, los fenómenos eléctricos no empezaron a ser explicados de forma sistemática hasta las postrimerías del siglo XVIII, y sólo a mediados del XIX se descubrió su estrecha relación con otra manifestación común de la naturaleza: el magnetismo. <br />La electricidad en la naturaleza <br />La carga eléctrica es una de las propiedades básicas de la materia. Aunque la comprensión extensa de sus manifestaciones se resistió durante siglos al escrutinio de la ciencia, ya hacia el año 600 a. C. los filósofos griegos describieron con detalle el experimento por el cual una barra de ámbar frotado atrae pequeños pedacitos de paja u otro material ligero (electrización por frotamiento). <br />Los fenómenos eléctricos, indivisiblemente unidos a los magnéticos, están presentes en todas partes, ya sea en las tormentas, la radiación solar o el cerebro humano. Modernamente, sus propiedades se aprovechan en múltiples campos de actividad, y la electricidad se ha convertido en una forma esencial de consumo y transporte de energía.<br />Por su naturaleza eléctrica, los cuerpos físicos se clasifican en conductores, que transmiten la electricidad fácilmente, y aislantes o dieléctricos, que oponen una resistencia elevada a su paso. Los semiconductores presentan una conductividad intermedia entre estas dos clases. <br />Cargas eléctricas <br />La esencia de la electricidad es la carga eléctrica. Esta cualidad existe en dos clases distintas, que se denominan cargas positivas y negativas. Las cargas eléctricas de la misma clase o signo se repelen mutuamente y las de signo distinto se atraen. <br />En realidad, la carga eléctrica de un cuerpo u objeto es la suma de las cargas de cada uno de sus constituyentes mínimos: moléculas, átomos y partículas elementales. Por ello se dice que la carga eléctrica está cuantizada. Además, las cargas se pueden mover o intercambiar, pero sin que se produzcan cambios en su cantidad total (ley de conservación de la carga).<br />En el estado normal de los cuerpos materiales, las cargas eléctricas mínimas están compensadas, por lo que dichos cuerpos se comportan eléctricamente como neutros. Hace falta una acción externa para que un objeto material se electrice.<br />La electrización de un cuerpo se consigue extrayendo del mismo las cargas de un signo y dejando en él las de signo contrario. En tal caso, el cuerpo adquiere una carga eléctrica neta no nula. <br />Fuerza eléctrica <br />Los fenómenos de la electrización y la conducción pueden explicarse como el resultado de la acción de fuerzas eléctricas. Entre dos cargas próximas inicialmente en reposo siempre se establece un tipo de fuerzas, llamadas electrostáticas, de tal forma que, si las partículas cargadas son suficientemente pequeñas como para que puedan considerarse puntuales, se cumple en las siguientes condiciones: <br />La fuerza establecida entre ambas tiene una dirección que coincide con una línea recta imaginaria que une las dos cargas. <br />La fuerza ejercida sobre una carga apunta hacia la otra cuando las dos tienen distinto signo (fuerza atractiva). <br />El sentido de la fuerza se dirige hacia el lado opuesto de la carga cuando ambas tienen el mismo signo (fuerza repulsiva). <br />Ilustración de las fuerzas electrostáticas. En (a) las dos cargas son positivas o negativas; en (b) una es positiva y la otra, negativa.<br />Ley de Coulomb <br />La magnitud de las fuerzas eléctricas de atracción y repulsión entre cargas se rige por el principio fundamental de la electrostática, también llamado ley de Coulomb. Esta ley establece que la fuerza de atracción (o repulsión) entre dos cargas eléctricas puntuales de distinto (o igual) signo es directamente proporcional al producto del valor de sus cargas e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que las separa: <br />La constante de proporcionalidad K se define del modo siguiente:<br />donde e0 es una constante denominada permitividad eléctrica del vacío, cuyo valor es 8,8542·10-12 C2/N·m2.<br />MANEJO DE INSTRUMENTOS ELECTRICOS<br />EL VOLTÍMETROEs un aparato que sirve para medir la tensión eléctrica o el voltaje.<br />Para medir tensión debemos colocar las pinzas en PARALELO con el componente que queremos medir. Si medimos tensión continua debemos tener en cuenta que la pinza de color rojo debe conectar al punto de mayor tensión y la pinza negra al negativo o masa del circuito.Si el voltímetro es de aguja (analógico) tendremos que calcular la medida teniendo en cuenta el final de la escala graduada.<br />EL AMPERÍMETRO ( GALVANOMETRO)Es un aparato de medida que sirve para medir intensidad de corriente. También tiene dos puntas de prueba. Debemos colocarlo en SERIE con el componente que queremos medir. Si tiene selector de escala debemos siempre poner la escala mayor para evitar el deterioro del amperímetro.<br />EL MULTIMETRO DIGITAL<br />190502273300El multímetro digital es un instrumento electrónico de medición que generalmente calcula voltaje, resistencia y corriente, aunque dependiendo del modelo de multímetro puede medir otras magnitudes como capacitancia y temperatura. Gracias al multímetro podemos comprobar el correcto funcionamiento de los componentes y circuitos electrónicos.Ventajas sobre el multímetro analógico: Una palabra lo dice todo, exactitud.PARTES Y FUNCIONES DE UN MULTÍMETRO DIGITAL.A continuación describiremos las partes y funciones de un multímetro (Steren MUL-270), recuerda que generalmente los multímetros son semejantes, aunque dependiendo de modelos, pueden cambiar la posición de sus partes y la cantidad de funciones, es por eso que cada parte tiene un símbolo estándar que identifica su función.<br />1.- Power: Botón de apagado-encendido.2.- Display: Pantalla de cristal líquido en donde se muestran los resultados de las mediciones.3.- Llave selectora del tipo y rango de medición: Esta llave nos sirve para seleccionar el tipo de magnitud a medir y el rango de la medición.4.- Rangos y tipos de medición: Los números y símbolos que rodean la llave selectora indican el tipo y rango que se puede escoger. En la imagen anterior podemos apreciar los diferentes tipos de posibles mediciones de magnitudes como el voltaje directo y alterno, la corriente directa y alterna, la resistencia, la capacitancia, la frecuencia, prueba de diodos y continuidad.<br />DISPOSITIVOS Y COMPONENTES ELECTRONICOS<br />LA RESISTENCIA<br />Se denomina resistor o resistencia al componente electrónico diseñado para introducir una resistencia eléctrica determinada entre dos puntos de un circuito. En otros casos, como en las planchas, calentadores, etc., las resistencias se emplean para producir calor aprovechando el efecto Joule.<br />Es un material formado por carbon y otros elementos resistivos para disminuir la corriente que pasa se opone al paso de la corriente la corriente máxima en un resistor viene condicionado por la máxima potencia que puede disipar su cuerpo. Esta potencia se puede identificar visualmente a partir del diámetro sin que sea necesaria otra indicación. Los valores más corrientes son 0,25 W, 0,5 W y 1 W.<br />Existen resistencias de valor variable, que reciben el nombre de REOSTATOS<br />CODIGO DE COLORES<br />EL CONDENSADOR<br />En condensador es un dispositivo formado por dos placas metálicas separadas por un aislante llamado dieléctrico.<br />Un dieléctrico o aislante es un material que evita el paso de la corriente.<br />El condensador o capacitor almacena energía en la forma de un campo eléctrico (es evidente cuando el capacitor funciona con corriente directa) y se llama capacitancia o capacidad a la cantidad de cargas eléctricas que es capaz de almacenar<br />Dieléctrico o aislante<br />Un dieléctrico o aislante es un material que evita el paso de la corriente, y su función es aumentar la capacitancia del capacitor.<br />Los diferentes materiales que se utilizan como dieléctricos tiene diferentes grados de permitividad(diferente capacidad para el establecimiento de un campo eléctrico<br />Mientras mayor sea la permitividad, mayor es la capacidad del condensador. La capacitancia de un condensador está dada por la fórmula: C = Er x A / d<br />donde:<br />- C = capacidad<br />- Er = permitividad<br />- A = área entre placas<br />- d = separación entre las placas<br />La unidad de medida es el faradio. Hay submúltiplos como el miliFaradio (mF), microFaradio (uF), el nanoFaradio (nF) y el picoFaradio (pF)<br />Las principales características eléctricas de un condensador son su capacidad o capacitancia y su máxima tensión entre placas (máxima tensión que es capaz de aguantar sin dañarse).<br />EL TRANSFORMADOR<br />El transformador es un dispositivo que se encarga de " transformar" el voltaje de corriente alterna que tiene a su entrada en otro diferente amplitud, que entrega a su salida.<br />Se compone de un núcleo de hierro sobre el cual se han arrollado varias espiras (vueltas) de alambre conductor.<br />Este conjunto de vueltas se llaman bobinas y se denominan:<br />Bobina primaria o " primario" a aquella que recibe el voltaje de entrada y Bobina secundaria o " secundario" a aquella que entrega el voltaje transformado.<br />- La Bobina primaria recibe un voltaje alterno que hará circular, por ella, una corriente alterna.<br />- Esta corriente inducirá un flujo magnético en el núcleo de hierro.<br />- Como el bobinado secundario está arrollado sobre el mismo núcleo de hierro, el flujo magnético circulará a través de las espiras de éste.<br />- Al haber un flujo magnético que atraviesa las espiras del " Secundario" , se generará por el alambre del secundario un voltaje. En este bobinado secundario habría una corriente si hay una carga conectada (el secundario conectado por ejemplo a un resistor)La razón de transformación del voltaje entre el bobinado " Primario" y el " Secundario" depende del número de vueltas que tenga cada uno. Si el número de vueltas del secundario es el triple del primario. En el secundario habrá el triple de voltaje. La fórmula:<br />Entonces:Vs = Ns x Vp / Np<br />Un transformador puede ser " elevador o reductor" dependiendo del número de espiras de cada bobinado. Si se supone que el transformador es ideal. (la potencia que se le entrega es igual a la que se obtiene de él, se desprecian las perdidas por calor y otras), entonces:<br />Potencia de entrada (Pi) = Potencia de salida (Ps). Pi = Ps<br />EL DIODO<br />El diodo semiconductor es el dispositivo semiconductor más sencillo y se puede encontrar, prácticamente en cualquier circuito electrónico.<br />Los diodos se fabrican en versiones de silicio (la más utilizada) y de germanio.<br />Símbolo del diodo ( A - ánodo, K - cátodo)<br />Los diodos constan de dos partes, una llamada N y la otra llamada P, separados por una juntura llamada barrera o unión. Esta barrera o unión es de 0.3 voltios en el diodo de germanio y de 0.6 voltios aproximadamente en el diodo de silicio.<br />Principio de operación de un diodo<br />El semiconductor tipo N tiene electrones libres (exceso de electrones) y el semiconductor tipo P tiene huecos libres (ausencia o falta de electrones)<br />Cuando una tensión positiva se aplica al lado P y una negativa al lado N, los electrones en el lado N son empujados al lado P y los electrones fluyen a través del material P mas allá de los límites del semiconductor.<br />De igual manera los huecos en el material P son empujados con una tensión negativa al lado del material N y los huecos fluyen a través del material N.<br />En el caso opuesto, cuando una tensión positiva se aplica al lado N y una negativa al lado P, los electrones en el lado N son empujados al lado N y los huecos del lado P son empujados al lado P. En este caso los electrones en el semiconductor no se mueven y en consecuencia no hay corriente<br />El diodo se puede hacer trabajar de 2 maneras diferentes:<br />Aplicaciones del diodo<br />Los diodos tienen muchas aplicaciones, pero una de la más comunes es el proceso de conversión de corriente alterna (C.A.) a corriente continua (C.C.). En este caso se utiliza el diodo como rectificador<br />EL TRANSISTOR<br /> <br />El transistor es un dispositivo electrónico semiconductor que cumple funciones de amplificador, oscilador, conmutador o rectificador. El término " transistor" es la contracción en inglés de transfer resistor (" resistencia de transferencia" ). Actualmente se los encuentra prácticamente en todos los artefactos domésticos de uso diario: radios, televisores, grabadoras, reproductores de audio y video, hornos de microondas, lavadoras, automóviles, equipos de refrigeración, alarmas, relojes de cuarzo, computadoras, calculadoras, impresoras, lámparas fluorescentes, equipos de rayos X, tomógrafos, ecógrafos, reproductores mp3, celulares, etc.<br />Tipos de transistor<br />Existen distintos tipos de transistores, de los cuales la clasificación más aceptada consiste en dividirlos en transistores bipolares o BJT (Bipolar Junction Transistor) y transistores de efecto de campo o FET (Field Effect Transistor). La familia de los transistores de efecto de campo es a su vez bastante amplia, englobando los JFET, MOSFET, MISFET, etc... <br />La diferencia básica entre ambos tipos de transistor radica en la forma en que se controla el flujo de corriente. En los transistores bipolares, que poseen una baja impedancia de entrada, el control se ejerce inyectando una baja corriente(corriente de base), mientras que en el caso de los transistores de efecto de campo, que poseen una alta impedancia, es mediante voltaje (tensión de gate).<br />Transistores bipolares<br />Los transistores bipolares surgen de la unión de tres cristales de semiconductor con dopajes diferentes e intercambiados. Se puede tener por tanto transistores PNP o NPN. Tecnológicamente se desarrollaron antes que los de efecto de campo o FET.<br />Los transistores bipolares se usan generalmente en electrónica analógica. Támbién en algunas aplicaciones de electrónica digital como la tecnología BICMOS o TTL.<br />Transistores de efecto de campo<br />Los transistores de efecto de campo o FET más conocidos son los JFET (Junction Field Effect Transistor), MOSFET (Metal-Oxide-Semiconductor FET) y MISFET (Metal-Insulator-Semiconductor FET).<br />Tienen tres terminales denominadas puerta (o gate) a la equivalente a la base del BJT, y que regula el paso de corriente por las otras dos terminales, llamadas drenador (drain) y fuente (source). <br />Presentan diferencias de comportamiento respecto a los BJT. Una diferencia significativa es que, en los MOSFET, la puerta no absorve intensidad en absoluto, frente a los BJT, donde la intensidad que atraviesa la base es pequeña en comparación con la que circula por las otras terminales, pero no siempre puede ser despreciada.<br />Así como los transistores bipolares se dividen en NPN y PNP, los de efecto de campo o FET poseen también dos tipos. Aquellos en los cuales la aplicación del voltaje de gate o puerta produce un aumento de la resistencia al paso de la corriente, y aquellos en que dicha tensión la disminuye.<br />Transistores y electrónica de potencia<br />Con el desarrollo tecnológico y evolución de la electrónica, la capacidad de los dispositivos semiconductores para soportar cada vez mayores niveles de tensión y corriente ha permitido su uso en aplicaciones de potencia. Es así como actualmente los transistores son empleados en convertidores estáticos de potencia, principalmente Inversores.<br />

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