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Fundamentos de electromagnetismo
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Fundamentos de electromagnetismo

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  • 1. SENA - Curso virtual de Electrónica Básica Fundamentos Eléctricos SERVICIO NACIONAL DE APRENDIZAJE SENA CENTRO METALMECANICO REGIONAL ANTIOQUIA CURSO VIRTUAL ELECTRÓNICA BÁSICA FUNDAMENTOS ELÉCTRICOS Y ELECTROMAGNETICOS MATERIAL DE APOYO 1
  • 2. SENA - Curso virtual de Electrónica Básica Fundamentos EléctricosSEMANA 1FUNDAMENTOS ELÉCTRICOSEsta semana trabajaremos los temas "Principios de la Electricidad" y “MagnitudesEléctricas”.INTRODUCCIÓNEste primer tema pretende que usted se familiarice con las diferentes formas deproducir corriente eléctrica, además, se le ofrece un recuento histórico de lasprimeras manifestaciones que el hombre identificó.OBJETIVOAl terminar el tema 1 usted estará en capacidad de reconocer las diferentesformas de producir corriente eléctrica.CONTENIDOS1. Naturaleza de la electricidad. EL átomo La estática Generación de la electricidad2. Magnitudes eléctricas. El voltio El amperio El ohmio El watio 2
  • 3. SENA - Curso virtual de Electrónica Básica Fundamentos Eléctricos NATURALEZA DE LA ELECTRICIDADLos antiguos griegos comprobaron que el ámbar (Elektrón) frotado con lana atraíacuerpos ligeros; nosotros lo justificamos diciendo que el ámbar está electrizado, queposee carga eléctrica o bien que está cargado.En las experiencias actuales se utiliza la ebonita, la cual al frotarla con piel atraedurante un corto tiempo a cuerpos pequeños, para soltarse después debido a que hasido electrizado el cuerpo atraído con cargas del mismo signo que la ebonita, ycomienza la repulsión.Si ahora frotamos una barra de vidrio con seda y la ponemos en contacto con bolitasde médula de saúco, veremos que ocurre el mismo fenómeno que con la ebonita, esdecir, serán atraídas por el vidrio y al cabo de un corto tiempo serán repelidas poréste y entre sí.Si a continuación acercamos una bolita que ha estado en contacto con ebonitaelectrizada, a otra bolita que ha estado en contacto con vidrio electrizado, veremosque ambas bolitas se atraen.Esto nos lleva a la conclusión de que hay dos clases de carga eléctrica, la que tienela ebonita frotada con piel o carga negativa y la que tiene el vidrio frotado con lana ocarga positiva.Las cargas eléctricas no son engendradas ni creadas en los cuerpos, son adquiridaso transmitidas. Cuando se pierden electrones se adquiere carga positiva, y cuandose ganan electrones se tiene carga negativa.El electrón está en la materia, mucho más allá de las células, en los confines dela composición esencial de las cosas o elementos químicos que nos forman; encada cosa que tocamos y vemos; sólo que está potencialmente estática o quieta ygracias a los avances tecnológicos se ha logrado hacer uso de ella, para elbeneplácito y desarrollo evolutivo tecnológico del hombre.Se ha descubierto que en algunos lugares de la naturaleza, la corriente eléctricase encuentra en grandes cantidades y si se canaliza adecuadamente, podemosservirnos eficazmente de ella.La materia y sus estados. Simple y llanamente, es todo aquello que nos rodea yque estimula los sentidos de diferente manera. Está hecha de un sinnúmero desustancias que ocupan un espacio o lugar y cada una tiene sus características ypropiedades físicas y químicas, por ejemplo:El agua: Se presenta en estado líquido, (Fluido).El hierro: Se presenta en estado sólido, (Contextura dura).El oxigeno: Se presenta en nuestro medio en un estado gaseoso, (Gas volátil). 3
  • 4. SENA - Curso virtual de Electrónica Básica Fundamentos EléctricosLa materia, también la podemos encontrar en un estado puro o en estadocompuesto.Se sabe que está en estado puro, cuando la subdividimos en partículas muypequeñas y encontramos que todas ellas son homogéneas y únicas, a éstas lellamamos: átomos.El compuesto, como su nombre lo indica, es materia de varios elementos puros yjuntos, es decir, dividiéndolos en su mínima expresión, encontramos que supartícula mínima es heterogénea o hecha de diferentes átomos.A la mínima expresión física de la materia compuesta, se le llama: Molécula, porejemplo:El agua, tiene tres elementos, dos de Hidrógeno y uno de Oxígeno; su fórmula yaconocida por todos es: H2O, o en otras palabras, el agua está compuesta por tresátomos, dos de Hidrógeno (elemento puro), y uno de Oxígeno (otro elementopuro) H20 Molécula del agua.EL ÁTOMO.Es la expresión de la materia, m pequeña o mínima, en que un elemento se áspuede sub-dividir. Observemos la estructura física o forma del Helio. Órbita Neutrón Electrón Protó Átomo de Helio. Caracterización del gas de Helio Protones: Cargas eléctricas positivas (El helio tiene dos). Neutrones: No tiene cargas eléctricas, como su nombre lo indica. (El helio tiene dos). Electrones: Cargas eléctricas negativas. (El helio tiene dos). 4
  • 5. SENA - Curso virtual de Electrónica Básica Fundamentos EléctricosCuando un átomo tiene igual número de electrones y de protones o, en otraspalabras, igual número de cargas eléctricas contrarias, se dice que el átomo estáequilibrado o neutro.Dice una teoría: “la unión de un protón y un electrón forma un neutrón.Un átomo se vuelve IÓN positivo, cuando éste pierde uno o más electrones.Cuando el átomo recibe o “gana” electrones (donados por otro átomo), se le llamaIÓN negativo.Observe la figura siguiente: ¿Le encuentra algún parecido al sistema solar? Núcleo de Protones. Estructura del átomo de Oxígeno.La órbita más cercana al núcleo, tiene dos electrones y son fuertemente atraídospor el núcleo, cuya carga es positiva.La segunda órbita tiene seis electrones girando alrededor del núcleo. En estenivel, la atracción que el núcleo ejerce sobre los electrones es menor que laejercida sobre los electrones de la primera órbita.Esa fuerte o ligera atracción es la que define la dureza física de un material oelemento de la naturaleza.La disposición de los electrones y cantidad de órbitas tienen su orden lógico ycaracterístico según el elemento natural. Para una mejor comprensión y dominiode este tema, usted podrá consultar el capítulo “estructura de la materia”, encualquier texto de química básica.La materia prima del átomo¿ Cómo utilizar la energía contenida en el átomo? 5
  • 6. SENA - Curso virtual de Electrónica Básica Fundamentos EléctricosSegún sus estudios previos, usted sabe que existen átomos que poseen 32electrones o más, distribuidos en varios niveles.Igualmente, sabe que los electrones se desprenden de las últimas órbitas de laestructura del átomo. Así, elementos como el Uranio y el Plutonio, conocidoscomúnmente como materiales radioactivos, permiten la propagación de electroneslibres al aire (radiación), los cuales son perjudiciales al actuar con una altavelocidad de propagación, sobre las células vivas.En conclusión, el átomo posee una valiosa carga eléctrica negativa llamada,ELECTRÔN, que es la que estaremos utilizando de ahora en adelante comomateria prima de la electrónica, y que se mueve a una velocidad de 300.000kilómetros por segundo; el otro asunto es, ¿cómo obtener, canalizar y dirigir estascargas para realizar un trabajo objetivo?La respuesta la encontrará a través de este interesante curso de auto formaciónque le hemos planteado y que usted ha abordado desde hoyNiveles de energía: En electrónica, una órbita es un nivel de energía. Loselectrones que estén situados en órbitas cerca al núcleo tiene, poco nivel deenergía; por el contrario, cuando el electrón esta en una órbita lejana al núcleo delátomo este electrón posee mucha energía.¿Cómo obtener energía de un átomo?Bastará con hacer pasar los electrones de las órbitas interiores a las órbitas másexteriores. Para tal cometido, el átomo deberá someterse a cierto tipo de“torturas”, por decirlo así; y son del tipo:a. Presión o vibración física. d. Fricción o roce.b. Reacción química. e. luz.c. Calor. f. Influencia magnéticaFuentes de electricidadComo ya se ha indicado, el fenómeno de la electricidad es creado por eldesplazamiento de los electrones de sus posiciones naturales dentro de losátomos.Entre las personas que trabajan con la electricidad, el dispositivo o máquina quecausa este movimiento o desplazamiento de los electrones, comúnmente esllamado la fuente de fuerza electromotriz (F .E. M.).Todos los abastecedores deelectricidad son en realidad convertidores de energía, en los cuales cualquiera delas formas más comunes de energía como calor, luz, o energía mecánica sontransformadas en energía eléctrica. 6
  • 7. SENA - Curso virtual de Electrónica Básica Fundamentos EléctricosConvertidores de energía mecánica a eléctricaLa única cosa común en los convertidores de energía mecánica a eléctrica es quetodos ellos dependen de un movimiento mecánico para producir fuerzaelectromotriz.Este movimiento se puede aprovechar para:-Producir fricción entre dos cuerpos.-Producir el desplazamiento de un imán para que atraviese a un conductoreléctrico.-Producir una presión en un cristal.Estudiaremos a continuación cada una de estas formas de generar corrienteeléctrica:Generación de electricidad por fricción.Si se colocan los terminales de una lámpara de neón, lo suficientemente sensible,entre la varilla y uno de nuestros dedos, la lámpara emitirá un rayo de luz,detectando así la presencia de una fuerza electromotriz.Debido a su baja eficiencia este tipo de convertidor no es muy utilizado en laindustria.La electricidad se produce frecuentemente como resultado indeseable de lafricción entre dos objetos en movimiento. Es así como las nubes se cargan almoverse a través de la atmósfera y al chocar producen el rayo, cuyo poderdestructivo es un claro ejemplo de la cantidad de energía que pueden transportarlos cuerpos cargados eléctrica mente.En las imprentas y editoras de periódico se genera electricidad por fricción entrelos rodillos de las máquinas impresoras y el papel que pasa alrededor de ellos.Para evitar que la electricidad asígenerada pueda descargarse en las personas que operan las máquinas, éstasdeben tener aditamentos especiales que conduzcan la electricidad a tierra, asícomo los carro tanques de combustible descargan a tierra a través de una cadena. 7
  • 8. SENA - Curso virtual de Electrónica Básica Fundamentos EléctricosGeneración de electricidad por magnetismoCuando se mueve un imán hacia arriba y hacia abajo por entre una bobina dealambre de cobre, se produce un flujo de electrones en el trayecto formado por labobina y el medidor, (Amperímetro). PARA PRODUCIR ELECTRICIDAD POR MAGNETISMO ES NECESARIO QUE HAYA MOVIMIENTO RELATIVO ENTRE LAS LINEAS DE FUERZA Y EL CONDUCTOR QUE LAS CORTA.Este método de producción de electricidad es el más utilizado en la actualidad.La electricidad que nos venden las empresas productoras de energía y que llega anuestros hogares, es producida por este método.Se usa el mismo principio en los generadores eléctricos de los automóviles.Generación de electricidad por presiónUn material de tipo especial, el cristal piezoeléctrico, convierte lo energíamecánica en eléctrica al ser presionado. Cuando un cristal piezoeléctrico seconecta a una lámpara de neón y es golpeado con un mazo, la lámpara emite unbreve rayo de luz. 8
  • 9. SENA - Curso virtual de Electrónica Básica Fundamentos Eléctricos .Los cristales piezoeléctricos son hechos de compuestos como el cuarzo, sal de ro-chelle, turmalina y titanio de bario. Generalmente son cubiertos con plata doslados opuestos del cristal y a ellas se le suelda conductores de cobre delgado yflexible.APLICACIONESMuchos tocadiscos usan un pequeño cristal piezoeléctrico cerco de la aguja, locual al pasar sobre la grabación del disco tuerce el cristal y genera pequeñosvalores de fuerza electromotriz. Estos valores son imágenes de los sonidosgrabados en el disco. Con la amplificación necesaria estas señales pueden hacerfuncionar un parlante como los que usted conoce.los cristales piezoeléctricos tienen muchos aplicaciones en la industria. Registranniveles de ruido, detectan cambios de presión, etc. 9
  • 10. SENA - Curso virtual de Electrónica Básica Fundamentos Eléctricos EL EFECTO PIEZOELECTRICO CONSISTE PRODUCIR UNA FUERZA ELECTROMOTRIZ (F.E.M.) POR MEDIO DE UNA PRESIONCONVERTIDORES DE ENERGIA QUIMICA A ELECTRICAlos dispositivos que producen uno fuerzo electromotriz por uno ACCION QUIMICAson los pilas voltaicas o simplemente pilas y los baterías o acumuladores. .Su funcionamiento se basa en la reacción química entre dos sustancias diferentes.Si introducimos dos placas metálicas o electrodos tales como cobre y zinc en unaSolución de ácido sulfúrico y agua, podemos comprobar la existencia de unafuerza electromotriz entre las dos placas.las pilas voltaicas o pilas secas como las utilizadas para las linternas, sondescendientes directas de la pila anterior.Cuando los pilas secas se descargan eléctrica mente, deben desecharse, ya quelos materiales de la reacción química se han agotado. 10
  • 11. SENA - Curso virtual de Electrónica Básica Fundamentos Eléctricoslas baterías o acumuladores, como las utilizadas en los vehículos automotores, sediferencian de las pilas voltaicas en que las baterías después de descargarseeléctricamente, se pueden cargar nuevamente.Convertidores de energía radiante a eléctricaEnergía radiante es el nombre que se da a la energía proporcionada por fuentesde calor o de luz, como el sol.Hay dos convertidores de energía radiante a energía eléctrica en uso actualmentey son: El termopar y la celda fotovoltaica.El termoparCuando se calienta la unión de dos metales diferentes, por ejemplo níquel y latón,la energía del calor lleva los electrones libres de un metal a otro, produciendoentre los dos una fuerza electromotriz.APLICACIONESLos termopares tienen varias aplicaciones en el hogar y en la industria. Se usanen: termómetros, controles de temperatura en hornos y alarmas contra incendio. EL TERMOPAR TRANSFORMA LA ENERGIA CALORIFICA EN ELECTRICIDADLa celda fotovoltaica.Convierte la energía lumínica o de la luz en electricidad. Se le conoce tambiéncomo celda fotoeléctrica. 11
  • 12. SENA - Curso virtual de Electrónica Básica Fundamentos EléctricosUn tipo de celda fotovoltaica consiste en una especie de emparedado con tresmateriales diferentes.Una primera capa delgada y traslúcido de oro o plata deja pasar la luz que esrecibida por la capa sensible de selenio, creándose de esta forma una fuerzaelectromotriz entre las dos capas exteriores.Aplicacioneslas celdas fotovoltaica se utilizan en medidores de iluminación, cámarasfotográficas automáticas, iluminación de vías públicas, ascensores, etc. LA CELDA FOTOELÉCTRICA TRANSFORMA LA ENERGIA LUMÍNICA EN ELECTRICIDADTIPOS DE CORRIENTE ELÉCTRICALos electrones al desplazarse y producir un flujo o corriente no se mueven siempreen la misma dirección y por esta razón usted seguramente ha oído mencionar dostipos de corriente:CORRIENTE DIRECTA Y CORRIENTE ALTERNA Corriente alternaCuando el flujo de electrones varía periódicamente de dirección, se dice que lacorriente eléctrica es una corriente alterna. la dirección del flujo de la corriente alterna se invierte periódicamente 12
  • 13. SENA - Curso virtual de Electrónica Básica Fundamentos Eléctricos La polaridad de un generador de corriente alterna está cambiando constantemente, así que a ningún terminal, de la fuente que la produce, se le puede asignar el nombre de positivo o negativo. Una de las características más importantes de la corriente alterna es la frecuencia. La frecuencia representa el número de veces que la corriente cambia de dirección en un segundo. La frecuencia se da en ciclos por segundo (C / seg.) O Hertz (Hz) la corriente alterna se nombra con las siguientes abreviaturas: A.C, C.A. La fuente de corriente alterna más utilizada es el generador de corriente alterna o alternador. Aplicaciones La corriente alterna es la más utilizada en el momento; la corriente eléctrica que venden las empresas de energía, o electrificadoras, y que llega a nuestros hogares, es una corriente alterna de 60 C / seg (ciclos por segundo) ó 60 Hertz. V Corriente Alterna t Corriente directa Cuando el flujo de electrones se da siempre en una misma dirección, se dice que la corriente eléctrica es una corriente directa. LA DIRECCION DEL FLUJO DE LA CORRIENTE DIRECTA ES SIEMPRE EL MISMO DE NEGATIVO (-) A POSITIVO (+)LA DIRECCION DEL FLUJO DE LA CORRIENTE DIRECTA ES SIEMPRE EL MISMO DENEGATIVO (-) A POSITIVO (+) V NIVEL D. C t El término corriente continua (C.C.) algunas veces se utiliza para expresar corriente directa. La corriente directa se le asignan las siguientes abreviaturas: C.D. D.C. C.C. 13
  • 14. SENA - Curso virtual de Electrónica Básica Fundamentos EléctricosDe las fuentes de corriente directa más utilizadas, tenemos las siguientes:Generadores de corriente directa o dinamos Baterías o acumuladores Pilasvoltaicas o pilas secasAplicacionesLa corriente directa tiene muchos usos; Se utiliza generalmente en: alumbradosportátiles (linternas), alumbrados de emergencia en fábricas y almacenes, plantastelefónicas, vehículos automotores, etc.Se debe tener sumo cuidado al utilizar la C:C, ya que obliga al usuario, tener muyen cuenta, la manera de conectar su polaridad, pues, algunos equipos al no serconectados correctamente, pueden sufrir destrucción al energizarse.Electricidad estática: Se refiere a corriente en reposo o sin movimiento.Electricidad dinámica: Expresa electrones en movimiento y gracias a ella sonposibles múltiples aplicaciones para la vida diaria. Ejemplos: mover motoreseléctricos, encender lámparas, hacer funcionar el teléfono, energizar televisores,equipos de sonido, etcétera.Arco eléctrico: Se trata de corriente dinámica y se presenta diaria yconstantemente cuando dos nubes cargadas estáticamente, una con un polonegativo (-), y la otra con polo positivo (+), se acercan mutuamente hasta romperel aislante de aire que las separa produciendo así, (por ley de cargas eléctricas)una corriente dinámica de gran magnitud, manifestada en un fuerte “chispazo“conocido técnicamente como arco eléctrico y vulgarmente como “rayo”.Otro nombre que recibe el arco eléctrico es el Tesla en honor a su investigador“Nikola Tesla”Expresión gráfica de los tipos de corrientesA continuación, vamos a estudiar las características de los tipos de corriente yaenunciados. recordemos los componentes del plano cartesiano. Y X X y PLANO CARTESIANO. 14
  • 15. SENA - Curso virtual de Electrónica Básica Fundamentos EléctricosEje X: Es la línea horizontal del plano (abscisa). En ella registramos la variabletiempo. Recordemos que el desplazamiento a la derecha equivale al sentidopositivo y viceversa.Eje Y: Es la línea vertical del plano (ordenada). En ella identificamos ycuantificamos gráficamente los niveles positivos y negativos de una señalelectrónica.Este signo ( + ) corresponde a Polaridad positiva, y este otro ( - ) indicapolaridad negativa, y polo neutro es ( 0 ).”cero”La figura siguiente TE8, ilustra gráficamente la corriente continua, con relación altiempo y a su nivel. Voltios Vcc o Vdc +12 Vcc y Vdc = Voltaje +9 de corriente +6 Nivel o amplitud continua o +3 corriente directa. 0Rizado o Ripple: A pesar de lo continua que sea una corriente, puede sufrir sobresu nivel máximo, una variación muy leve pero rápida y constante. Se le llamarizado. Esto trae problemas para la calidad de la función del aparato, pero puedecorregirse con un buen filtrado de la fuente, aspecto que estudiaremos a su debidotiempo. 12V RIPPLE O RIZADO Level o nivel 0VTransientes: Son cambios esporádicos de nivel, causados por deficiencia de lafuente o exceso de carga o consumo del receptor. 15
  • 16. SENA - Curso virtual de Electrónica Básica Fundamentos Eléctricos 12V Nivel Transiente Nivel normal Transiente 0VTransformación de la energía: La energía no se destruye sino que se transforma. Aquí, la energía suministrada por la batería de 6V es transformada 6v Luz y Calor. 6¿Por qué un material es conductor de electrones y otro no?Un material conductor es aquel que tiene su estructura atómica dispuesta de talmanera que los electrones más alejados del núcleo son débilmente atraídos porél.Es importante conocer que en un átomo se encuentran dos bandas, así:1. Banda de valencia, cerca del núcleo.2. Banda de conducción, lejos del núcleo.Y entre estas dos bandas, se encuentra el gap o abertura (región prohibida deenergía)Los elementos que poseen átomos sin gap, o zona prohibida, se consideranconductores eléctricos y tienen también en sus últimas órbitas, abundancia deelectrones. 16
  • 17. SENA - Curso virtual de Electrónica Básica Fundamentos Eléctricos MAGNITUDES ELÉCTRICASLlamamos Magnitudes físicas a las propiedades de los cuerpos que puedenmedirse y para determinar esto es necesario compararla con alguna otra de lamisma especie que se toma como patrón ó unidad de medida.El resultado de una medida se expresa mediante una cantidad numérica seguidade la unidad utilizada y los nombres para la unidad tienen que cumplir una serie denormas incluyendo también un símbolo que destaque y diferencie una unidad deotra para que su lenguaje sea universalLos arcos eléctricos en la naturaleza llamados comúnmente “rayos”, puedenproducirse de dos formas: una, entre nube y nube (Difusos) cuando susrespectivas cargas eléctricas son contrarias y otra, entre nube y tierra (Lineal)cuando la nube está cargada positivamente.Las cargas son tan altas que rompe la barrera del espacio que separa las dosnubes debido al gran diferencial de potencial que fueron generadas entre ellas;Produce una elevada iluminación a razón de la ionización del aire, un fuerteestruendo (ruido) por el choque entre cargas eléctricas y generando por efectonatural, Ozono, elemento de vital importancia en la atmósfera para bloquear losrayos ultravioleta generados por el sol y que son perjudiciales para la piel. Nube cargada Arco eléctrico o Nube cargada estáticamente rayo estáticamente negativa positivaEstos rayos son un claro ejemplo, que nos explica, como la energía estática pudedejar de serlo, y puede volverse energía dinámica al mover sus cargas, a razón desu diferente polaridad, y diferente magnitud.En electrónica, se tiene una gran variedad de unidades de medida, destinadaspara cada uno de los fenómenos que comprometen a la misma; estas unidadestienen su propio nombre y símbolo,que en honor a su descubridor, corresponden casi siempre a él.Las unidades eléctricas más relevantes, y de las cuales destacaremos sumagnitud tenemos: 17
  • 18. SENA - Curso virtual de Electrónica Básica Fundamentos Eléctricos MAGNITUD NOMBRE DE SIMBOLO QUE NOMBRE DEL LA UNIDAD LO DESCUBRIDOR DIFERENCIA RESISTENCIA OHMIO OHM ELÉCTRICA DIFERENCIA DE VOLTIO E, V, U VOLTA POTENCIAL CORRIENTE AMPERIO A AMPERE ELÉCTRICA POTENCIA VATIO W WATT ELÉCTRICADIFERENCIA DE POTENCIALTodos los átomos de los cuerpos en estado natural se encuentran equilibrados, osea, todos poseen igual número de electrones e igual número de protonesEn temas anteriores vio usted que si un átomo está desequilibrado se puedeencontrar en dos formas:Con mayor número de protones que de electronesCon mayor número de electrones que de protonesA estos átomos también se les llama átomo de potencia positiva o cargadopositivamente, o átomo de potencia negativa o cargado negativamente. 18
  • 19. SENA - Curso virtual de Electrónica Básica Fundamentos EléctricosAl átomo que se encuentra en su estado natural lo llamaremos átomo de potencianeutra o átomo sin carga.Un átomo o un cuerpo se desequilibra cuando es aplicada a éste una fuerzaexterna que hace que el átomo pierda o gane electrones. De a cuerdo con esto,se pueden presentar tres casos:Caso 1 + + + + + + - - - - - -Potencial neutroCaso 2 + + + + + + - - - -Potencial positivoCaso 3 + + + + + + - - - - - - - -Potencial negativo EL POTENCIAL ES EL ESTADO ELÉCTRICO EN QUE SE ENCUENTRA UN CUERPOEn la figura anterior, tenemos como ejemplo tres cuerpos iguales y nosimaginamos que los átomos que conforman cada cuerpo tienen la mismaestructura en cuanto a electrones y protones.Si analizamos cada átomo, podemos determinar el potencial, con el solo hecho dehallar la diferencia entre sus protones y electrones. 19
  • 20. SENA - Curso virtual de Electrónica Básica Fundamentos EléctricosEn el primer casoLos átomos del cuerpo, como se dijo anteriormente, tienen 6 protones y 6electrones, la diferencia es 0 o sea que su potencial es 0.Segundo casoLa diferencia es 3 protones (+2), su potencial es (+)2Tercer casoLa diferencia es (-2), su potencial es (-)2Tomemos los casos 2 y 3 anteriores.En el caso 2 el átomo tiene una potencia de +2, o sea que posee 2 protones másEn el caso 3 el átomo tiene una potencia de -2, o sea que posee 2 electronesmás.O sea, que la diferencia de potencial cuando los átomos de uno u otro cuerpo sondiferentes en su estado eléctrico.Comúnmente esta deferencia de potencial, se llama TENSIÓN, VOLTAJE OFUERZA ELECTROMOTRIZ.La tensión se representa con las letra U, E , V, F.E.MComo usted sabe, toda magnitud tiene una unidad de medidaPor ejemploLa longitud, tiene como unidad de medida el Metro. Como unidad de medida delpeso utilizamos el gramo.La capacidad tiene como unidad de medida el litro. Así, la unidad de medida de la TENSIÓN, es el VOLTIOExiste una diferencia de potencial cuando por intermedio de una fuente de energíase logra mantener en dos puntos cargas desiguales. Esta fuente de energíapuede se una pila, batería, o generador, y los dos puntos se llaman bornes.¿ por qué los electrones van del borne negativo al borne positivo?Pues bien, en el interior de la pila se produce un efecto, el cual desequilibra losátomos de los dos bornes (terminales de conexión) quedando un borne con máselectrones que otro. 20
  • 21. SENA - Curso virtual de Electrónica Básica Fundamentos EléctricosLA CORRIENTE ELÉCTRICALos electrones que se encuentran en las órbitas más alejadas del núcleo se lesconoce también como electrones libre. Estos electrones son los responsables dela mayoría de los fenómenos eléctricos y electrónicos ya que al estar débilmenteatraídos por los protones del núcleo, pueden moverse fácilmente de una átomo aotro.Los electrones libres al desplazarse, constituyen la CORRIENTE ELÉCTRICA através de un conductor que puede ser sólido, líquido o gaseoso.Un conductor es elemento que TRANSPORTA electrones de un cuerpo a otro. LA CORRIENTE ELÉCTRICA CONSISTE EN UN MOVIMIENTO DE ELECTRONES A TRAVÉS DE UN CONDUCTOR 21
  • 22. SENA - Curso virtual de Electrónica Básica Fundamentos Eléctricos¿ Cómo se produce este flujo de electrones?Seguramente usted recuerda que los electrones libres tienen su propio movimientodentro de sus respectivos átomos. Pero es preciso transportar ese movimiento acorriente, a lo largo del conductor.Para lograrlo tenemos que utilizar algún dispositivos que se encargue de hacersaltar un electrón de un átomo a otro; ese electrón desaloja a otro de un átomovecino y éste a su vez otro y así sucesivamente.El dispositivo que causa ese movimiento de electrones, se denomina FUENTE DEENERGÍA, y podría ser una pila como las que se utilizan para el funcionamientode radios portátiles, lámparas de mano (linternas), etc.¿ Qué se requiere para mantener la corriente eléctrica?Para mantener la corriente eléctrica es necesario:Una fuerza electromotriz (F.E.M), que saque los electrones libres de sus orbitas yreponga los que van saliendo LA F.E.M ES SUMINISTRADA POR UNA FUENTE DE ENERGÍA ELÉCTRICAUn conductor eléctrico. Su función es de servir de camino a los electrones de unterminal de la fuente de energía, a través de la carga o receptor donde la corrienteva a realizar su trabajo hasta el otro terminal de la fuente.Que el recorrido de los electrones sea continua a través del material usado delconductor.Cuando en un conductor hay movimiento de electrones existe corriente eléctrica. 22
  • 23. SENA - Curso virtual de Electrónica Básica Fundamentos EléctricosAhora bien, si son dos cuerpos que tienen esa diferencia de potencial, nosimaginamos que van a existir muchos átomos y que por el medio que se utilicecomo conductor va a pasar no solamente un electrón sino muchos.Es posible medir esa cantidad de electrones que pasa por un conductor; esacantidad de electrones se denomina INTENSIDAD DE CORRIENTE.En la figura anterior, tenemos como ejemplo tres cuerpos iguales y nosimaginamos que los átomos que conforman cada cuerpo tienen la mismaestructura en cuanto a electrones y protonesSi analizamos cada átomo, podemos determinarle el potencial, con el solo hechode hallar la diferencia entre sus protones y electrones. LA UNIDAD DE MEDIDA DE LA INTENSIDAD DE CORRIENTE ES EL AMPERIORESISTENCIA ELÉCTRICAEs el obstáculo o dificultad que un material opone al paso de la corriente eléctrica.Es otras palabras, la resistencia es el grado de oposición o impedimento de unmaterial a la corriente eléctrica que lo recorre.Todos los conductores eléctricos ofrecen mayor o menor resistencia al paso de lacorriente eléctrica. Ésta resistencia es debida a las siguientes causas:A que cada átomo se opone en cierta medida a que le arranquen los electrones,por ser éstos atraídos por el núcleo. 23
  • 24. SENA - Curso virtual de Electrónica Básica Fundamentos EléctricosA que se producen incontables choques entre los electrones de las corrientes y losátomos que componen el conductor. Estos choques se traducen en resistencia yhacen que se caliente el conductor.Diferencia entre resistor y resistenciaEl resistor es el elemento físico que se utiliza como una de las fuentes de calor enalgunos artefactos como estufas, calentadores, planchas, y que se fabrican conmateriales de lata resistencia a la corriente eléctrica como el ferroníquel y elcarbón.La resistencia es la propiedad que tiene el resistor o un tramo de conductor deoponerse al paso de la corriente.La unidad básica de medida de la resistencia es el OHMIO que se representa porla letra griega (omega) TODO MATERIAL SE RESISTE A QUE UNA CORRIENTE LO RECORRA 24
  • 25. SENA - Curso virtual de Electrónica Básica Fundamentos EléctricosMúltiplos y submúltiplos del OhmioCuando estamos midiendo longitudes, tomando como unidad de medidas el metro,a veces tenemos que expresarnos en múltiplos y submúltiplos de esa unidad. Porejemplo hablamos de kilómetros para trayectos muy largos o de centímetros paralongitudes pequeñas.Así también, cuando estamos midiendo la resistencia podemos encontrar valorestan grandes que tenemos necesidad de expresarnos mediante múltiplos delOhmio, o tan pequeñas que debemos utilizar sus submúltiplos.Recuerde de sus lecciones de aritmética, que para hacer conversiones deunidades se multiplica o divide; tal como en el sistema métrico decimal.Para la conversión de unidades de resistencia, básese en las siguientes tablas: MÚLTIPLOSUNIDADES SÍMBOLO EQUIVALENCIAMegohmio M 1.000.000Kilohmio K 1.000Ohmio 1Mili ohmio m 0,001Micro-ohmio 0,000001Como puede verse, los múltiplos y submúltiplos del ohmio están en relación de1.000 en 1.000 veces mayor o menor Para pasar de una unidad inferior a otra inmediatamente superior se dividirá por 1.000 cada vez la unidad inferiorEjemplo: Convertir 1.000 aKComo K es el múltiplo inmediatamente superior a , se debe dividir estacantidad por 1.0001.000 = 1K1.000Es decir, decir 1000 equivale a 1KPara pasar de una cantidad superior a una inmediatamente inferior, el estudiantedeberá multiplicar por 1.000 la unidad superiorEjemplo: convertir 1K? a ? 25
  • 26. SENA - Curso virtual de Electrónica Básica Fundamentos EléctricosComo es la unidad inferior a K usted debe multiplicar por 1.0001K = 1.000O sea que 1K equivale a 1.000EjemploConvertir 45.740 aMComo M es la unidad superior a yK usted debe convertir primero los aK y luego estos a M ; para convertir los aK debe usted dividir por 1.00045.740 = 45,74 K 1.000Ahora, convirtamos los K aM , debemos dividir nuevamente por 1.00045,74K = 0.04574 M . 1.000Resumiendo, decimos que 45,740 equivalen a 0.04574 M .POTENCIA ELÉCTRICAUsted sabe que en todo circuito eléctrico completo hay un movimiento deelectrones, y una carga que se desplaza. ¿ No es esto trabajo?Por lo tanto, la corriente eléctrica produce un trabajo, que consiste en trasladaruna cierta carga (llamada culombios), a lo largo de un conductor. Este trabajosupone la existencia de una potencia, que dependerá del tiempo en que duredesplazándose la carga.Recuerde que la UNIDAD DE CARGA ELÉCTRICA ES EL CULOMBIO, y launidad de tiempo ( t ), es el segundo.O sea, 1 culombio * segundo = 1 Amperio 26
  • 27. SENA - Curso virtual de Electrónica Básica Fundamentos EléctricosPues bien: suponga que tiene dos circuitos, cada uno con una resistencia R dediferente valor, conectada con un amperímetro o una fuente d tensión de 125 V.En estas condiciones, el amperímetro del primer circuito marca 6A o sea, que através de la resistencia R, ha pasado en un segundo una carga de 6 culombios.Se puede decir que en el primer circuito se ha realizado un trabajo de 6 culombiosen un tiempo ( t ) de 1 segundo.En el segundo circuito el amperímetro marca 12 A. O sea que en este circuito, eltrabajo es 12 culombios en un tiempo ( t ) de 1 segundo.Observe que en un mismo tiempo ( t ), de 1 segundo, en la resistencia delsegundo circuito se ha realizado el doble del trabajo que se realiza en laresistencia del primer circuito. De manera que podemos decir que el segundocircuito tiene una potencia mayor que el primero. En este caso, el doble.Veamos otro caso:La potencia eléctrica se compara aquí (como se hizo en la ley de Ohm) con uncircuito hidráulico, el cual suministra una potencia (llamada potencia hidráulica).En este caso, la potencia de la corriente de agua es directamente proporcional aldesnivel y a la cantidad de agua que pasa por el tubo, en la unidad de tiempo ( t ).No olvide que el desnivel se asemeja a la tensión VLa corriente de agua que pasa por el tubo en un segundo es semejante a lacorriente I. Por lo tanto, la potencia eléctrica es directamente proporcional a V y a I, al igualEn los anteriores ejemplos, cabe de ver una misma diferencia de potencial o que la potencia hidráulica.tensión ( V ), la potencia de una resistencia se manifiesta por el consumo deamperios; a mayor intensidad ( I ), mayor potencia. Por otra parte, para unaresistencia determinada, la intensidad variará al variar la tensión ( U ), y 27
  • 28. SENA - Curso virtual de Electrónica Básica Fundamentos Eléctricosdisminuirá cuando disminuya la tensión ( según la ley de Ohm). De donde sededuce que:Potencia = Tensión * IntensidadP=VxILa potencia eléctrica se mide en vatios, en homenaje a James Watt, quien realizólos trabajos que llevaron al establecimiento de los conceptos de potencia, y dictóla llamada LEY DE WATT.___________________________________________________________FUENTES BIBLIOGRÁFICAS:ELECTRÓNICA PARA AUDIO Y VIDEO. ESCOBAR Edgar y José ElíasAcosta. Documento para electrónica desescolarizada. Año 1999Cartillas FAD. Publicaciones SENA. Programa a distancia SENA, Año 1990 28

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