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Introducción a la Ingeniería cap3
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Introducción a la Ingeniería cap3

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Introducción a los materiales eléctricos (conductores y aisladores, resistencia) y ley de ohm.

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  • 1. Curso Introducción a la Ingeniería EIE 140 Francisco Apablaza M. 2014 famapablaza@hotmail.com
  • 2. Programa: contenidos CAPITULO 3 RESISTENCIA 3.1 Introducción. 3.2 Conductores y aisladores. 3.3 Semiconductores. 3.4 Ley de Ohm, característica y símbolo. 3.5 Características físicas, tipos de cables. 3.6 Analogía hidromecánica. 3.7 Efectos de la temperatura. 3.8 Tabla de calibre de conductores. 3.9 Tipos de resistores. 3.10 Código de colores. 3.11 Conductancia. 2
  • 3. 3
  • 4. Todos los materiales tienen intrínsecamente la propiedad de conducir en mayor o menor medida la electricidad: conductividad o su inverso la resistividad. 4
  • 5. Conductividad Un conductor tiene la aptitud de dejar circular libremente las cargas eléctricas. La conductividad depende de la estructura atómica y molecular del material, los metales son buenos conductores porque tienen una estructura con muchos electrones con vínculos débiles y esto permite su movimiento. La conductividad también depende de otros factores físicos del propio material y de la temperatura. 5 La conductividad es el inverso de la resistividad, =1/, y su unidad es el S/m (siemens por metro) o Ω-1·m-1. La magnitud de la conductividad (σ) es la proporcionalidad entre el campo eléctrico E y la densidad de corriente de conducción J: J=  E
  • 6. Datos de conductividad  6 Metal Conductividad Eléctrica (S·m-1 ) Plata 6,30 × 107 Cobre 5,96 × 107 Cobre Recocido 5,80 × 107 Oro 4,55 × 107 Aluminio 3,78 × 107 Wolframio 1,82 × 107 Hierro 1,53 × 107 Conductividad Eléctrica (S·m-1 ) Vidrio 10-10 a 10-14 Lucita < 10-13 Mica 10 -11 a 10 -15 Teflón < 10 -13 Cuarzo 1,33 × 10-18 Parafina 3,37 × 10 -17 Aislantes Conductividad Eléctrica (S·m-1 ) Agua de mar 5 Agua potable 0,0005 a 0,05 Agua desionizada 5,5 × 10-6 Líquidos
  • 7. Clasificación de materiales Por origen: Naturales o Artificiales Por función: conductor; luminiscente (tungsteno); galga o sensor(manganina); calóricos (nicrom) Por estado: sólido, líquido, gaseoso Por característica: liviano, duros, blandos, Maleabilidad, Ductilidad, Sensibilidad a la Tª, Resistencia al uso rudo y el costo. 7
  • 8. Analogía de la resistencia 8
  • 9. Resistencia La resistencia eléctrica es la oposición que ofrece un material a la circulación de la corriente eléctrica a través de él, transformándola en efecto Joule: I2xR. No existe el conductor perfecto o el aislador perfecto. 9 Unidad de Medida: Ohm (Ω). R
  • 10. Ley de OHM 10
  • 11. Resistencia de un material Resistencia de cualquier material con un área transversal uniforme se determina mediante los siguientes factores: 1.- Material. Con su estructura atómica única, reaccionará diferencialmente a presiones para establecer una corriente a través de su núcleo. 2.- Longitud. Entre mayor es la trayectoria que la carga debe recorrer, mayor es el nivel de resistencia. Directamente proporcional. 3.- Sección Transversal. A mayor área menor es la resistencia. Inversamente proporcional. 4.- Temperatura. En la mayoría de metales al aumentar la Tª, se incrementa la resistencia. 11 = resistividad del material [m]
  • 12. Datos de resistividad  12 Material Resistividad (a 20 °C) (Ω·m) Plata 1,59 x 10-8 Cobre 1,71 x 10-8 Oro 2,35 x 10-8 Aluminio 2,82 x 10-8 Wolframio 5,65 x 10-8 Níquel 6,40 x 10-8 Hierro 9,71 x 10-8 Platino 10,60 x 10-8 Estaño 11,50 x 10-8 Acero inoxidable 72,00 x 10-8 Grafito 60,00 x 10-8 
  • 13. Sección en Alambres Circulares r = Radio. d = Diámetro Mil: Unidad de medición para la longitud y está relacionado con la pulgada mediante: Un alambre con un diámetro de 1 mil tiene un área de 1 mil circular (CM). 4 )( 2 2 d rAcírculoÁrea     lg11000lg 1000 1 1 pumilspumil    CMdosmilscuadramil d A 1 444 2 2     13
  • 14. Para un alambre de N mils (N -> Cualquier número positivo). Sustituyendo -> Se obtiene: Como d = N, el área en mils circulares es simplemente igual al diámetro en mils cuadrados: CMCMomilcuadraddosmilscuadraCM 273.1 4 1 4 1    dosmilscuadra Nd A 44 22      omilcuadradCM 14   CMNCM N dosmilscuadra N A 2 22 4 4 )( 4                    2 milsCM dA  14 Sección en Alambres Circulares
  • 15. La constante ρ (resistividad) es diferente para cada material -> Resistencia de un alambre de 1 pie de longitud por 1 mil de diámetro, medida a 20ºC.         pies CM l RA  15 Sección en Alambres Circulares
  • 16. Variación de la resistencia con la temperatura Para la mayoría de los conductores metálicos, la resistencia tiende a aumentar con un incremento de la temperatura. Cuando aumenta el movimiento atómico y molecular en el conductor se obstaculiza el flujo de carga. El incremento en la resistencia para la mayoría de los metales es aproximadamente lineal cuando se compara con los cambios de temperatura. Los experimentos han demostrado que el aumento en la resistencia ∆R es proporcional a la resistencia inicial Ro y al cambio de temperatura. 16
  • 17. 17
  • 18. Coeficiente de temperatura  La resistencia varía según: ∆R =  Ro ∆t ó RT= R0 [1+ (T-T0)] Donde  es una característica del material y se conoce como coeficiente de temperatura de la resistencia. La ecuación para definir  se puede determinar despejando la ecuación anterior: =∆R / Ro ∆t El coeficiente de temperatura de la resistencia es el cambio en la resistencia, por unidad de resistencia, por cada grado de cambio en la temperatura. Su unidad es °C-1.  está dada por dos factores de variación: coeficiente de dimensión (longitud) y de temperatura, pero predomina la temperatura. 18
  • 19. Datos de coeficiente de Tº:  19 http://www.ni.com/white-paper/3643/es/ Material α en °C-1 Acero 3.0 x 10-3 Plata 3.7 x 10-3 Cobre 3.8 x 10-3 Platino 3.9 x 10-3 Hierro 5.1 x 10-3 Níquel 8.8 x 10-3 Carbón -5.0 x 10-4
  • 20. Coeficiente en otros materiales “Para buenos conductores, un aumento en la Tª resultará en un aumento en el nivel de resistencia -> Coeficiente Térmico de Resistencia Positivo” Aislantes: “ Un aumento de temperatura resultará en una disminución de la resistencia de un aislante. El resultado es un coeficiente térmico de resistencia negativo” Semiconductores: un aumento de temperatura resultará en una disminución en el nivel de resistencia -> Coeficiente Térmico de Resistencia Negativo” 20
  • 21. Variación por Tº en PPM/ºC 21  También existe la especificación proporcionada en partes por millón por grado Celsius (PPM/ºC), que da una indicación inmediata del nivel de sensibilidad del resistor a la temperatura.  Resistores (5.000PPM/ºC –Alto ; 20PPM/ºC – Bajo). Por Ej.: Característica de 1.000PPM/ºC -> Un cambio en 1 ºC en temperatura ocasionará un cambio en resistencia igual a 1,000PPM, o 1.000/1.000.000 = 1/1.000 de su valor nominal –No es un cambio importante. )()( 106 min TPPM R R alno 
  • 22. Conductores Eléctricos Coaxiales Bobinas – Motores PIN 22
  • 23. Cables y alambres 23
  • 24. Cables en telecomunicaciones 24
  • 25. Calibres AWG 25 Estandarizar el tamaño del alambre producido. Calibres de alambre EEUU:AWG, (American Wire Gauge). Europa usa mm.
  • 26. Resistores: componente electrónico http://hagamoselectronica.blogspot.com/2010/05/tipos-de-resistores.html 26 SMT:Surface Mount Technology
  • 27. Resistores fijos y variables 27
  • 28. 28
  • 29. Código de colores 29Sin Tol: 20%
  • 30. Valores estándar de R 30
  • 31. Óhmetro - Megger 31 ?
  • 32. 32 Mide resistencias, circuito abierto y cerrado
  • 33. 33 Un óhmetro es un conjunto de elementos: G + Ro + Batería
  • 34. ¿Qué es un puente Wheatstone? 34 Combinaciones para distintas escalas ?
  • 35. Aisladores Tienen un comportamiento totalmente opuesto a los conductores… muy alta resistividad. Tienen características dieléctricas. Se utilizan para prevenir el contacto indeseado entre conductores. Materiales típicos: vidrio; loza, cerámica; plásticos; etc. 35
  • 36. 36
  • 37. 37También pueden ser líquidos o gases
  • 38. Semiconductores 38
  • 39. Principal elemento de la electrónica 39
  • 40. Conclusión 40
  • 41. 41 Preguntas
  • 42. FIN 42

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