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Material de estudio. pilas y baterias. octubre 2012.

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Material de estudio. pilas y baterias. octubre 2012.

  1. 1. UNIVERSIDAD NACIONAL EXPERIMENTAL POLITÉCNICA DE LA FUERZA ARMADA NACIONAL TERMINO ESPECIALIDAD ACADEMICO INGENIERIA DE TELECOMUNICACIONES 5º ASIGNATURA CODIGO TECNOLOGÍA ELECTRÓNICA ELN-31112 HORAS / HORAS POR SEMANA PRELACIÓN TERMINO UNIDADES / TEORIA PRACTICA LABORATORIO CREDITO 42 CO.ELC-31114 2 1 0 2 CONTENIDO1.- RESISTORES. Conceptos básicos. Clasificación: Resistores de valor fijo. Resistores de precisión. Resistores de media potencia. Resistores variables. Código de colores. Aplicación. Técnicas de construcción de los resistores.2.- CONDENSADORES. Condensadores de valor fijo. Tecnología de construcción. Tipos de condensadores (cerámicos, polyester, papel, electrolitos, etc). Condensadores variables. Aplicaciones. Técnicas de construcción. Código de colores.3.- INDUCTORES. Inductores con núcleo de hierro, de aire. Inductores para alta y baja frecuencia. Diseño de Inductores. Aplicaciones.4.- TRANSFORMADORES. Transformadores de núcleo ferromagnético, Transformadores de núcleo ferrocerámico (ferrita), Características con respecto a la frecuencia. Aplicaciones.5.- RELÉS Elementos constitutivos de relés. Principios de operaciones con relés. Relés de estado sólido. Aplicaciones.6.- CONDUCTORES Definición. Tipos de conductores. Clasificación de los conductores de acuerdo a: tipo, uso y código de identificación.7.- BATERÍAS Celdas primarias, Pilas eléctricas, Acumuladores, celdas solares, Característica de carga y descarga de las diferentes baterías. Aplicaciones.8.- DIODOS Conceptos básicos. Principio de funcionamiento. Clasificación de los diodos. Circuitos aplicativos, haciendo uso de diodos.9.- TRANSISTORES Conceptos básicos. Transistores BJT, FET. Principio de funcionamiento. Curvas características. Configuraciones de conexión más comunes. Uso del manual EGC. Uso del Protoboard.10.-CIRCUITOS INTEGRADOS Técnicas de fabricación. Circuitos integrados analógicos. Circuitos integrados digitales. Clasificación según escala de integración, familias lógicas. Uso de manuales respectivos.11.- CIRCUITOS IMPRESOS Técnicas de fabricación de circuitos impresos. Diseños de circuitos impresos de una o más caras. Usos y aplicaciones. BIBLIOGRAFÍA 1. COSTA, E. “Tecnología Electrónica”. Editorial Hoepli. España. 2. DONAND, F. “Manual de Ingeniería Electrónica”. Editorial Prentice Hall. 1.992. 3. “Enciclopedias Temáticas de Electrónica”. 4. “Manuales de Dispositivos Electrónicos”.7.- BATERÍASCeldas primarias, Pilas eléctricas, Acumuladores, celdas solares, Característica de carga y descarga de las diferentes baterías.Aplicaciones.
  2. 2. PILAS Y BATERIAS.En el caso de necesitarse electricidad en una situación en la que no se dispone de una línea eléctricaque suministre la electricidad producida en una central eléctrica, por ejemplo en un vehículo que sedesplaza, una radio portátil o una linterna, se recurre a una forma u otra de batería. Una batería es unconjunto de células electrolíticas utilizadas para suministrar una provisión de corriente eléctricacontinua o directa. Hay células primarias y células secundarias.Las células primarias ordinariamente llamadas pilas producen electricidad en un proceso químicoirreversible, y es necesario eliminarlas y sustituirlas cuando se agotan. Las células secundarias oacumuladoras actúan de acuerdo con un principio reversible, y es posible recargarlas conectándolascon otra fuente adecuada de corriente eléctrica.Todas las células tienen dos electrodos sumergidos en un electrolito. El electrolito es una sustancia, amenudo líquida, que conduce electricidad gracias a su disociación en elevado número de iones. Éstosson átomos que han perdido o ganado electrones, y por lo tanto tienen una carga eléctrica.Constituyen ejemplos conocidos de electrólitos las soluciones de ácidos, bases y sales.Cuando dos electrodos apropiados se sumergen en un electrolito, un exceso de electrones aparece enun electrodo (negativo) y una deficiencia en el otro (positivo). La diferencia de potencial eléctrico entrelos dos electrodos origina el flujo de una corriente eléctrica en un circuito externo que vincula a los doselectrodos. El flujo de electrones se produce de negativo a positivo, pero por convención aconsectiencia de razones históricas (los electrones se descubrieron mucho después del invento de lascélulas eléctricas) afirmamos que la corriente fluye de positivo a negativo.La pila primaria .Algunos experimentos realizados en el siglo XVIII, permitieron descubrir que cuando dos materialesdesiguales, tales como zinc y carbón (o cobre utilizado en lugar de carbón) se sumergen en unasolución ácida (ácido sulfúrico diluido en agua), la acción química produce una fuerza electromotrizentre el zinc y el carbón. Los materiales sumergidos en el ácido se llaman electrodos, siendo el zinc elnegativo y el carbón (o cobre) el positivo. La solución de ácido diluido se llama electrolito; el conjuntose denomina pila. Frecuentemente se confunde las pilas con las baterías. En realidad la pila es unaunidad básica; dos o más pilas constituyen una batería. Hemos de dar ejemplos de esto más adelante.Pueden ser húmedas o secas, según que el electrolito esté constituido por un líquido o una pasta. Encualquier caso, su producción resulta de aproximadamente 1,5 voltios. La célula húmeda original, lacélula voltaica, comprende electrodos de cinc y carnobo (o cobre) sumergidos en un electrolito deácido sulfúrico. Se la denomina voltaica en homenaje al científico italiano Alessandro Volta, que fabricóla primera batería con una pila de discos de cinc y de cobre separados por capas de fieltro empapadasen ácido diluido. La moderna célula o pila seca, utilizada, sola o formando una batería de ellas oacoplamiento de las mismas en las lintemas y radios portátiles, tiene un electrodo negativo de cinc(que forma el revestimiento externo) y un electrodo positivo de carbono. El electrolito es una pastaespesa, formada esencialmente por una mezcla de grafito, cloruro de amonio y bióxido de manganeso.El bióxido de maganeso aparece como despolarizador para eliminar las burbujas de hidrógeno que delo contrario se acumularían sobre el electrodo de carbono e inhibirían la acción de la célula. Este tipode célula se basa en la de Leclanché, inventada por el científico francés Georges Leclanché.Las minúsculas células para los auxiliares de la audición y el equipo fotográfico y de relojería tienen unelectrodo positivo de óxido de mercurio, un electrodo negativo de cinc y una pequeña cantidad dehidróxido de potasio (potasa cáustica) como electrolito.
  3. 3. Cuando se conectan externamente los terminales + y - , circula corriente .En la pila, el electrodo de zinc se va disolviendo lentamente mientras se halla en funcionamiento. Sepuede llegar al caso de que el zinc se corroe de tal manera que la pila deja de funcionar. Cuando sellega a este punto la pila ha alcanzado el final de su vida útil. En otras palabras, la pila primaria tieneuna vida limitada, después de lo cual su funcionamiento no puede volver a condíciones normales.Pila Zinc-Carbón (Le Clanche)La pila más popular y más utilizada es la del tipo zinc-carbón, a veces denominada Le Clanche. Enesta pila el electrodo positivo es de carbón (C) y el negativo de zinc (Zn) . El electrolito es un productoquímico conocido como cloruro de amonio (NH 4CI) , frecuentemente llamado sal de amoníaco. Elelectrodo negativo es de la forma del recipiente y contiene la totalidad de la pila. El elemento positivotiene la forma de una varilla de carbón y está colocada en el centro de la pila. El electrólito estámezclado con almidón o con harina formando una pasta. Es decir que una pila seca, realmente no es"seca". En efecto, cuando el electrólito se seca , la pila deja de funcionar. Alrededor del electrodo decarbón se coloca una capa de dióxido de manganeso (MnO 2) finamente pulvérizado que actúa comodespolarizador.
  4. 4. Cuando la pila trabaja correctamente, entre los terminales positivo y negativo aparece una diferenciade potencial (o voltaje) de 1,6 volts. Cuando la pila se "agota", ya sea porque se ha secado elelectrólito, o porque se ha comido la cubierta de zinc, la tensión entre los terminales disminuye.Alrededor de 1,1 volts (descargada) este tipo de pila es inútil para la mayoría de las aplicaciones ya nopuede volver a cargarse, y debe ser descartada. Combinaciones diferentes de distintos metales yelectrólitos pueden producir diferentes voltajes entre los terminales. Funcionamiento de la pilaConectemos un alambre conductor entre los terminales de una pila seca de zinc-carbón. En elelectrólito (NH4Cl) hay presente iones amonio (NH4+) e iones cloruro (Cl -) . Cuando el zinc hacecontacto con el electrólito los iones de zinc (Zn++) entran en la solución, dejando cada uno de ellos doselectrones sobre el electrodo negativo. La acumulación de electrones constituye una carga negativasobre el zinc. Los iones (Zn++) en la solución repelen a los iones amonio (NH 4+) y a los ioneshidrógeno positivos (H+), los cuales son colectados sobre la superficie del electrodo de carbón en laforma de burbujas gaseosas. La pérdida de electrones deja el electrodo de carbón con una cargapositiva. Los iones (Zn++) se combinan químicamente con los iones (Cl -) para formar cloruro de zinc(ZnCl2) , una sustancia blanca. Se puede ver esta sustancia cuando las pilas envejecen demasiado. Lacubierta de zinc es usada gradualmente para formar el (ZnCl 2) durante el funcionamiento de la pila.
  5. 5. Funcionamiento de la pila seca zinc - carbón.Los electrones agrupados sobre el electrodo de zinc, se repelen unos a otros. Esta repulsión sumada a laatracción de la carga positiva sobre el electrodo de carbón, da como resultado la formación de la f.e.m. de lapila .Esta f.e.m. hace que circule una corriente de electrones entre los electrodos cuando hay un caminoexterno. La acumulación de burbujas de hidrógeno sobre la superficie de carbón afecta en forma adversa elfuncionamiento de la pila, bloqueando su acción química. Esto se llama polarización. El dióxido demanganeso en el electrolito evita la polarización, combinándose con el hidrógeno y formando aguaPilas primarias (Tipo Zinc-Oxido de mercurio)Otro tipo de pila primaria es la de zinc-óxido de mercurio, inventada a mediados del siglo XX . La pilaconsiste en un electrodo negativo de zinc amalgamado ya sea en polvo o en láminas corrugadas. Elelectrodo positivo es una mezcla de óxido de mercurio y grafito, moldeado a presión, contenidos en unenvase de acero. El electrolito es una solución de hidróxido de potasio y óxido de zinc. Se utiliza materialcelulósico como separador y para empastar el electrolito. Construcción de la pila zinc-mercurio
  6. 6. El voltaje de esta pila cuando no se la utiliza es de 1,34 volts, pero con un drenaje normal de corriente,esta tensión cae entre 1,31 y 1,24 voltios. Comparadas con la mayoría de los otros tipos de pilasprimarias, las de zinc-óxido de mercurio poseen ventajas. El voltaje durante su vida útil (ciclo dedescarga) es prácticamente constante , y su capacidad para proveer electrones al electrodo negativoes superior a la pila zinc-carbón . Permite una corriente relativamente alta , que puede mantenerdurante un tiempo considerablemente largo. Estas condiciones se cumplen aún a temperaturas altas.Sin embargo las pilas zinc-mercurio son relativamente caras y su aplicación se encuentraprincipalmente donde su reducido tamaño (12 a 25 mm de diámetro y cuanto más 25 mm de altura)constituye una ventaja. Algunas de sus aplicaciones son: aparatos para sordos, radios portátiles,equipos de comunicaciones , instrumentos eléctricos, instrumental científico , y en algunos casos comovoltaje de referencia.Una ventaja interesante de ésta pila , es su capacidad para mantener un voltaje constante durante todasu vida útil . En muchas aplicaciones, el voltaje de esta pila se usa como patrón con el cual se ajustaninstrumentos de medida .Pila secundaria (plomo-ácido)Las baterías de almacenamiento o acumuladores consisten en conjuntos de células secundarias.Mientras una célula primaria depende de un consumo irreversible de sus partes componentes, unacélula secundaria puede agotarse por descarga, y luego volver al estado de carga integral si se hacecircular una corriente continua o directa a través de ella en dirección contraria a la de la descarga. Esteproceso puede repetirse centenares de veces antes de que la batería se gaste. La batería de unautomóvil está constituida por un conjunto de acumuladores de plomo. Cada uno contiene dos placasde plomo que adoptan la forma de rejillas para aumentar el área superficial. Los orificios de la rejillanegativa se llenan con plomo esponjoso; los de la rejilla positiva con bióxido de plomo. El conjunto decélulas secundarias formadas por una serie de placas alternadas de plomo y bióxido de plomo, sesumergen en una solución de ácido sulfúrico en agua destilada. Tanto el plomo como el bióxido deplomo reaccionan con el ácido sulfúrico y forman sulfato de plomo y agua. Se liberan iones dehidrógeno positivo y iones de sulfato negativos. El sulfato de plomo resulta prácticamente insoluble enel electrolito, y forma un depósito blanco sobre las placas. Cuando ambos conjuntos de placas estáncubiertos, la batería se ha agotado, o está descargada, porque ya no hay diferencia de potencial entrelas placas. Cuando una corriente continua externa se conecta con las placas para recargarlas, losiones de hidrógeno emigran a las placas negativas y los iones de sulfato a las positivas. Vuelve aformarse plomo esponjoso en las placas negativas, y bióxido de plomo en las positivas. Si la bateríarecargada se conecta, por ejemplo con el circuito de un automóvil, comienza a descargarse. Es decir,suministra electricidad al circuito hasta que nuevamente se descarga. El voltaje nominal de una célulade plomo es aproximadamente de dos voltios, y una batería de automóvil generalmente consiste enseis células conectadas en serie, de modo que se obtienen doce voltios en las terminales de la batería.Hay también células secundarias alcalinas, que tienen un electrolito de hidróxido de potasio diluido yuna placa positiva de hidrato de níquel . La placa negativa puede ser hierro o cadmio. Un artefacto quese aplica particularmente a los vehículos eléctricos es la batería de aire y cinc. Aunque se trata de unabatería primaria, puede recargarse sustituyendo el electrodo de cinc cuando éste se agotó y seconvirtió en óxido de cinc.Otra forma interesante con relación a la aplicación de energía motriz está constituida por la célula acombustible o pila de gas.La electricidad se genera directamente mediante reacciones químicas, por ejemplo, combinación deoxígeno con hidrógeno en presencia de electrodos adecuados, con formación de agua. Como estasustancia es importante para los astronautas, tales pilas se han utilizado en satélites artificiales.
  7. 7. La diferencia principal entre la pila primaria y la secundaria, es que esta última es recargable. Estosignifica que luego que ha estado en uso y se ha descargado, se puede invertir su acción química y lapila se recarga. La más popular y ampliamente usada de las pilas secundarias, es el acumuladorplomo-ácido, para automóviles. Cuando está totalmente cargado, este acumulador tiene un voltaje desalida aproximado de 2,2 volts. Las baterías para automóviles generalmente contienen tres o seis deestos elementos. La pila plomo-ácido es capaz de dar corriente extremadamente alta, de varios cientosde amperios.Los dos metales distintos de la pila plomo-ácido son plomo (Pb) en forma de una placa formada pormetal finamente dividido, y perióxido de.plomo (PbO 2). El plomo es el electrodo negativo y el peróxidoel positivo. Estos materiales son relativamente blandos y se pasan por las aberturas de una rejilla queforma una placa corrugada. El electrolito es ácido sulfúrico (H 2SO4) mezclado con agua destilada(H2O). Una pila está formada por varias placas negativas y positivas, unidas y contenidas dentro de unrecipiente, junto con el electrolito. Las condiciones en que se halla la pila puede ser medida con undensímetro, que determina la gravedad específica del electrolito (peso del electrolito comparado con elpeso del agua). Cuando está totalmente cargada, su densidad puede ser de 1,25; cuando estádescargada de 1,1. Vista en corte de un acumulador acido.Carga y descarga en el acumulador plomo-ácidoAnalizaremos los fenómenos químicos en un acumulador plomo-ácido. Cuando está totalmentecargado, las placas negativas (electrodos) son de plomo y las positivas de peróxido. El electrólito esácido sulfúrico y agua. Si conectamos un conductor entre el terminal positivo y el negativo, circulacorriente y la pila comienza a descargarse. Durante la descarga disminuye el contenido de ácido delelectrolito y se deposita sulfato de plomo (PbSO 4) sobre ambas placas, positiva y negativa. Aumentapor lo tanto la cantidad de agua. Este proceso continúa hasta que ambos electrodos contienen unmáximo de sulfato de plomo y la densidad del electrolito es muy baja. Al llegar a ese punto, dado queambos electrodos no son diferentes, f.e.m. entre ellos es mínima.
  8. 8. Ciclo de carga y descarga de un acumulador del tipo ácido .El acumulador puede ser recargado invirtiendo la dirección de la corriente de descarga. Esto se haceconectando el terminal positivo de la batería al terminal positivo del cargador de baterías. Durante elproceso de carga la placa negativa retorna al plomo y la positiva al peróxido. El sulfato retorna alelectrolito y aumenta la densidad de éste. Durante la carga, se desprende hidrógeno y oxígeno, y sedebe agregar algo de agua al electrólito para reemplazar la que se ha perdido. Esta es la razón por lacual se agrega agua a la hatería del automóvil dos o tres veces al añoPila níquel-cadmioLa pila níquel-cadmio es de desarrollo mas reciente y ha encontrado considerable uso en equiposelectrónicos portátiles. Es una pila que puede soportar sobrecargas ya sea en su régimen de descargao de carga, o permanecer descargada durante mucho tiempo. Siendo una pila secundaria puede serrecargada. Estando completamente cargada, el electrodo positivo de la pila níquel-cadmio, eshidróxido de níquel, mientras el negativo es cadmio metálico. El electrolito es hidróxido de potasio. Elvoltaje medio de trabajo, bajo condiciones normales es de 1,2 volts. Vista de corte de una pila miniatura de níquel-cadmio .Los acumuladores de níquel-cadmio se fabrican en una amplia variedad de tamaños y formas, siendolos más populares de ellos los tipos rectangulares de cierre hermético, y los cilíndricos de "botón". Enel tipo de placa sintetizada, las placas están dispuestas en grupos y conectadas por cintas soldadas yseparadas por distanciadores. Los grupos de placas positivas y negativas están entremezcladas ycolocadas en un recipiente de plástico. Durante la carga y la descarga de un acumulador de níquel-cadmio, no hay prácticamente cambios. en la densidad del electrolito. Éste actúa solamente como unconductor para transferir los iones hidróxido de un electrodo al otro, dependiendo esto de la condiciónde carga de la pila.
  9. 9. Relaciones en las tensiones de salida de las pilasUn hecho interesante acerca de la fuerza electromotriz (f.e.m.) generada por las pilas es que el voltajede salida de una pila depende del tipo de materiales utilizados en ella, y no de sus dimensiones. Porejemplo, toda pila de zinc-carbón con electrólito de cloruro de amonio da la misma tensión, ya sea lapequeña de tipo lapicera, o las grandes para campanillas suministran 1,6 volts cuando son nuevas.Como veremos luego, la diferencia que existe entre ellas se debe a la corriente de salida que puedensuministrar. Lo mismo es cierto para los acumuladores plomo-ácido. Una pequeña unidad de éstostiene pocas placas que dan una tensión de salida de 2,2 voltios , la misma que uno de gran tamañocon numerosa cantidad de placas. Hay otras combinaciones de elementos químicos que dan variastensiones diversas, pero no dependen de la cantidad. EL VOLTAJE DE SALIDA DE UN ELEMENTO DEPENDE DEL TIPO DE PRODUCTOS QUIMICOS USADOS Y NO DE SU CANTIDADPara medir el voltaje de salida de una pila se utiliza un " voltímetro ". El voltímetro se conecta sobre losterminales de la pila y el voltaje se lee sobre la escala. Lo mismo se puede hacer con losacumuladores, pero en éstos, para que la lectura sea más real, se hace cuando se está descargando o"bajo carga".Relaciones en las corrientes de salida de las pilasHemos visto que si un alambre se conecta entre los terminales negativo y positivo de una pila, circulacorriente por éste. El hecho de que los electrones dejan la pila y penetran en el alambre es la basepara considerar a la pila (o a la batería) como una fuente de corriente. Mientras continúa la acciónquímica, sigue el suministro de electrones. El poder de una pila para suministrar electrones en unacierta relación, se llama capacidad de corriente. La cantidad máxima de electrones suministradosdepende del tamaño o de la cantidad de material activo en los electrodos, ocurriendo lo mismo con elelectrólito. Esto explica por qué una pila grande suministra más corriente que una pequeña.La capacidad de corriente de una batería depende de la cantidad de material activo.Cuando se expresa la capacidad de una pila (práctica muy común en los acumuladores), se hace pormedio del número máximo de amperios que puede dar en una hora. Así, un acumulador de 20 Amperios-
  10. 10. hora, es un elemento que puede suministrar una corriente de 20 amperios durante una hora, después delo cual comienza a descargarse. Si la corriente de descarga es menor que su capacidad máxima, la pilapuede suministrarla durante más tiempo que una hora. Por ejemplo, un acumulador de 20 Amperios-hora, puede dar 1 amperio durante 20 horas, de la misma forma, la capacidad de corriente seráproporcionalmente más grande por un tiempo mas pequeño, como por ejemplo, 100 amperes por 1/5 dehora, o sea por 12 minutos. El producto de la corriente en amperios y del tiempo en horas no puedeexceder la relación amperio-hora de una pila determinada. El amperio-hora es una base para relacionar las baterías. El amperio-hora u amper-hora es una medida de la vida útil de la batería antes de cargarla nuevamenteVoltaje terminalCuando una pila o generador entrega una corriente (I) , el voltaje sobre sus terminales (V) esdisminuido por la caída de potencial (voltaje) que se produce en su resistencia interna ( Ri ) .Por lo tanto, el voltaje (V) en los terminales de una pila o generador es igual a su fem (E) acircuito abierto (máxima), menos la caída de voltaje en su resistencia interna (I Ri) : Fig. 1-4. Ilustración del Problema 22.Voltaje terminal = fem - caída internao, V = E - I R¡PROBLEMA 21. ¿Cuál es el voltaje en los terminales de una pila seca de 1,5 voltios queentrega 30 amperios, si la resistencia interna es 0,003 ohms?SOLUCIóN.V = E - I R¡ = 1,5 voltios - 30 amperios X 0,003 ohmios = 1,5 voltios - 0,09 voltios = 1,41
  11. 11. voltiosPROBLEMA 22. Una batería tiene una fem a circuito abierto de 6 voits, y una resistenciainterna de 0,2 ohms (Fig. 1-4). Determinar la corriente y el voltaje en los terminales cuando labatería se pone en cortocircuito al conectarle entre sus terminales un alambre de resistenciadespreciable.SOLUCIóN. Corriente de cortocircuito:Voltaje en terminales, V = E - I Ri = 6 volts - 30 amps x 0,2 ohm = 0 volt(Esto es una consecuencia de la definición de cortocircuito.)PROBLEMA 23. ¿Cuál es la resistencia interna de una pila de 2 volts (a circuito abierto) quetiene un voltaje en sus terminales de 1,85 volts cuando círcula una corriente de 22 amperes?Pilas y BateríasConexión de las pilas en serie para formar bateríasBajo ciertas circunstancias, el voltaje que produce una sola pila es suficiente, tal como sucedeen algunas linternas. En otras ocasiones se necesita mayor voltaje. Esto puede lograrseconectando varias pilas (primarias o secundarias) en serie, en número tal como para lograr elvoltaje necesario. Esta agrupación de pilas se llama batería.La fem (E) de una combinación serie es la suma de las fem de las pilas individuales, y laresistencia interna total es la suma de las resistencia (R¡) de cada pila. En la combinación depilas en paralelo, en la cual todas tienen la misma fem, la fem (E) resultante es la de una solapila (E) . La resistencia interna total de n pilas en paralelo, teniendo cada una, una resistenciainterna R¡ es, R¡/n. (La ventaja de la conexión en paralelo es la mayor capacidad de corrienteque en una sola pila.)
  12. 12. El voltaje total de un conjunto de pilas conectadas en serie es la suma de los voltajes de cadapila. Así, si se conectan en serie cuatro pilas de 1,5 volts, el voltaje total es 1,5 + 1,5 + 1,5 +1,5, o sea 6 voltios. Si se conectan 30 de estas pilas en serie, el voltaje final será 30 x 1,5, osea 45 voltios. Los acumuladores de plomo-ácido de 6 voltios consisten en tres baterías de 2voltios conectadas en serie.Ejemplo: Una batería se forma conectando pilas entre sí. Una batería de 30 voltios sr obtieneagrupando 20 pilas de 1,5 voltios en serie.Cuando las pilas se conectan en serie, el terminal positivo de una se conecta con el terminalnegativo de la otra. Al hacer esto, se suman todos los potenciales individuales, unos a otros.Los ejemplos anteriores tratan las pilas que poseen el mismo voltaje. Esto no necesita ser deesa forma; se pueden conectar en serie pilas de cualquier voltaje. Aunque todas las pilas notengan el mismo voltaje, se pueden conectar igualmente en serie. Ahora bien, cada pila oacumulador, en una conexión serie, debe tener la misma capacidad de corriente.Conexión de las pilas en paralelo para formar bateríasTambién se puede formar baterías conectando pilas en paraleo. Esto solamente puede hacersecon pilas que tengan el mismo voltaje de salida. El propósito de una conexión en paralelo esaumentar la capacidad de corriente. La conexión en paralelo crea el equivalente de unaumento en el tamaño físico de los electrodos y de la cantidad de electrólito, e increménta porlo tanto la corriente disponible.
  13. 13. Por ejemplo, si se conectan tres pilas en paralelo, la capacidad de corriente de la batería sehace igual al triple de la capacidad de corriente una sola pila. Es decir, cada pila contribuye conla tercera parte de la corriente total.Conectando las pilas en paralelo no cambia el voltaje. El voltaje final de las pilas en paralelo,es el mismo que el de una sola. Cuando se conectan pilas en paralelo de tensiones desiguales,circula corriente entre las pilas debido a las diferencias de potencial y se consume energíaeléctrica. Hay, también una posibilidad de que las pilas puedan dañarse.Conexión de pilas en serie-paraleloLas ventajas de la conexión serie y paralelo, se pueden combinar en la distribución serie-paralelo. Ésta permite mayor voltaje de salida como sucede en la conexión serie y aumenta lacapacidad de corriente simultáneamente por la conexión paralelo. Como en los ejemplosprevios de la conexión paralelo, es deseable que el voltaje y la capacidad de corriente de laspilas, sean en todas los mismos. Si se conecta una pila de tensión alta sobre otra de tensiónbaja, por esta última circulará corriente y puede dañarse. Generalmente este tipo de conexiónsolamente se usa cuando se quiere obtener una capacidad de corriente mayor que con unasola pila. Sin embargo hay casos en que el voltaje y la capacidad de corriente sólo se puedenalcanzar por medio de este tipo de conexión serie-paralelo.Cuando se realiza una conexión serie-paralelo, se deben seguir las reglas de la polaridad: encircuito serie, se conecta positivo con negativo; en circuitos paralelos, se conectan positivo conpositivo y, negativo con negativo.PROBLEMA 24. Seis pilas secas tienen una fem de 1,5 volts y una resistencia interna de 0,1ohm cada una. ¿Qué corriente pueden entregar a una resistencia externa de 35 ohms, a)cuando las pilas se conectan en serie, y b) cuando se conectan en paralelo (Fig. 1-5) ?
  14. 14. SOLUCIóNa) fem total = 6 X 1,5 volts = 9 voltsresistencia interna total = 6 X 0,1 ohm = 0,6 ohmresistencia total ( int. + ext.) = 0,6 + 35 ohms = 35,6 ohmscorriente I = E/R= 9 volts/35,6 ohms = 0,252 ampb) fem del grupo en paralelo = fem de una sola pila = 1,5 volts; resistencia interna = 0,1/6ohms = 0,0167 ohms (despreciable) ; resistencia total del circuito 0,0167 + 35 = 35,0167 ~35 ohms (aproximadamente).corriente I = E/R = 1,5 volts/35 ohms = 0,0429 ampPROBLEMA 25. Cuatro pilas de 1,4 volts de fem cada una y una resistencia interna de 1,2ohms se conectan primero en serie y luego en paralelo. Si cada combinación se cortocircuitacon un alambre grueso, calcular la fem total, la resistencia interna y la corriente decortocircuito en cada caso.SOLUCIóN.a) Combinación serie: fem total = 4 X 1,4 volts = 5,6 voltsresistencia interna total = 4 X 1,2 ohms = 4,8 ohmscorriente de cortocircuito I = E/R = 5,6 volts/ 4,8 ohms = 1,17 ampsb) Combinación paralelo: fem total = fem de una pila = 1,4 volts.resistencia interna total = 1,2 / 4 ohm = 0,3 ohmcorriente de cortocircuito I = E/R = 1,4 volts / 0,3 ohm = 4,67 amps.
  • gabrielgonzalesrequena

    Feb. 3, 2014

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