CONCEPTOS DE ELECTRICIDAD BÁSICA.

Introducción

En esta pequeña investigación puede encontrar explicación de conceptos de la electricidad, diodos y más relacionado a la electricidad, tipos y clases de herramientas de electricidad que le ayuden a comprender los principales aspectos asociados a la electricidad.

Encontraremos concepto sobre lo que es un diodo, que es la electricidad estática, que es un núcleo y de que se componen, los resistores y las clases que existen etc.

TEMA I: CONCEPTOS DE ELECTRICIDAD  BÁSICA.

1.1     Electrónica Análoga y Electrónica Digital.

1.2     Concepto de Electricidad

1.3     Materia, compuesto, molécula y átomo.

1.4     Núcleo, protón, neutrón, electrón y masa.

1.5     Capa orbital de valencia.

1.6     Electricidad estática y fuerza electrostática.

1.7     Fuerza electromotriz.

1.8     Intensidad eléctrica.

1.9     Coulombio.

                1.10 Conductores, aisladores y semiconductores 

  

TEMA II: DISPOSITIVOS BÁSICOS DE ELECTRÓNICA ANÁLOGA.

2.1        El resistor y sus clases.

2.2        Código de colores del resistor y tolerancia      (práctica).

2.3        El inductor.

2.4        El transformador.

2.5        Transformador elevador, reductor y auto transformador.

2.6        El capacitor.

2.7        Diodo semiconductor.

2.8        Diodo led y sus clases

2.9        Diodo Zener.

2.10    El transistor y sus clases

TEMA I: CONCEPTOS DE ELECTRICIDAD  BÁSICA.

1.1      Electrónica Análoga y Electrónica Digital

Electrónica analógica

La electrónica es una parte de la física que se encarga del estudio de los sistemas eléctricos enfocados desde el punto de vista del comportamiento individual del electrón (la mínima partícula eléctrica).

Su relación con la electricidad es muy estrecha, entonces algunas veces es complicado separar una de la otra.

La electrónica digital considera valores discretos de tensión, corriente o cualquier otra medida; estos son valores concretos determinados, mientras que la electrónica analógica, la que consideramos en esta sección, considera y trabaja con valores continuos de estas variables; pudiendo tomar, en teoría, valores infinitos.

Ejemplo:

Disponemos de una medida real concreta; por ejemplo, la longitud total de un coche.

En un sistema digital la medida del coche podría ser de 4 metros o de 4 metros y 51 cm. Podremos darle cualquier precisión pero siempre serán números enteras.

En un sistema analógico la medida sería real; es decir 4,51528397... teóricamente hasta que llegásemos a la mínima cantidad de materia existente (siempre que el instrumento de medida sea lo suficientemente exacto).

1.2     Concepto de Electricidad

La Electricidad es una propiedad física de la materia. Consiste en aquella interacción negativa o positiva existente entre los protones y los electrones de la materia. El origen etimológico de la palabra es Griego, quienes la estudiaron en esta civilización la llamaron “Ámbar” por el color tan versátil y luminoso que presentaba, sin embargo el término fue introducido en la sociedad científica por primera vez por el científico inglés William Gilbert en el Siglo XVI para describir el fenómeno de interacción de energía entre partículas.

Debemos tener en cuenta el significado de dos términos más en el estudio de la electricidad, la corriente eléctrica es una magnitud física, que describe la cantidad de electricidad que pasa a través de un conductor. Existen dos tipos de corrientes, que son: La continua, que no es interrumpida por ningún lapso de vacío, debido a que es en un solo sentido. La otra es la alterna, que se alterna en dirección y no es constante.

  

1.3     Materia, compuesto, molécula y átomo.

Materia es todo aquello que ocupa un lugar en el espacio, posee una cierta cantidad de energía, está sujeto a cambios en el tiempo y a interacciones con aparatos de medida. Se considera que es lo que forma la parte sensible de los objetos perceptibles o detectables por medios físicos.

Compuesto es un término con distintos usos y significados. Uno de los más usuales hace referencia al elemento creado a partir de la suma de distintas partes. Por ejemplo: “Este compuesto tiene varios tipos de hierbas, jugo de frutas y un ingrediente secreto”, “Me recomendaron que aplique un compuesto de pintura y membrana líquida sobre la pared para evitar las filtraciones”.

átomo es la menor fracción en que puede dividirse un elemento simple sin que pierda sus propiedades químicas y pudiendo ser objeto de una reacción química. Está formado por un conjunto de nucleones (protones y neutrones), situados en el núcleo, que concentra la casi totalidad de la masa atómica y a cuyo alrededor gira, en distintos orbitales, un número de electrones igual al de protones.

Molécula es la partícula más pequeña que presenta todas las propiedades físicas y químicas de una sustancia, y se encuentra formada por dos o más átomos. Los átomos que forman las moléculas pueden ser iguales (como ocurre con la molécula de oxígeno, que cuenta con dos átomos de oxígeno) o distintos (la molécula de agua, por ejemplo, tiene dos átomos de hidrógeno y uno de oxígeno).

1.4     Núcleo, protón, neutrón, electrón y masa.

El núcleo es la médula, lo interior, lo seguro, lo firme de una cosa, o la parte central o más importante de algo. En general, su término puede referirse a diversos ámbitos.

Tenemos que en la física y química, el núcleo es el centro de un átomo llamado núcleo atómico, un denso conglomerado de partículas con carga positiva (protones), y que contiene la mayor parte de la masa atómica.

Protón es una partícula subatómica con carga eléctrica positiva que se encuentra dentro del núcleo atómico de los átomos. El número de protones en el núcleo atómico es el que determina el número atómico de un elemento, como se indica en la tabla periódica de los elementos.

Neutrón es una partícula subatómica, un nucleón, sin carga neta, presente en el núcleo atómico de prácticamente todos los átomos, excepto el protio. Aunque se dice que el neutrón no tiene carga, en realidad está compuesto por tres partículas fundamentales cargadas llamadas quarks, cuyas cargas sumadas son cero. Por tanto, el neutrón es un barión neutro compuesto por dos quarks de tipo abajo, y un quark de tipo arriba.

Electrón es una partícula elemental estable cargada negativamente que constituye uno de los componentes fundamentales del átomo. Por este motivo también se la puede definir como una partícula subatómica. Forma parte del grupo de los leptones.

Masa es la medida que indica la cantidad de materia que tiene un cuerpo. Un cuerpo corresponde a una porción de materia que puede encontrarse en estado sólido, líquido o gaseoso, el cual puede estar formado por materiales de igual o diferente naturaleza.

1.5     Capa orbital de valencia.

La cubierta exterior es la última capa de distribución electrónica, que contiene la mayor cantidad de energía sub nivel. Diagrama de Pauling afirma que los átomos pueden tener siete capas de la distribución atómica. Estas capas se llaman K, L, M, N, O, P y Q. Cada una de estas capas poseen un número máximo de electrones. Así, las capas superiores tienen, respectivamente, 2, 8, 18, 32, 32, 18 y 2 electrones. Las necesidades de cáscara externa, sobre todo de los átomos, de 8 de electrones para ser estables.

1.6     Electricidad estática y fuerza electrostática

Electricidad estática es una carga eléctrica sin movimiento. Todos los materiales están hechos de átomos. Un átomo es la partícula más pequeña de un material que todavía conserva las propiedades de dicho material. Cada átomo está formado por un núcleo con carga positiva alrededor del cual se mueven uno o más electrones negativos. En reposo, la carga positiva del núcleo es igual a la suma de las cargas negativas de todos los electrones que giran a su alrededor. Esto significa que la carga es neutra.

Fuerza electrostática

Los átomos que están presentes en todos los cuerpos, están compuestos de electrones, protones y neutrones. Los tres tienen masa pero solamente el electrón y el protón tienen carga. El protón tiene carga positiva y el electrón tiene carga negativa. Si se colocan dos electrones (carga negativa los dos) a una distancia “r”, estos se repelerán con una fuerza “F”.

Esta fuerza depende de la distancia “r” entre los electrones y la carga de ambos. Esta fuerza “F” es llamada Fuerza electrostática. Si en vez de utilizar electrones se utilizan protones, la fuerza será también de repulsión pues las cargas son iguales. (positivas las dos).

1.7     Fuerza electromotriz.

Se denomina fuerza electromotriz de un generador de electricidad al trabajo que éste tiene que realizar con el fin de mover la carga eléctrica a través de un circuito, tanto exterior como interior al propio generador.

Así, la fuerza electromotriz establece la capacidad de los distintos utensilios eléctricos para activar su carga eléctrica (por ejemplo, en la batería de un vehículo o en un generador). Este tipo de aparatos activan una fuerza determinada sobre las cargas eléctricas y de esta manera estos utensilios pueden funcionar con normalidad.

1.8     Intensidad eléctrica

Intensidad de Corriente eléctrica.

La corriente eléctrica es la circulación de cargas eléctricas en un circuito eléctrico.

La intensidad de corriente eléctrica(I) es la cantidad de electricidad o carga eléctrica(Q) que circula por un circuito en la unidad de tiempo(t). Para denominar la Intensidad se utiliza la letra I y su unidad es el Amperio(A).

1.9     Coulomb

El culombio o coulomb es la unidad derivada del sistema internacional para la medida de la magnitud física cantidad de electricidad (carga eléctrica). Nombrada en honor del físico francés Charles-Augustin de Coulomb.

Se define como la cantidad de carga transportada en un segundo por una corriente de un amperio de intensidad de corriente eléctrica.

1.10    Conductores, aisladores y semiconductores

Conductores son todos aquellos materiales o elementos que permiten que los atraviese el flujo de la corriente o de cargas eléctricas en movimiento. Si establecemos la analogía con una tubería que contenga líquido, el conductor sería la tubería y el líquido el medio que permite el movimiento de las cargas.

Un aislante es un material con escasa capacidad de conducción de la electricidad, utilizado para separar conductores eléctricos evitando un cortocircuito y para mantener alejadas del usuario determinadas partes de los sistemas eléctricos que de tocarse accidentalmente cuando se encuentran en tensión pueden producir una descarga. Los más frecuentemente utilizados son los materiales plásticos y las cerámicas. Las piezas empleadas en torres de alta tensión empleadas para sostener o sujetar los cables eléctricos sin que éstos entren en contacto con la estructura metálica de las torres se denominan aisladores.

Un semiconductor es un elemento que se comporta como un conductor o como aislante dependiendo de diversos factores, como por ejemplo el campo eléctrico o magnético, la presión, la radiación que le incide, o la temperatura del ambiente en el que se encuentre. Los semiconductores son materiales que con respecto a la conductividad eléctrica, se hallan entre los materiales aislantes y metales.

La característica común a todos ellos es que son tetravalentes, es decir, forman 4 enlaces covalentes.

TEMA II: DISPOSITIVOS BÁSICOS DE ELECTRÓNICA ANÁLOGA.

2.1        El resistor y sus clases.

Resistor es el componente electrónico diseñado para introducir una resistencia eléctrica determinada entre dos puntos de un circuito eléctrico. En el propio argot eléctrico y electrónico, son conocidos simplemente como resistencias. En otros casos, como en las planchas, calentadores, etc., se emplean resistencias para producir calor aprovechando el efecto Joule. Es un material formado por carbón y otros elementos resistivos para disminuir la corriente que pasa. Se opone al paso de la corriente. La corriente máxima y diferencia de potencial máxima en un resistor viene condicionada por la máxima potencia que pueda disipar su cuerpo. Esta potencia se puede identificar visualmente a partir del diámetro sin que sea necesaria otra indicación. Los valores más comunes son 0,25 W, 0,5 W y 1 W.

Se pueden dividir en tres grupos:

Resistencias lineales fijas: su valor de resistencia es constante y está predeterminado por el fabricante.

Resistencias variables: su valor de resistencia puede variar dentro de unos límites.

Resistencias no lineales: su valor de resistencia varia de forma no lineal dependiendo de distintas magnitudes físicas (temperatura, luminosidad, etc.).

2.2        Código de colores del resistor y tolerancia      (práctica).

Para caracterizar un resistor hacen falta tres valores: resistencia eléctrica, disipación máxima y precisión o tolerancia. Estos valores se indican normalmente en el encapsulado dependiendo del tipo de éste; para el tipo de encapsulado axial, dichos valores van rotulados con un código de franjas de colores.

Estos valores se indican con un conjunto de rayas de colores sobre el cuerpo del elemento. Son tres, cuatro o cinco rayas; dejando la raya de tolerancia (normalmente plateada o dorada) a la derecha, se leen de izquierda a derecha. La última raya indica la tolerancia (precisión). De las restantes, la última es el multiplicador y las otras indican las cifras significativas del valor de la resistencia.

2.3        El inductor.

La bobina o inductor por su forma (espiras de alambre arrollados) almacena energía en forma de campo magnético.

Cuando un conductor de electricidad es recorrido por una corriente eléctrica, alrededor del mismo se genera un campo magnético similar al campo magnético terrestre.

El campo magnético es por supuesto invisible a los sentidos de un ser humano y no tienen manifestaciones evidentes de su existencia como el campo eléctrico. En efecto, si nosotros tomamos nuestras bolitas metálicas y les aplicamos una tensión creciente llegará el momento en que se producirá un arco eléctrico con manifestaciones luminosas y acústicas muy evidentes.

2.4        El transformador.

Se denomina transformador a un dispositivo electromagnético (eléctrico y magnético) que permite aumentar o disminuir el voltaje y la intensidad de una corriente alterna de forma tal que su producto permanezca constante (ya que la potencia que se entrega a la entrada de un transformador ideal, esto es, sin pérdidas, tiene que ser igual a la que se obtiene a la salida).

 No hay transformadores de corriente continua, solo hay de corriente alterna . Como la mejor forma de transportar la corriente eléctrica es en alta tensión, pero después hay que disminuirla hasta 220V al llegar a las viviendas, solo es posible transportar la corriente en c.a. ya que existen transformadores.

2.5        Transformador elevador, reductor y autotransformador.

Un transformador elevador aumenta la tensión, por lo que tiene más espiras en el secundario que en el primario, mientras que un transformador reductor reduce la tensión y, por tanto, tiene más espiras en el primario que en el secundario.

Un autotransformador es un transformador donde una parte del devanado es común tanto al primario como al secundario. El principio de funcionamiento es el mismo que el de el transformador común, entonces la relación de transformación entre las tensiones y las corrientes y el número de vueltas se mantiene.

Las corrientes primaria y secundaria están en oposición y la corriente total que circula por las espiras en común es igual a la diferencia de la corriente del devanado de baja tensión y el devanado de alta tensión. Para que un autotransformador funcione adecuadamente, los dos devanados deben tener el mismo sentido de bobinado.

2.6        El capacitor.

El capacitor es un dispositivo eléctrico que permite almacenar energía en forma de campo eléctrico. Es decir, es un dispositivo que almacena cargas en reposo o estáticas. Consta en su forma más básica de dos placas de metal llamadas armaduras enfrentadas unas a otras, de forma que al conectarlas a una diferencia de potencial o voltaje una de ellas adquiera cargas negativas y la otra positivas.

Esto se debe a que al conectar las armaduras a una diferencia de potencial, que puede ser una batería, las cargas llegan muy rápidamente a un nuevo estado de reposo en la cual esa diferencia de potencial es "transmitida"(los electrones del polo negativo de la batería se repelen hacia una placa mientras que en el polo positivo se extraen electrones de la otra armadura)a las armaduras, pero al estar enfrentadas las placas unas con otras estas cargas se atraen formando un campo eléctrico paralelo y almacenando energía eléctrica permanentemente.

Como el capacitor tiene en cada placa cargas iguales pero de signo opuesto, la carga neta del condensador es nula. Cuando se habla de carga de un capacitor se habla de la carga de cualquiera de sus placas, pero en realidad sólo las cargas de la placa negativa se mueven (hacia la placa positiva), debido a que el movimiento es sólo de los electrones.

2.7        Diodo semiconductor.

El diodo semiconductor es un dispositivo que permite el paso de la corriente eléctrica en una única dirección. De forma simplificada, la curva característica de un diodo consta de dos regiones: por debajo de cierta diferencia de potencial, se comporta como un circuito abierto (no conduce), y por encima de ella como un corto circuito con muy pequeña resistencia eléctrica.

En la siguiente imagen se puede notar un diodo el cual su banda gris representa el cátodo y la banda negra el ánodo.

Debido a este comportamiento, se les suele denominar rectificadores, ya que son dispositivos capaces de convertir una corriente alterna en corriente continua.

2.8        Diodo led y sus clases

Muchas son las variables a tener en cuenta cuando nos ponemos a elegir un led. Para ello la mayoría de las veces nos basamos en aspectos estéticos o de luminosidad, pero ¿tenemos en cuenta el diodo? ¿sabemos qué diferencias técnicas existen entre un diodo u otro? ¿en que se diferencian en cuanto a aspectos técnicos? Los componentes son diferentes dependiendo del producto.

LED (DIP):

Son los primeros chips y más básicos, utilizados en electrodomésticos como pilotos luminosos, en semáforos o señales viales.

HIGH POWER :

Tienen una potencia lumínica bastante considerable, incluso más que los SMD, pero también mayor consumo (1w por LED aproximadamente). Necesitan una buena disipación por lo que suelen usarse en bombillas y similares para sustituir halógenos.

SMD: Surface Mount Device – Dispositivo de montaje superficial:

Son los más extendidos del mercado utilizados tanto para iluminación doméstica como profesional. El diodo viene encapsulado en una resina semirígida por lo que asegura una buena protección frente a golpes. Emite luz unidireccional y proporciona una gran cantidad de luz.

Los tipos son muy diversos y existe mucha variedad en el mercado. Los más comunes son 3528 y 5050:

– 3528: Esto significa que la medida del encapsulado es 3.5×2.8mm. Son bastante fiables y se utilizan para bombillas pequeñas y medianas con baja potencia.

– 5050: 5x5mm, mejor rendimiento y fiabilidad que el anterior.

– 3014: Sus medidas son  3×1.4mm. Debido a su tamaño es el más utilizado para las luminarias Slim y son anteriores al chip 2835.

– 4014: Las medidas de este tipo de chip son 4mmx1.4mm. Se instala en productos de iluminación interior. – 5630: Su medidas son de 5.6mmx3mm, Actualmente son los SMD que dan mayor rendimiento lúmenes/vatio. Se calientan más que los 5050 por lo que necesitan una buena disipación.

– 2835: Con un rendimiento superior casi a los 5050, son uno de los más extendidos en el mercado. Está compuesto por un disipador de calor muy eficiente y esto permite tener una entrada de corriente mayor y generar un haz de luz más intensa.

2.9        Diodo Zener.

El diodo Zener es un diodo de silicio fuertemente dopado1 que se ha construido para que funcione en las zonas de rupturas, recibe ese nombre por su inventor, el Dr. Clarence Melvin Zener. El diodo Zener es la parte esencial de los reguladores de tensión casi constantes con independencia de que se presenten grandes variaciones de la tensión de red, de la resistencia de carga y temperatura.

Son mal llamados a veces diodos de avalancha, pues presentan comportamientos similares a estos, pero los mecanismos involucrados son diferentes. Además si el voltaje de la fuente es inferior a la del diodo éste no puede hacer su regulación característica.

2.10    El transistor y sus clases

Un transistor es un dispositivo que regula el flujo de corriente o de tensión actuando como un interruptor o amplificador para señales electrónicas.

El Transistor es un componente electrónico formado por materiales semiconductores, de uso muy habitual, pues lo encontramos presente en cualquiera de los aparatos de uso cotidiano como las radios, alarmas, automóviles, ordenadores, etc.

Tipos de Transistor

Transistor de contacto puntual

Primer transistor, consta de una base de germanio semiconductor, sobre la que se apoyan, muy juntas, dos puntas metálicas que constituyen el emisor y el colector. La corriente de base es capaz de modular la resistencia que se "ve" en el colector.

Transistor de unión bipolar

El transistor de unión, se fabrica básicamente sobre un monocristal de Germanio o Silicio, que tienen cualidades de semiconductores, estado intermedio entre conductores como los metales y los aislantes como el diamante.

Conclusión

Hoy en día en casi todos los aspectos de la vida utilizamos la electricidad, de una u otra forma, siendo cada día más frecuente el uso que de ella se hace.

Desde que suena el despertador por la mañana, encendemos la luz, conectamos la radio, la televisión, el frigorífico, la lavadora, el ordenador, etc.

Es necesario tener conocimientos básico o conceptos claros y concisos acerca de esta parte de la ciencia para poder aplicarlos práctica y correctamente a lo largo de nuestra vida y no cometer un error que nos cueste un accidente.

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