Electricidad. Electrónica 1. El átomo. Su estructura. 2. Las partículas elementales. Los electrones. 3. La corriente eléctrica. Tipos de corriente eléctrica. 4. Las magnitudes eléctricas más importantes. La ley de Ohm. 5. El circuito eléctrico. Sus elementos. 6. Medida de resistencias. 7. Dispositivos de maniobra y control. 8. Problemas.
Electricidad y electrónica (II) Concepto de electrónica. Semiconductores de tipo n y p Componentes activos activos : diodos y transistores. Componentes pasivos : resistores, potenciómetros, condensadores y sensores.
Estructura del átomo
Partículas elementales.
Corriente eléctrica Es el paso de una corriente de electrones a través de un material conductor. Los materiales desde el punto de vista eléctrico se clasifican: a. Conductores, su resistencia es muy pequeña y permite el paso de los electrones : los metales b. Aislantes, su resistencia es muy grande y dificulta el paso de los electrones: la madera, los plásticos o los materiales cerámicos. c. Semiconductores.- So aquellos materiales que en determinadas ocasiones permite el paso de la corriente eléctrica ( Si y el Ge).
Corriente eléctrica Para que exista corriente entre dos puntos de un conductor, es necesario que tenga tensión, es decir, que exista una diferencia de energía por unidad de carga eléctrica entre estos puntos. Esto es lo que se denomina potencial V y se mide en voltios. Intensidad I Polo + A Sentido convencional de la corriente B Polo - Sentido real de la corriente V AB =0 no existe corriente eléctrica V AB 0existe corriente electrica V A >V B Conductor
Corriente eléctrica Un circuito eléctrico es una línea cerrada y conductora. El dispositivo que crea y mantiene una tensión o diferencia de potencial entre dos puntos de un circuito se denomina generador eléctrico. El polo positivo recibe el nombre de Ánodo, mientras que el polo negativo, con inferior potencial, recibe el nombre de cátodo.
Corriente eléctrica 4 Existen dos tipos : a. Corriente continua, donde hay un desplazamiento electrónico. Se caracteriza por su valor V = 12 V. b. Corriente alterna. Se desplaza una onda de energía. Se caracteriza por el valor V = 220 V y su frecuencia f = 50 Hz.
Circuitos eléctricos
Magnitudes eléctricas a. Tensión, es la energía por unidad de carga eléctrica. Se mide en voltios. b. Intensidad de corriente. Es el número de cargas eléctricas que se desplaza a través de un conductor en la unidad de tiempo. Se mide en Amperios (A) c. Resistencia eléctrica es la oposición que muestran los materiales para que sean atravesados por la corriente eléctrica. Se mide en Ohmios ( Ω ). Existe una ley que relacionan estas tres magnitudes. Es la ley de Ohm: V = R. I
Medida de las magnitudes eléctricas: Tensión.- Se mide con un polímetro utilizado en forma de voltímetro. Se coloca en paralelo o derivación entre los puntos que se desea determinar el valor de la tensión. El circuito debe de estar cerrado. Intensidad.- Se mide con un polímetro usado como amperímetro. Se coloca en serie con el circuito y se determina el valor de la intensidad de cada rama del circuito. El circuito debe estar cerrado. Resistencia.- Se mide con un polímetro usado para medir resistencias. El circuito debe de estar abierto, no debe de pasar corriente eléctrica.
El circuito eléctrico: sus elementos. 1. Generadores. a.por reacción química. Algunas reacciones químicas se producen por transferencia electrónica, siendo este fenómeno usado en las pilas y acumuladores de DC. El polo positivo de la pila, recibe el nombre de ánodo; el negativo es el cátodo. b. Por inducción electromagnética. Al hacer girar una bobina o una espira en un campo magnético, se crea en la misma una corriente eléctrica. Es la base del funcionamiento de las centrales eléctricas. El movimiento de la bobina se consigue gracias a la turbina. c. Por Radiación luminosa. Efecto fotoeléctrico. Los semiconductores, cuando se somete a iluminación, éstos son capaces de liberar electrones, produciendo una corriente eléctrica continua. 2 colectores Generador químico Dinamo Colector 2 delgas Alternador
Receptores eléctricos Transforman la energía eléctrica en otra diferente. Pueden ser: a. Térmicos. Son las resistencias eléctricas, Transforman la energía eléctrica en energía térmica. Se utilizan como productores de calor o para la protección de circuitos electrónicos ( eliminación de energía). Q=0,24. I 2. R. t se mide en calorias(cal ); ;t, es el tiempo en segundos b. Luminosos. Se obtiene energía luminosa: lámpara eléctrica, diodo LED, etc. c. Mecánicos. Se consigue energía mecánica. Son los motores de DC y de AC. d. Acústicos. Transforman la energía eléctrica en sonido. Por ejemplo los zumbadores, timbres y altavoces.
Medida de resistencias a. Utilizando el polímetro. Siguiendo las siguientes instrucciones: 1. colocar el puntal negro en el borne COM y el rojo en el borne de la derecha. 2. Colocar el conmutador en el sector de medidas de resistencias y, concretamente en el fondo de 200 Ω. Al encender el polímetro, la pantalla muestra el valor 1, debido a que la resistencia del aire es muy grande, cuando unimos los puntales(cortocircuitamos) la pantalla muestra el valor cero y se oye un ruido (de continuidad). 3. Seguidamente se coloca el conmutador en la mitad de la escala (fondo 20k) y colocamos los puntales en los extremos de la resistencia. Si la pantalla aparece el valor 1 se sube la escala. Si aparece el valor cero, se baja la escala. La medida de la pantalla será el valor de la resistencia.
Medida de resistencias (II) Se utiliza el código de colores
Cálculo del valor de resistencias Una resistencia posee como bandas de colores principales: r / r / am. Calcular su valor. Una resistencia tiene como bandas principales de colores tres rojas, cuál es su valor?.
Asociación de resistencias 1. En serie : Se colocan las resistencias una a continuación de la otra 2. En paralelo o derivación R T = R i =R 1 + R 2 + R 3 =100+200+300=600Ω 1 = ( 1 )= 1 + 1 + 1 = 1 R T R i R 1 R 2 R 3 100 + 1 200 + 1 300 =0,01+0,005+0,0033=0,0183 R T = 1 0,0183 =54,6Ω
Dispositivos de maniobra y control : Da servicio y controla el suministro de corriente eléctrica en las distintas partes de un circuito. Un relé es un conmutador electromagnético
Conmutador DPDD Se utiliza para invertir el sentido de giro de un motor eléctrico. También se puede utilizar como conmutador de cruce:
Problemas de electricidad 1. Un circuito de DC posee un generador de V = 4 V y tiene como receptor una resistencia cuyas bandas de colores son el amarillo/rojo/marrón. Calcular la intensidad que lo atraviesa. Representar el circuito utilizando como control un pulsador NA. 2. Un circuito eléctrico de DC se alimenta con una pila de petaca (V = 4,5 V) y tiene tres resistencias en serie de 200, 500 Ohmios y una tercera de 2k2 Ohmios. Calcular la intensidad que marca un amperímetro conectado en serie con el circuito y las caídas de tensión en cada resistencia. Cómo se conectarían los voltímetros?. Representar el circuito utilizando un interruptor simple como elemento de maniobra y control. 3. Tres resistencias de colores rojo-rojo-marrón, verde-negra-marrón y la tercera de 500 Ω, se colocan en paralelo en un circuito de corriente continua, alimentado por un generador de 9 V. Calcular las intensidades que circulan por cada rama. Si se utiliza como elemento de control un pulsador NA, representar el circuito y determinar el calor desprendido por la resistencia de 500 Ω, si está funcionando el circuito durante 5 minutos. 4. Determinar cómo he de configurar un circuito eléctrico para que pueda activar una lámpara desde cinco lugares diferentes. Construir el circuito.
Problemas de electricidad 5. Un circuito eléctrico de DC se alimenta con un generador de 6 V y se encuentra conectada una resistencia de 100 Ω, en serie. A continuación se colocan dos resistencia en derivación de valores 300 y 400 Ω respectivamente. Calcular: a. La resistencia total del circuito, representándolo previamente. b. La intensidad principal del circuito. c. La caída de tensión en la resistencia en serie y en las asociadas en paralelo d El valor de las intensidades en cada rama del circuito.
Electrónica. Concepto. Semiconductores n y p La electrónica es la tecnología de la electricidad. Su misión es la de captar una señal mediante un sensor, controlarla y elaborar una respuesta que se manifiesta en un actuador. La electrónica puede ser analógica o digital, dependiendo de la naturaleza de la señal que se cofigura. La electrónica trabaja gracias a la existencia de los semiconductores. Básicamente son dos : Si y el Ge. Para que estos elementos funcionen, es necesario doparles (impurificarles) incorporando trazas de determinados elementos. Cuando las trazas pertenecen a elementos tales como : B, Ga o el In, diremos que es un semiconductor de tipo p, añadiendo huecos a la estructura del semiconductor. Cuando las trazas pertenecen a elementos tales como : P, As o Sb, diremos que es un semiconductor tipo n, añadiendo un exceso electrónico a la estructura del semiconductor.
Elementos pasivos de un circuito electrónico. a. Sensores : captan una señal externa y la convierten en una señal eléctrica: LDR, Termistores. b. Resistores: las resistencias fijas o constantes se utilizan para disipar la energía y así proteger elementos sensibles de los circuitos electrónicos. Las resistencias variables o potenciómetros, actúan como reguladores de la intensidad de respuesta del circuito. c. Condensadores.- Es la asociación de dos conductores (llamadas armaduras) cuya influencia de carga es total. Entre estos conductores se coloca un material aislante polarizable: el dieléctrico. d. Un condensador, en DC, actúa como un almacén de carga. La capacidad de almacenamiento se expresa mediante la magnitud C. Actúa de temporizador. Q es la carga almacenada y V la tensión entre las armaduras. C= Q V La unidad de la capacidad es el Faradio.
Elementos activos :diodos Dirigen el sentido de la corriente eléctrica. Se forman uniendo un semiconductor tipo p con otro tipo n. Funcionan en polarización directa o inversa. Polarización directa permite el paso de la corriente eléctrica. Polarización inversa, solamente permite el paso de la corriente cuando se le aplica una tensión apropiada de ruptura. De ésta manera trabaja el diodo Zener que se emplea como estabilizador de tensión
Diodo en polarización directa e inversa.
Transistor Es un dispositivo básico de control electrónico. Se forma mediante la unión de tres semiconductores: npn o pnp. Posee tres terminales: Base, Colector y Emisor. En un transistor npn, el colector y la base se colocan a tensión positiva, mientras que el emisor se conecta a tensión negativa. En un transistor pnp la conexión es al contrario. Un transistor trabaja normalmente a emisor común y su función es de ser un intrerruptor electrónico (ON y OFF) y también permite amplificar una señal que le llega desde el circuito de base.
Transistores npn-pnp
Circuito electrónico analógico Ganancia,β= I C I B = 77,4 ma 774μ A =100