Modulo Electrotecnia

 

Modulo electrotécnica y electrónica aplicada en el mantenimiento de vehículos automotores Segundo de bachillerato Fenómenos eléctricos y electromagnéticos. Inducción magnética: el campo magnético crea corriente. 1.  La energía eléctrica

En una de las formas de manifestarse la energía. Tiene como cualidades la docilidad en su control, la fácil y limpia transformación de energía en trabajo, y el rápido y eficaz transporte, son las cualidades que permiten a la electricidad ser "casi" lo energía perfecta. El gran problema de la electricidad es su dificultad para almacenarla. Si en estos momentos se pudiera condensar el fluido eléctrico con la misma facilidad con lo que se almacena cualquier otro fluido energético, por ejemplo la gasolina, estaríamos ante una de las mayores revoluciones tecnológicos de nuestro tiempo. 1.1. 

La electricidad.

En un material conductor, como el cobre, existe una gran cantidad de átomos. Cada uno tiene sus protones y electrones, los electrones están distribuidos en diferentes capas y girando alrededor del núcleo de dicho átomo. Si, por alguna razón, una cierta cantidad de los electrones citados se traslada de átomo en átomo a lo largo de todo el cuerpo, se genera lo que se conoce con el nombre de CORRIENTE ELÉCTRICA.

Ilustración 1. Salto de Electrones “Se dice que por un hilo de material conductor circula una corriente eléctrica, cuando desde uno de sus extremos hasta el otro, y por su interior, hay un paso de electrones.” 

Supongamos que tenemos un hilo de material conductor, formado por una gran cantidad de átomos, con un electrón en su órbita de valencia. Para simplificar el dibujo sólo se han representado cuatro de estos átomos con sus electrones de valencia. Entre los extremos del hilo se aplica a un extremo una fuerte carga positiva y al otro una negativa, como la que proporcionan los bornes de una pila.

 

  Ilustración 2. Salto de electrones.

La gran fuerza de atracción del positivo de la pila se lleva el electrón periférico del átomo N.° 1; al quedarse sin un electrón este átomo queda cargado positivamente y atrae y se lleva el electrón del átomo contiguo N.° 2, con lo que éste se carga positiva-mente y se lleva el electrón del átomo N.° 3; al quedarse éste sin un electrón atrae al electrón del átomo N.° 4 y a éste se le aporta otro electrón por el negativo de la pila, que se puede decir que es el electrón que había entrado por el positivo, luego la pila no se queda con ningún electrón. Estos saltos de los electrones de átomo en átomo es lo que se conoce por electricidad. Al final todos los átomos se quedan como al principio, con igual número de electrones: lo único que ha habido es un intercambio de electrones entre los átomos.

Ilustración 3. Salto de electrones. Magnitudes. Las magnitudes mas importantes que manifiesta la electricidad son: 1.  Polaridad: para que aparezca el movimiento de electrones, tienen que existir zonas en donde “escaseen” y zonas con “exceso”, dado que la materia tiende a estar

eléctricamente equilibrada se produce un movimiento desde donde abundan hacia donde faltan. La zona con “déficit” se encuentra cargada positivamente (+) o ánodo y la

zona con exceso se encuentra cargada negativamente (-) o cátodo Por lo tanto la polaridad se define a dos fuerzas opuestas y de igual magnitud, pues con la misma fuerza atrae hacia si el (+) como repele el (-) fuera de si.   2.  Carga Eléctrica: es la cantidad eléctrica (número de electrones) disponible en un determinado momento en un conjunto delimitado de la materia o en un acumulador 8 (batería, pila); su unidad es el columbio, que aproximadamente es 6. 6.25 25 ∗ 10   (6.25 trillones de electrones) (96,500 culombios= un mol de electrones). Si por un conductor

 

eléctrico pasan los electrones contenidos en la carga de un columbio cada segundo, esta pasando 1 Amperio de Intesidad. Comparando el fluido eléctrico, se podría decir que la carga son los litros disponibles en el deposito. 

3.  Diferencia de potencial o carga eléctrica:  es la fuerza impulsadora que induce a los

electrones a desplazarse de un zona con exceso a otra con déficit. Dicha fuerza recibe el nombre de “fuerza electromotriz”. Su unidad es el “Voltio (V)”.  

Diferencia de potencial es lo que habitualmente se denomina “tensión o voltaje”. Para medirlo, la energía debe manifestarse de forma estática; si ambas cargas que se comparan se las comunica por un conductor, se produce el trasvase de electrones de la una a la otra, desapareciendo progresivamente la diferencia de potencial de manera inversa a como se produce el trasvase de electrones.

4.  Intensidad: es la cantidad de electrones que pasan por un punto en un segundo. Su unidad es el Amperio (A). Se representa con la letra (I).  

Si pudiéramos contemplar el referido paso de electrones por el conductor, veríamos como se mueven en el sentido del polo (-) al polo (+), es decir, de donde abundan a donde escasean. De otro otro modo: el númer número o de litros que pasan por una tubería en la unidad de tiempo. 5.  Resistencia: es la fuerza de freno que opone la materia al movimiento de los electrones cuando circulan a través de ella. Esta característica no es propia de los parámetros de electricidad, si no de la materia al ser sometida a esta energía. Su unidad es el ohmio. Se represente con (Ω) o con (R). Sería la dificultad que ofrece la tubería en un circuito hidráulico al paso del fluido.  

 

  6.  Potencia 7.  Efecto Electromagnético. 8.  Resistividad. 9.  Impedancia. 10. Efecto Anodico (O sombra de la carga). Unidad 2. Sistemas eléctricos. 2.1. Componentes de un circuito.

Los circuitos eléctricos son sistemas por los que circula una corriente eléctrica. Un circuito eléctrico está compuesto por los siguientes elementos:

2.1.1. Hilos conductores.

Son los elementos por los que circula la corriente eléctrica. Tres son los tipos de materiales, según su comportamiento frente a la corriente eléctrica:   Conductores: Materiales que debido a su estructura atómica, permiten el paso de la corriente eléctrica, ofreciendo poca o ninguna resistencia al flujo de electrones. Los metales son buenos conductores.   Semiconductores: Materiales que debido a su estructura atómica, permiten parcialmente el paso de la corriente eléctrica, mejor que un aislante, pero peor que un conductor. Pueden ofrecer mucha resistencia a la corriente o prácticamente ninguna, según nos interese. Los diodos, transistores y el microprocesador de un ordenador son semiconductores. 



 

  Aislantes: Materiales que debido a su estructura atómica, impiden el paso de la corriente eléctrica, ofreciendo mucha resistencia al flujo de electrones. La madera y el plástico son ejemplos de aislantes.

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2.1.2.  Tensión eléctrica. 

Fuerza que hace que los electrones se muevan ordenadamente en una cierta dirección a través de un conductor, produciéndose así una corriente eléctrica. Se representa por “V” o “U”, y se mide en Voltios (V).  Esta fuerza eléctrica la produce un generador de electricidad (pila, alternador, dínamo, célula solar, etc.), y esa fuerza es lo que da lugar al movimiento ordenado de electrones a través del circuito. 2.1.3. Resistencia eléctrica.

Resistencia eléctrica se define como la mayor o menor oposición que presentan los cuerpos al paso de la corriente eléctrica. Es decir, la dificultad que opone un conductor al paso de la corriente eléctrica. Se representa por “R” y su unidad es el Ohmio (Ω).

2.1.4. Elementos de protección y control.

Permiten la conexión y desconexión del circuito así como su protección. 2.2. Componentes pasivos.

Los componentes pasivos son aquellos que dentro de un circuito no proporcionan ganancia, pero si consumen consumen energía eléctrica. Los más utilizados son llas as resistencias y los condensadores. 2.2.1. Resistencias.

Sabemos que desde el punto de vista de la corriente eléctrica existen básicamente dos tipos de materiales, en función de de la mayor o menor facilidad con la que esta circula a través de ellos: Conductores y aislantes (resistencia). Resistencia es la oposición que ofrece un material al paso de la corriente eléctrica. Los componentes que en electrónica se emplean para que cumplan esta misión se denominan resistores.

 

La unidad de medida medida de resistencia es el ohmio, y se representa por la letra Los Resistores se clasifican en: Fijos, variables y no lineales.

2.2.1.1. Resistores fijos.

Se fabrican básicamente los siguientes tipos de resistores: Resistores de aglomerado, de película de carbón, de película metálica y resistores bobinados. En los tres primeros se utiliza, para conocer su valor óhmico, el código de colores, mientras que en los bobinados, este valor viene indicado en su cuerpo.

2.2.1.2. Resistores variables.

Son resistores en los cuales el valor de su resistencia se puede variar mediante algún movimiento mecánico o algún efecto físico - químico. Se dividen en resistores ajustables y Potenciómetros.

Los resistores se pueden clasificar también en función de su potencia. Esto hay que tenerlo en cuenta a la hora de montarlos en un circuito, puesto que la misión de estos componentes es la de disipar energía eléctrica en forma de calor. Por lo tanto, no es suficiente con definir su valor en óhmios, también se debe conocer su potencia. Los valores más usuales de potencia son: 1/8 w, 1/4 w, 1/2 w, 1w, 2w, 4w, 8w y 10w. 2.2.1.3. Identificación de resistencias.

 

En primer lugar habría que determinar el grupo al que pertenecen, es decir, si son lineales fijas, variables, o no lineales, y el tipo concreto al que pertenecen dentro de cada grupo. Posteriormente determinaríamos el valor nominal de la resistencia y su tolerancia. Estos valores son indicados en el cuerpo de la resistencia mediante el código de colores, o, el código de marcas. El valor de potencia nominal solamente suele ir indicado en algunos tipos de resistencias bobinadas y variables. Para conocer su valor tenemos que fijarnos en el tamaño del componente. Para determinar otros parámetros como pueden ser el coeficiente de temperatura, ruido, tensión máxima aplicable, etc., tenemos que recurrir a las hojas de características que nos suministra el fabricante. 2.2.1.3.1. Código de colores.

Es el código con el que se regula el marcado del valor nominal y tolerancia para resistencias fijas de carbón y metálicas de capa fundamentalmente. Tenemos que resaltar que con estos códigos lo que obtenemos es el valor nominal de la resistencia pero no el valor real que se situará dentro de un margen según la tolerancia que se aplique. Para entender cómo funciona el código de colores miremos las siguientes figuras: Código de colores para tres o cuatro bandas.

 

Para determinar el valor de la resistencia comenzaremos por determinar la banda de la tolerancia: oro, plata, rojo, marrón, o ningún color. Si las bandas son de color oro o plata, está claro que son las correspondientes a la tolerancia y debemos comenzar la lectura por el extremo contrario. Si son de color rojo o marrón, suelen estar separadas de las otras tres o cuatro bandas, y así comenzaremos la lectura por el extremo opuesto, 1ª cifra, 2ª cifra, número de ceros o factor multiplicador y tolerancia, aunque en algunos casos existe una tercera cifra significativa. En caso de existir sólo tres bandas con color, la tolerancia será de +/- 20%. La falta de esta banda dejará un hueco grande en u uno no de los extremos y se empezará la lectura por el contrario. Suele ser característico que la separación entre la banda de tolerancia y el factor multiplicativo sea mayor que la que existe entre las demás bandas.

2.2.7. Actividades. 2.2.7.1. Escriba cada uno de los colores correspondientes correspond ientes del código de colores.

 

  2.2.7.2. En el código código de colores que significa cada una de las cifras

2.2.7.3. Completar la siguiente tabla, colocar los valores y colores de tolerancia.

 

 

Unidad 3. 3.1 Condensadores.

Capacitancia o Capacidad Capacitancia (símbolo C) es una medida de la l a habilidad de un capacitor o condensador para almacenar carga eléctrica. Una gran capacidad significa que más carga puede ser almacenada. La capacidad es medida en faradios o Faraday, su símbolo es F. Sin embargo 1F es una unidad muy grande, son usados prefijos (multiplicadores) para mostrar los valores más pequeños:   m (mili) quiere decir 10-3 , así 1000 mF = 1 F   µ (micro) quiere decir 10-6, así 1000 µF = 1 mF   n (nano) quiere decir 10-9 , así 1000nF = 1 µF   p (pico) quiere decir 10-12 , así 1000pF = 1 nF

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

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3.1.1. Carga y Energía almacenada

La cantidad de carga (símbolo Q) almacenada por un capacitor está dada por:

Cuando almacenan carga, los condensadores están también almacenando energía:

Nota que los condensadores devuelven al circuito su energía almacenada. Ellos no usan la energía eléctrica para convertirla en calor como lo hace una resistencia. La energía almacenada por un condensador es mucho más pequeña que la almacenada por una batería así que no pueden ser usados como una fuente práctica de energía para la mayoría de los propósitos.

3.1.2. Reactancia Capacitiva Xc.

La reactancia capacitiva (símbolo Xc) es una medida de la oposición que presenta el condensador a la corriente alterna (AC). Es similar a la resistencia y es medida en ohmios, Ω, pero la reactancia es más compleja que la resistencia porque su valor

depende de la frecuencia (f) de la señal eléctrica que pasa a través del condensador así como del valor de la capacidad, C.

La reactancia Xc es mayor para bajas frecuencias y pequeña a alt altas as frecuencias. Para corriente continua (DC) como como la frecuencia es cero, Xc es infinita (oposición total), así la regla es que los condensadores dejan pasar la AC pero bloquean la DC.

 

Por ejemplo un condensador de 1µF tiene para una una señal de 50Hz una reactancia de 3,2 kΩ, pero cuando la frecuencia es más alta como como a 10 kHz su reactancia es de solo 16 Ω.  3.1.3. Aplicaciones de los capacitores o condensadores.

Los condensadores se usan para varios propósitos:  



 – 

Timing (temporizadores)   por ejemplo con un a 555 la carga y la descarga.

timer

IC controlando

  Smoothing (filtrado-suavizado) - por ejemplo en una fuente de alimentación.   Coupling (acoplamiento) -  por ejemplo entre etapas de sistemas de audio y para conectar un altavoz.   Filtering (fitros)  –  por  por ejemplo en el control de tonos de un sistema de audio.   Tuning (sintonía)  –  por  por ejemplo en un sistema de radio.   Almacenamiento de energía - por ejemplo en el circuito del flash de una cámara de fotos.







 

3.1.4. Partes del condensador.

Básicamente un condensador consta de dos placas metálicas paralelas, separadas por un material aislante o dieléctrico. Según la naturaleza de este último, la superficie de las placas y la separación entre ambas podrá aumentar o disminuir el valor de la capacidad. La capacidad está determinada por:

   

 

ε0: constante

dieléctrica del vacío εr: constante dieléctrica o permitividad relativa del material dieléctrico entre las

placas A: el área efectiva de las placas   d: distancia entre las placas o espesor del dieléctrico.



 

 

3.1.5. Actividades. 1. Investigue y complete los siguientes enunciados en referencia a la clasificación de los condensadores:

  Condensadores de



aire:______________________________________________________________  __________________________________________________________________   Condensadores de mica:  __________________________________________________________________  __________________________________________________________________



  Condensadores de papel:



 __________________________________________________________________  __________________________________________________________________

  Condensadores electrolíticos:



 __________________________________________________________________  __________________________________________________________________

  Condensadores de poliéster o Mylar:



 __________________________________________________________________  __________________________________________________________________

  Condensadores cerámicos:



 __________________________________________________________________  __________________________________________________________________  __________________________________________________________________

  Dielectrico variable:

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 __________________________________________________________________  __________________________________________________________________

3.2 Bobinas. 3.3. Pilas y acumuladores.

2do Quimestre. Unidad 4. Circuitos Electrónicos. 4.1. Descripción. 4.2. Componentes.

 

4.2.1. Diodos. 4.2.2. Transistores. 4.2.3. Componentes optoelectronicos.

Bibliografía

https://electronicavm.files.wordpress.com/2010/11/ea-electrotecnia-basica1.pdf   http://media.axon.es/pdf/54747.pdf  

Practicas electromagnetismo http://allman.rhon.itam.mx/~creyes/apuntes/manualem.pdf