Nautica electricidad Angles 1.C

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Antología de Electricidad.
Edson Abel Angles Enríquez.
14/09/20
Escuela Náutica Mercante: Cap. Alt. Fernando Silíceo y
Torres.
1.C
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Índice
Unidad I
Examen diagnostico electricidad
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Cuestionario electricidad 27 de agosto
1.1 Alfabeto griego
1.1.1 Significado
1.2 Leyes de los exponentes
1.2.1 Origen
1.2.2 Regla
1.3 Múltiplos y submúltiplos
1.3.1 Origen
1.3.2 Normas de aplicación
1.4 Electricidad
1.4.1 Origen
1.4.2 Corriente eléctrica
1.4.3 Campos magnéticos
1.4.4 Resistividad
1.5 Electrostática
1.5.1 Origen
1.5.2 Aislantes y conductores
1.6 Electrización
1.6.1 Frotamiento
1.6.2 Inducción
1.6.3 Contacto
1.7 Carga eléctrica
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1.7.1 Origen
1.7.2 Coulomb
1.7.3 Ley de Coulomb
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1.7.4 Ampere
1.8 Átomo
1.8.1 Protón
1.8.2 Neutrón
1.8.3 Electrón
1.8.4 Composición del átomo
1.9 Campo Eléctrico
1.9.1 Origen
1.9.2 Principio de conservación de la carga
1.9.3 Densidad y fórmulas
1.10 Potencial eléctrico
1.10.1 Origen
1.10.2 Fórmula
1.10.3 Diferencia de potencial
1.11 Actividades
Resumen video 1
Resumen video 2
Resumen video 3
Resumen video 4
Resumen video 5
3
Unidad ll
2.0 Pilas
2.1 Baterías y acumuladores
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2.2 Resistividad
2.3 Tipos de materiales
2.4 Cables de alambre
2.5 Diodo rectificador
2.6 Puente rectificador
2.7 Resistencias de un led
2.8 Ánodo
2.9 Catado
3.0 Neutrinos
3.1 Resumen del video de electrodinámica.
3.2 Resumen de video resistencia eléctrica.
3.3 Ejercicios de la ley de ohm
3.4 Resumen de resistencias serie en paralelo
3.5 Ejercicio 2 resistencia en paralelo
3.6 Ejercicio de circuitos.
3.7 Tipos de resistencias eléctricas
3.8 Resumen video de resistencias variables.
3.9 Reóstato
4.0 Termistor
4
Examen diagnóstico de electricidad.
1.
Definición de electrostática
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Es la energía que se genera a través de objetos estáticos o en reposo.
2.
Definición de electrodinámica
Es la energía que se genera a través del movimiento de objetos o
naturales, como la energía eólica.
3.
Definición de electricidad
Es una forma de energía que se provoca por el movimiento de
electrones
4. ¿Cuántos tipos de electricidad hay?
La eólica, solar, luminosa, mecánica, nuclear, térmica, cinética,
potencial, química, hidráulica, hidrostática, hidrodinámica, sonora,
química, mareomotriz, electromagnética, biomasa, hidroeléctrica, libre,
magnética y calorífica.
5. ¿Qué Partículas componen un átomo?
Por electrones, neutrones, protón y su núcleo.
6. ¿Qué carga tiene el electrón?
Carga negativa.
7. ¿Qué es la Carga eléctrica?
Es en el lugar donde se mueven los electrones y cargan al átomo.
8. ¿Qué carga tiene el neutrón?
No tiene carga es neutra.
9. ¿Cuál es la unidad de medida de la carga eléctrica?
Coulomb
10 ¿Qué es electrización?
Es el ganar o perder cargas de energía en un cuerpo.
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11. ¿de cuantas maneras se electriza un cuerpo?
Por frotación, inducción y contacto
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12. ¿Cuáles son las leyes de la electrostática?
La ley de coulomb, campo eléctrico y La ley de gauss.
13. ¿Qué dice la ley cualitativa?
Habla sobre que las cargas diferentes se atraían y las iguales se
repulsan.
14. Describa la ley de coulomb
Describa la fuerza de dos cargas eléctricas en un lugar homogéneo.
15. ¿Qué es la constante de coulomb?
No se
16. ¿Cuál es el valor de la constante de coulomb?
No se
17. ¿Cómo define la Corriente eléctrica?
Toda la electricidad que se conduce a través de algún objeto.
18. Constante dieléctrica
No se
19. resistividad
La resistencia de un material que conduce la electricidad.
20. Permitividad
No se
21. ¿Cuál es la ley de ohm?
Habla sobre los circuitos eléctricos
22. ¿Cuál es la unidad de medida del voltaje?
Volt
6
23. ¿Qué es una resistencia?
Es un objeto que sirve para resistir una cierta carga eléctrica todo
dependiendo que resistencia sea.
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24. ¿Cuál es la unidad de medida de la resistencia?
Es el ohmio
25. ¿Qué es la intensidad eléctrica?
Es cuando una carga eléctrica se intensifica en un solo lugar u objeto
26. ¿Cuál es la unidad de medida de la intensidad?
Amperios
27. Mencione 3 tipos de materiales usados en sistemas eléctricos
El más usado cobre, hierro batido y aluminio.
28. ¿Qué es un circuito eléctrico?
Es un objeto que se encarga de conducir la electricidad y llevarla a su
destino final.
29. ¿Qué es un circuito en serie?
Es un circuito que se conecta en la entrada y la salida se conecta en el
siguiente circuito en la entrada y así sucesivamente
30. ¿Qué es un circuito en paralelo?
Es un circuito que las terminales de entrada y de salida coinciden
entre sí.
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Cuestionario electricidad del 27 de agosto.
1.
Definición de Electrostática
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La electrostática es la rama de la física que analiza los efectos mutuos
que se producen entre los cuerpos como consecuencia de sus cargas
eléctricas, es decir, el estudio de las cargas eléctricas en equilibrio.
2. ¿de qué partículas está constituido un Átomo?
Electrón, protón y neutrón.
3. ¿de qué manera viajan los electrones en el átomo?
Es bastante generalizada la creencia que los electrones viajan a través
de los cables eléctricos a la velocidad de la luz, habitualmente la
confusión proviene de mezclar dos conceptos el de la velocidad de
propagación de las ondas electromagnéticas “que sí es la velocidad de
la luz” y la velocidad de arrastre de los electrones que dan lugar a la
corriente eléctrica en los conductores metálicos.
4. ¿Qué magnitud tiene un electrón?
El electrón tiene una carga eléctrica de −1,6 × 10−19 C y una masa de
9,1 × 10-31 kg, que es aproximadamente 1.800 veces menor que la
masa del protón o a la del neutrón.
5. ¿Qué magnitud tiene un protón?
En física, el protón (del griego πρῶτον, prōton 'primero') es una
partícula subatómica El electrón tiene una carga eléctrica de −1,6 ×
10−19 C y una masa de 9,1 × 10-31 kg, igual en valor absoluto y de
signo contrario a la del electrón, y una masa 1836 veces superior a la
de un electrón.
6. Describa la masa y la carga de los electrones, protones y
neutrones.
El electrón tiene una carga eléctrica de −1,6 × 10−19 C y una masa de
9,1 × 10-31 kg, y protón El electrón tiene una carga eléctrica de −1,6 ×
10−19 C y una masa de 9,1 × 10-31 kg,
8
7. ¿Cuándo un átomo tiene la misma cantidad de electrones y de
protones, en que condición se encuentra ese átomo?
Igualmente, si un átomo tiene carga negativa quiere decir que tiene
más electrones que protones, o sea, que ganó electrones. Cuando un
átomo está cargado se le llama ion.
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8. ¿Cuándo un átomo tiene más electrones que protones, en que
condición se encuentra?
si la carga es negativa se le llama anión.
9. ¿Cuándo un átomo tiene más protones que electrones, en que
condición se encuentra?
si la carga es positiva se le llama catión
10. ¿Qué es un ion?
Un ion es una partícula cargada eléctricamente constituida por un
átomo o molécula que no es eléctricamente neutro. Conceptualmente
esto se puede entender como que, a partir de un estado neutro de un
átomo o molécula, se han ganado o perdido electrones.
11. ¿a qué se le llama ionizar?
La ionización es el fenómeno químico o físico mediante el cual se
producen iones, estos son átomos o moléculas cargadas
eléctricamente debido al exceso o falta de electrones respecto a un
átomo o molécula neutra.
12. ¿Cuándo frota un globo inflado en la ropa y lo acerca a un
montoncito de papelitos, que efecto se genera?
Electrización
13. ¿Qué es fuerza eléctrica?
La fuerza eléctrica es la que tiene lugar entre cargas eléctricas.
Podemos hacer algunos experimentos para demostrar la existencia de
fuerzas y cargas eléctricas. Por ejemplo, si frotamos un peine contra
nuestro pelo, se observa que aquél atrae pedacitos de papel.
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14. ¿de qué manera se genera una fuerza eléctrica?
La fuerza eléctrica de repulsión entre cargas del mismo tipo, o de
atracción entre las de distinto tipo, varía inversamente con el cuadrado
de la distancia entre las cargas. En la próxima anotación veremos
cómo se determinó la cantidad de carga y su influencia en la ley de la
fuerza eléctrica.
15. ¿Qué es electrización?
En física, se denomina electrización al efecto de ganar o perder cargas
eléctricas, normalmente electrones, producido por un choque de
partículas subatómicas.
16. Mencione los 3 tipos de electrización
Inducción, frotación y contacto.
17. Describa el proceso de electrización por inducción
Este efecto se emplea en la célula fotoeléctrica, donde los electrones
liberados por un polo de la célula, el fotocátodo, se mueven hacia el
otro polo, el ánodo, bajo la influencia de un campo eléctrico.
18. ¿Qué es carga eléctrica?
La carga eléctrica es una propiedad física intrínseca de algunas
partículas subatómicas que se manifiesta mediante fuerzas de
atracción y repulsión entre ellas a través de campos
electromagnéticos.
19. ¿Qué es flujo eléctrico?
Es una magnitud escalar que representa el número de líneas de
campo que atraviesan una determinada superficie. Su unidad en el
Sistema Internacional es el newton por metro cuadrado y por culombio
(N·m2/C).
20. Definición de electricidad
La electricidad es el conjunto de fenómenos físicos relacionados con
la presencia y flujo de cargas eléctricas. Se manifiesta en una gran
variedad de fenómenos como los rayos, la electricidad estática, la
inducción electromagnética o el flujo de corriente eléctrica.
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21. ¿Qué es electricidad estática?
El término electricidad estática se refiere a la acumulación de un
exceso de carga eléctrica en un material conductor o aislante.
22. ¿Qué es electricidad dinámica?
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La electricidad dinámica se produce cuando existe una fuente
permanente de electricidad que provoca la circulación permanente de
electrones por un conductor.
23. ¿Qué es un efecto piezoeléctrico?
La piezoelectricidad es un fenómeno que ocurre en determinados
cristales que, al ser sometidos a tensiones mecánicas, en su masa
adquiere una polarización eléctrica y aparece una diferencia de
potencial y cargas eléctricas en su superficie.
24. ¿Qué es una línea toroide?
Si tomamos un solenoide, lo curvamos y pegamos sus extremos
obtenemos un anillo o toroide. Las líneas de campo magnético que en
el solenoide son segmentos rectos se transforman en circunferencias
concéntricas en el solenoide. El campo magnético es tangente en
cada punto a dichas circunferencias.
25. ¿De qué manera se puede generar la electricidad?
La manera de producir electricidad a partir de las fuentes de energía
más importantes es esta: Carbón, petróleo y gas: La forma es muy
sencilla, los quemamos, ya que desprenden mucha energía al entrar
en combustión. Ese calor intenso genera vapor de agua que mueve
una turbina que sirve para generar electricidad.6
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1.1 Alfabeto Griego.
El alfabeto griego es un alfabeto de veinticuatro letras utilizado para
escribir la lengua griega. Desarrollado alrededor del siglo IX a. C. a
partir del alfabeto consonántico fenicio, los griegos adoptaron el primer
alfabeto completo de la historia, entendiéndolo como la escritura que
expresa los sonidos individuales del idioma, es decir que
prácticamente a cada vocal y cada consonante corresponde un
símbolo distinto.
Su uso continúa hasta nuestros días, tanto como alfabeto nativo del
griego moderno como a modo de crear denominaciones técnicas para
las ciencias, en especial la lógica, la matemática, la química, la física,
la economía, la astronomía y la informática.
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1.2 Leyes de los exponentes.
Origen
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El concepto básico de los exponentes se remonta al menos hasta la
antigua Grecia, cuando Euclides usó el término "potencia" para indicar
el número de veces que un número debía multiplicarse por sí mismo.
Un estudioso del siglo XIV, Nicolás Oresme, escribió números para
indicar el uso de potencias en este sentido. Sin embargo, ninguno de
estos primeros ejemplos del concepto usó la notación simbólica para
expresar las matemáticas. El uso de los números elevados para
señalar los exponentes data del siglo XVII.
Hérigone usó símbolos como a3 para indicar a por a por a, aunque no
elevó el exponente. El primero que utilizó los exponentes elevados fue
David Hume, en1636, escribió números romanos (como III o IX). En
1637, Rene Descartes usó exponentes positivos escritos a la manera
moderna. Los primeros usos de notación exponencial fueron
invariablemente con exponentes positivos. Isaac Newton fue el
primero que usó la notación moderna para un exponente negativo, en
1676. Nicolás Oresme utilizó exponentes fraccionarios en el siglo XIV,
pero no con la notación moderna, que no aparecieron hasta Newton,
en 1676.Los exponentes y su uso en la notación científica estuvieron
limitados hasta el siglo XIX.
En aquel momento, se convirtió en normativo escribir los números más
grandes con la notación científica. Como consecuencia, los números,
como el 8.900.000.000, pasaron a ser 8,9 por 10 elevado a 9. Este
aumento en el uso se produjo como resultado directo de los estudios
astronómicos y microscópicos que requerían números
extremadamente altos o bajos.
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Las leyes de los exponentes son el conjunto de reglas establecidas
para resolver las operaciones matemáticas con potencias.
La potencia o potenciación consiste en la multiplicación de un número
por sí mismo varias veces, y se representan gráficamente de la
siguiente manera:
El número que se ha de multiplicar por sí mismo es llamado base y el
número de veces por el que se ha de multiplicar es llamado
exponente, el cual es más pequeño y debe situarse a la derecha y
arriba de la base.
Por ejemplo
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1.3 Múltiplos y submúltiplos.
En muchas ocasiones, y dado que carece de sentido expresar el
resultado de una medida en la unidad correspondiente del Sistema
Internacional, se recurre al empleo de múltiplos y submúltiplos.
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No tendría mucho sentido expresar la distancia entre la Tierra y la
Luna en metros, ni tampoco sería adecuado utilizar esta unidad para
medir el grosor de un cabello.
La tabla adjunta contiene los múltiplos y submúltiplos del Sistema
Internacional de Unidades.
Puesto que hay medidas tan grandes y pequeñas, para facilitar los
cálculos, las medidas suelen expresarse mediante lo que se conoce
como notación científica.
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Código de colores.
El código de colores se utiliza en electrónica para indicar los valores
de los componentes electrónicos. Es muy habitual en los resistores,
pero también se utiliza para otros componentes como condensadores,
inductores, diodos etc.
Para saber el valor de una resistencia tenemos que fijarnos que tiene
3 bandas de colores seguidas y una cuarta más separada.
Leyendo las bandas de colores, de izquierda a derecha, las 3 primeras
bandas nos determinarán su valor, la cuarta banda nos indica su
tolerancia, es decir, el valor + o – que el valor que puede tener por
encima o por debajo del valor que marcan las 3 primeras bandas, la
resistencia teórica.
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Símbolos eléctricos.
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1.4 Electricidad.
La electricidad es un conjunto de fenómenos producidos por el
movimiento e interacción entre las cargas eléctricas positivas y
negativas de los cuerpos físicos.
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La palabra “electricidad” procede del latín electrum, y a su vez del
griego élektron, o ámbar. La referencia al ámbar proviene de un
descubrimiento registrado por el científico francés Charles François de
Cisternay du Fay, que identificó la existencia de dos tipos de cargas
eléctricas (positiva y negativa). Las cargas positivas se manifestaban
al frotar el vidrio, y las negativas al frotar sustancias resinosas como el
ámbar.
La energía producida por las cargas eléctricas puede manifestarse
dentro de cuatro ámbitos: físico, luminoso, mecánico y térmico.
Si bien la electricidad es abstracta o “invisible” en la mayoría de sus
manifestaciones, como por ejemplo en el sistema nervioso del ser
humano, es posible “verla” en ocasiones, como los rayos cuando se
desarrolla una fuerte tormenta.
La electricidad es una fuente de energía secundaria.
Se denominan energías primarias8 las que se obtienen directamente
de la naturaleza: solar, hidráulica, eólica, geotérmica, biomasa,
petróleo, gas natural o carbón.
Las energías secundarias provienen de la transformación de energía
primaria con destino al consumo directo, o a otros usos: gasolina,
electricidad, gasoil, fuel oil…
Tipos de energía
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1. Energía mecánica
Este tipo de energía se asocia al movimiento y la posición de un objeto
normalmente en algún campo de fuerza (por ejemplo, el campo
gravitatorio). Se suele dividir en transitoria y almacenada.
2. Energía cinética
Es un tipo de energía mecánica, que se asocia a los cueros que están
en movimiento. Si no se mueve, no posee energía cinética. Depende
de la masa y de la velocidad del cuerpo, es decir, cuanto más pesada
es una cosa, y cuanto más rápido se mueve, más energía cinética
tiene. Puede transferirse de un objeto a otro cuando los dos cuerpos
se golpean. El viento al mover las aspas de un molino es energía
cinética.
3. Energía potencial
La energía potencial también es un tipo de energía mecánica,
concretamente la energía almacenada. Para entender la diferencia
entre la energía cinética y la potencial, puedes visualizar el vídeo que
se presenta a continuación.
4. Energía gravitacional
También es importante comprender la diferencia entre energía
potencial y la energía gravitatoria. Cada objeto puede tener energía
potencial pero la energía gravitacional se almacena solamente en la
altura del objeto. Cada vez que un objeto pesado se mantiene alto,
una fuerza o poder es probable que lo mantenga en equilibrio para que
no caiga.
5. Energía sonora o acústica
La música no solamente nos hace bailar, sino que el sonido también
contiene energía. De hecho, el sonido es el movimiento de la energía
a través de sustancias en ondas longitudinales. El sonido se produce
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cuando una fuerza hace que un objeto o sustancia vibre y, por tanto, la
energía se transfiere a través de la sustancia en una onda.
6. Energía eléctrica
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La materia está formada por átomos, que están compuestos por
electrones que se mueven constantemente. El movimiento de estos
electrones depende de la cantidad de energía que tiene, que es a lo
que me refería con la energía potencial. Los seres humanos pueden
provocar que estos electrones se muevan de un lugar a otro con
medios especiales (materiales) llamados conductores, que transportar
esta energía. No obstante, ciertos materiales no pueden transportar
energía en esta forma, y se llaman aisladores.
7. Energía térmica
La energía térmica se conoce como la energía que proviene de la
temperatura de la materia. Cuanto más caliente esta una sustancia,
más moléculas vibran y, por lo tanto, mayor es su energía térmica.
8. Energía química
La energía química es la energía almacenada en los enlaces de los
compuestos químicos (átomos y moléculas). Se libera en una reacción
química, produciendo a menudo calor (reacción exotérmica). Las
baterías, el petróleo, el gas natural y el carbón son ejemplos de
energía química almacenada. Normalmente, una vez que la energía
química es liberada de una sustancia, esa sustancia se transforma en
una sustancia completamente nueva.
9. Energía magnética
Es un tipo de energía que se origina en la energía que generan
determinados imanes. Estos imanes crean campos magnéticos
permanentes y así como energía que se puede utilizar en diferentes
sectores.
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10. Energía nuclear
La energía nuclear es energía resultante de las reacciones nucleares y
los cambios en los núcleos atómicos o de las reacciones nucleares. La
fisión y la desintegración nucleares son ejemplos de este tipo de
energía.
11. Energía radiante
La energía radiante, también conocida como energía electromagnética
que poseen las ondas electromagnéticas. Por ejemplo, cualquier forma
de luz tiene energía electromagnética, incluyendo partes del espectro
que no podemos ver. La radio, los rayos gamma, los rayos X, las
microondas y la luz ultravioleta son otros ejemplos de energía
electromagnética.
12. Energía eólica
La energía eólica es un tipo de energía cinética que se obtiene a partir
del viento. Se emplea para producir otro tipo de energía,
principalmente energía eléctrica. Es un tipo de energía energía
renovable, y el principal medio para obtenerla son los “molinos de
viento” que pueden variar en su tamaño.
13. Energía solar
La energía solar también es un tipo de energía renovable, que se
obtiene mediante la captación de la luz y el calor emitidos por el Sol.
Suelen emplearse paneles solares para su recaptación y existen dos
tipos de energía solar:
14. Energía hidráulica
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De nuevo, un tipo de energía renovable, que posee energía potencial
gravitatoria y, si se deja caer, también contiene energía cinética, pues
emplea el movimiento del agua para producir esta energía.
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15. Energía lumínica
Es la energía transportada por la luz, pero no debe confundirse con la
energía radiante, puesto que en esta última no todas las longitudes de
onda comportan la misma cantidad de energía. La energía luminosa
es capaz de broncear o quemar nuestra piel, por lo que puede
emplearse, por ejemplo, para fundir metales.
1.4.2 Corriente eléctrica.
De forma general, la corriente eléctrica es el flujo neto de carga
eléctrica que circula de forma ordenada por un medio material
conductor. Dicho medio material puede ser sólido, líquido o gaseoso y
las cargas son transportadas por el movimiento de electrones o iones.
Mas concretamente:
En los sólidos se mueven los electrones.
En los líquidos los iones.
Y en los gases, los iones o electrones.
Aunque esto es así, el caso más general de corriente eléctrica es el
que se produce por el movimiento de los electrones dentro de un
conductor, así que suele reservarse este término para este caso en
concreto.
La corriente eléctrica es el flujo de electrones entre dos puntos de un
conductor que se encuentran a distinto potencial eléctrico.
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1.4.3 Campos magnéticos.
Un campo magnético es una idea que usamos como herramienta para
describir cómo se distribuye una fuerza magnética en el espacio
alrededor y dentro de algo magnético. [Explicación]
La mayoría de nosotros estamos familiarizados con objetos
magnéticos cotidianos y reconocemos que pueden existir fuerzas entre
ellos. Comprendemos que los imanes tienen dos polos y que
dependiendo de su orientación se atraen (polos opuestos) o se
repelen (polos iguales), y sabemos que existe una región alrededor de
ellos donde esto sucede. El campo magnético describe esta región.
Típicamente representamos el campo magnético de dos maneras
diferentes: [Explicación de algunos detalles.
Describimos matemáticamente el campo magnético como un campo
vectorial. Podemos representar directamente este campo como un
conjunto de vectores dibujados en una cuadrícula. Cada vector apunta
en la dirección en la que lo haría una brújula y su magnitud depende
de la fuerza magnética.
Una forma alternativa para representar la información contenida en un
campo vectorial es por medio de las líneas de campo. En esta
representación, omitimos la cuadrícula y conectamos los vectores con
líneas suaves. Podemos dibujar tantas líneas como queramos.
La descripción por medio de líneas de campo tiene algunas
propiedades útiles:
La líneas de campo magnético nunca se cruzan.
Las líneas de campo magnético se amontonan de forma natural en las
regiones donde el campo es más intenso. Esto significa que la
densidad de líneas de campo indica la intensidad del mismo.
Las líneas de campo magnético no comienzan ni terminan en algún
lugar, siempre forman curvas cerradas y continúan dentro de un
material magnético (aunque no siempre las dibujamos de esta forma).
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Necesitamos una manera de indicar la dirección del campo. Para esto,
a menudo dibujamos flechas sobre las líneas, aunque a veces no lo
hacemos. En estos casos, debemos indicar la dirección de alguna otra
forma. Por razones históricas, la convención es etiquetar una región
como "norte" y otra como "sur" y dibujar solo las líneas que van de uno
a otro "polo", así como suponer que las líneas van de norte a sur.
Usualmente colocamos las etiquetas "N" y "S" en los extremos de una
fuente de campo magnético, aunque, estrictamente hablando, esto es
arbitrario y no hay nada especial sobre estas regiones. [Explicación de
cómo funciona el campo magnético de la Tierra.]
En el mundo real, podemos visualizar las líneas de campo de forma
sencilla. Comúnmente lo hacemos con limadura de hierro esparcida
alrededor de una superficie cercana a algo magnético. Cada partícula
de la limadura se comporta como un pequeño imán con un polo norte
y un polo sur. Las partículas de limadura naturalmente se separan
unas de otras porque los polos similares se repelen. El resultado es un
patrón semejante a las líneas de campo. Mientras que el patrón
general siempre será el mismo, la posición exacta y la densidad de las
líneas de limadura dependen de cómo caen sus partículas, su tamaño
y sus propiedades magnéticas.
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1.4.4 Resistividad
La resistividad eléctrica hace referencia a un punto en específico del
material. Así que lo que se busca definir es la densidad de corriente en
el material resistivo causado por el campo eléctrico en el punto. Así
que todos los materiales cuentan con una resistividad característica a
temperatura ambiente. También, para facilitar las mediciones, se
consideran materiales isotrópicos, es decir, tienen las mismas
propiedades eléctricas en cualquier dirección. Con esto dicho,
podemos definir la siguiente fórmula:
ρ=E/J
La anterior fórmula representa la resistividad con la letra griega "Rho"
(ρ), en el numerador tenemos el campo eléctrico "E" y en el
denominador la densidad de corriente "J". Si observamos bien, esta
fórmula es muy similar a la ley de ohm, sólo que en lugar de voltaje
usamos campo eléctrico, en lugar de corriente es la densidad de
corriente y en lugar de resistencia es resistividad.
La resistividad es una propiedad básica de los materiales que
cuantifica la oposición del material al flujo de corriente. Está
directamente relacionada con las vibraciones de las partículas
internas, la composición atómica, y otras variables microscópicas.
Cuando elevamos la temperatura de un material los átomos ganan
energía interna (energía cinética) lo que produce una mayor
probabilidad de choques entre ellas. Este fenómeno se traduce en el
macro mundo como un aumento en la resistividad. Es importante
mencionar que la resistividad es el recíproco de la conductividad.
La resistividad, también conocida como resistencia específica de un
material se mide en ohmios por metro (Ω•m).
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La resistividad describe el comportamiento de un material frente al
paso de corriente eléctrica, por lo que da una idea de lo buen o mal
conductor que es. Un valor alto de resistividad indica que el material
es mal conductor mientras que uno bajo indicará que es un buen
conductor.
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Es importante decir que la resistencia eléctrica se deduce a partir de la
resistividad eléctrica de un material, ya que la resistencia es la
propiedad de un objeto y la resistividad de un material. Sin embargo, la
definición de resistencia eléctrica se discutirá en otra entrada del blog.
Algunos valores de resistividad a temperatura ambiente se muestran
en la siguiente tabla:
Material
Resistividad ρ (Ω•m)
Plata
1.62x10-8
Cobre
1.69x10-8
Oro
2.35x10-8
Aluminio
2.75x10-8
Tungsteno 5.25x10-8
Hierro
9.68 x10-8
Platino
10.6x10-8
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1.5 Electrostática.
La electrostática es la rama de la física que analiza los efectos mutuos
que se producen entre los cuerpos como consecuencia de sus cargas
eléctricas, es decir, el estudio de las cargas eléctricas en equilibrio. La
carga eléctrica es la propiedad de la materia responsable de los
fenómenos electrostáticos, cuyos efectos aparecen en forma de
atracciones y repulsiones entre los cuerpos que la poseen.
Históricamente, la electrostática fue la primera rama del
electromagnetismo en desarrollarse. Con la postulación de la ley de
Coulomb fue descrita y utilizada en experimentos de laboratorio a
partir del siglo XVII, y ya en la segunda mitad del siglo XIX las leyes de
Maxwell concluyeron definitivamente su estudio y explicación, y
permitieron demostrar cómo las leyes de la electrostática y las leyes
que gobiernan los fenómenos magnéticos pueden ser analizadas en el
mismo marco teórico denominado electromagnetismo.
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1.6 Electrización.
1 ELECTRIZACIÓN POR FROTAMIENTO
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Al frotar un cuerpo fuertemente con un paño, este se carga positiva o
negativamente dependiendo de su tendencia a perder o ganar
electrones respectivamente. Por ejemplo, al frotar una barra de vidrio,
ésta se cargará positivamente.
2 ELECTRIZACIÓN POR CONTACTO
Cuando un cuerpo cargado se pone en contacto con otro, la carga
eléctrica se distribuye entre los dos y, de esta manera, los dos cuerpos
quedan cargados con el mismo tipo de carga.
La figura muestra un electroscopio. Al tocar con un cuerpo cargado la
esfera superior, la carga penetra hasta las láminas, éstas al adquirir la
misma carga se repelen y se separan.
3 ELECTRIZACION POR INDUCCION
Este efecto se emplea en la célula fotoeléctrica, donde los electrones
liberados por un polo de la célula, el fotocátodo, se mueven hacia el
otro polo, el ánodo, bajo la influencia de un campo eléctrico.
28
Resumen del video 3
CLASE 3: ELECTROESTÁTICA
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Electroestática es el estudio de las propiedades e interacciones entre
los cuerpos electrizados en reposo.
Carga eléctrica (q) es una magnitud que nos indica el exceso o defecto
de electrones (e-) que se manifiesta después de una interacción.
partículas elementales básicas
PARTÍCULA
CARGA
MASA
Electrón
-1.6x10-19 C
9.11X10-31 Kg
Protón
1.6X10-19 C
1.67x10-27 kg
Neutrón
0
1.67x10-27 kg
Tipos de electrización
•
Frotamiento: dos cuerpos eléctricamente neutros
•
Contacto: dos cuerpos conductores
•
Inducción: un cuerpo electrizado y un cuerpo neutro
Propiedades de la carga eléctrica
•
Cuantificación
•
Conservación de la carga
•
Invariante
Leyes electroestáticas:
•
Ley cualitativa: cargas de signo igual se repelen, cargas de signo
diferente se atraen. (de calidad)
•
Ley cuantitativa o ley de coulomb: la fuerza de atracción o de
repulsión electroestática son directamente proporcional al producto de
sus cargas e inversamente proporcional al cuadro de la distancia que
las separa. (de cantidad)
29
Electróforo.
En la física experimental, el electróforo es un generador de electricidad
estática de tipo capacitivo formado por un condensador de plato
simple, operado manualmente. Produce cargas electrostáticas
mediante un proceso de inducción electrostática.
30
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1.7 Cargas eléctricas.
La carga eléctrica es una propiedad física intrínseca de algunas
partículas subatómicas que se manifiesta mediante fuerzas de
atracción y repulsión entre ellas a través de campos
electromagnéticos. La materia cargada eléctricamente es influida por
los campos electromagnéticos, siendo, a su vez, generadora de ellos.
PROPIEDADES DE LA CARGA ELÉCTRICA
•
Es una magnitud cuantizada, lo que quiere decir que cualquier
cuerpo es siempre un múltiplo del valor de “e”. (e = 1.602x10-19
culombios)
•
Las cargas eléctricas ni se crean ni se destruyen.
•
Las cargas iguales se rechazan y las distintas se atraen.
31
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Resumen del video 2
CLASE 2: FUERZA ELÉCTRICA
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En el video, se observa como un pedazo de cinta se carga
negativamente al solo frotar de abajo hacia arriba con los dedos, es
decir favorecer el desplazamiento de los electrones, después se
procede a frotar un globo con la ropa que gana electrones y al
acercarlo a la cinta se puede observar que exista una fuerza de
repulsión, ya que tanto el globo como la cinta tienen carga negativa.
Es necesario recordar lo que dice la ley de las cargas “Cargas de igual
signo se repelen, mientras que las de diferente signo se atraen”
Ley de Coulomb “Cuando existe una carga llamada “q1” de carga
positiva y otra carga llamada “q2” de carga negativa, la fuerza de
atracción es directamente proporcional a la magnitud de sus cargas e
inversamente proporcional al cuadro de su distancia”.
Cualquier par de cargas que hay en el universo generar fuerza de
atracción o repulsión.
32
1.7.3 Ley de coulomb
La ley de Coulomb, nombrada en reconocimiento del físico francés
Charles-Augustin de Coulomb (1736-1806), que enunció en 1785 y
forma la base de la electrostática, puede expresarse como:
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La magnitud de cada una de las fuerzas eléctricas con las que
interactúan dos cargas puntuales en reposo es directamente
proporcional al producto de la magnitud de ambas cargas e
inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que las separa
y tiene la dirección de la línea que las une. La fuerza es de repulsión si
las cargas son de igual signo, y de atracción si son de signo contrario.
Constante de Coulomb
La constante K es la Constante de Coulomb y su valor para unidades
SI es Unidades.png Nm²/C².
Cuando el medio que rodea a las cargas no es el vacío hay que tener
en cuenta la Constante dieléctrica y la Permitividad del material.
La ecuación de la ley de Coulomb queda finalmente expresada de la
siguiente manera: En concreto para el vacío k es aproximadamente
9·109 N·m2/C2 utilizando unidades en el S.I.
33
1.7.4 Ampere
El término ampere es sinónimo de amperio: una unidad del Sistema
Internacional que refleja la intensidad de la corriente eléctrica. Un
ampere equivale a la intensidad que tiene la corriente cuando, al pasar
por dos conductores rectilíneos distantes entre sí a un metro en el
vacío, con una sección circular que resulta despreciable y dispuestos
de forma paralela, genera en ambos conductores de longitud infinita
una fuerza correspondiente a dos diezmillonésimas de newton por
metro de conductor.
El concepto de ampere procede del nombre de André-Marie Ampere,
un físico y matemático nacido el 20 de enero de 1775 en la ciudad
francesa de Lyon y fallecido el 10 de junio de 1836 en Marsella.
Ampere postuló los fundamentos teóricos del electromagnetismo,
desarrolló el electroimán con otro científico llamado François Aragón y
creó el telégrafo eléctrico.
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1.8 Campo eléctrico
Al introducir una carga en el espacio esta crea en su entorno un área
de influencia de tal forma que si introducimos otra carga testigo en
dicha área sufrirá la acción de una fuerza eléctrica debido a la ley de
Coulomb.
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Campo eléctrico es la perturbación que genera una carga eléctrica en
el espacio que le rodea.
Diferencia entre acción a distancia y campo
En ocasiones se suelen confundir los conceptos de acción a distancia
y campo, sin embargo, existen diferencias sustanciales que deben
tenerse en cuenta:
Acción a distancia. En una acción a distancia una partícula actúa
directa e instantáneamente sobre otra partícula sin que le medio que
les rodea intervenga.
Campo. En un campo, la partícula perturba las propiedades del
espacio que le rodea. Los valores de dichas propiedades dependen de
la posición y definen el campo. Esto hace que sea directamente el
campo el que interactúe con una partícula lejana que se introduzca en
el espacio del campo. Por tanto, la interacción que se produce no es
instantánea como ocurre en la acción a distancia y la velocidad de
propagación es finita.
Propiedades que definen el campo eléctrico
Los campos eléctricos vienen determinados en cada posición por el
valor de la intensidad de campo y el potencial eléctricos. En concreto,
la intensidad de campo eléctrico en cada punto ofrece una visión
dinámica de la interacción electrostática y el potencial eléctrico una
visión desde un punto de vista energético.
41
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Resumen del video del campo eléctrico.
Si se pone una carga puntual positiva en cualquier punto existen dos
vectores:
1.
Vector “fuerza eléctrica” de repulsión F.
2.
Vector “campo eléctrico” E.
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Líneas de campo eléctrico para una carga puntual positiva
Líneas de campo eléctrico para una carga puntual negativa
DIPOLO: Aparece cuando una carga puntual (q) positiva y otra carga
puntual (q) negativa de la misma magnitud. Existe una fuerza de
repulsión y una de atracción.
43
Resumen del video de campo eléctrico
Intensidad del campo eléctrico.
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CAMPO ELÉCTRICO: Es aquella región de espacio que rodea a una
carga eléctrica y que está conformada por materia, pero en estado
disperso. Este campo funciona como un transmisor mediante el cual
una carga interacciona con otra que está a su alrededor.
CARGA DE PRUEBA: Es la que se utiliza para medir la interacción
entre dos cargas y siempre es positiva.
INTENSIDAD DEL CAMPO ELÉCTRICO (E): Sirve para cuantificar la
fuerza, pero con la que actúa el campo eléctrico sobre un cuerpo
cargado.
E = KQ/d2
LÍNEAS DE FUERZA: Son líneas imaginarias creadas por Michael
Faraday para representar el campo eléctrico.
•
Comienzan con las cargas positivas y terminan en las cargas
negativas.
•
El vector campo eléctrico es tangente a las líneas de fuerza.
•
Las líneas nunca se cortan.
44
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1.10 Potencial Eléctrico.
Si introducimos una carga q' en el seno de un campo eléctrico, la
carga sufrirá la acción de una fuerza eléctrica y como consecuencia de
esto, adquirirá cierta energía potencial eléctrica (también conocida
como energía potencial electrostática). Si lo vemos desde una
perspectiva más simple, podemos pensar que el campo eléctrico crea
un área de influencia donde cada uno de sus puntos tienen la
propiedad de poder conferir una energía potencial a cualquier carga
que se sitúe en su interior.
A partir de este razonamiento, se establece una nueva magnitud
escalar propia de los campos eléctricos denominada potencial
eléctrico y que representa la energía potencial electrostática que
adquiere una unidad de carga positiva si la situamos en dicho punto.
El potencial eléctrico en un punto del espacio de un campo eléctrico es
la energía potencial eléctrica que adquiere una unidad de carga
positiva situada en dicho punto.
V=Ep/q'
El hecho de que todas las magnitudes sean escalares permite que el
estudio del campo eléctrico sea más sencillo. De esta forma, si
conocemos el valor del potencial eléctrico V en un punto, podemos
determinar que la energía potencial eléctrica de una carga q situada
en él es:
Ep=V⋅q
46
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Resumen del potencial eléctrico.
POTENCIAL ELÉCTRICO: Indica el trabajo que hay que hacer sobre
unidad de carga que se debe realizar sobre una carga de prueba. Es
una magnitud escalar
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V=W---P/q
SUPERFICIES EQUIPOTENCIALES: Cuentan con el mismo potencial
eléctrico y el trabajo es nulo.
Potencial eléctrico para una carga esférica puntual
VA=K Q/d
DIFERENCIA DE POTENCIAL: Es el trabajo que se debe realizar para
llevar una carga de prueba de un punto “A” hasta otro punto “B” pero
dentro de un campo eléctrico.
WAB=q0(VA-VB)
W---P= VP* q0
Potencial eléctrico de una esfera conductora hueca
•
Puntos dentro de la esfera y superficie:
VA=VB=VC
•
V=K q/R
Puntos fuera de la esfera
VD=K q/d
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2.0 Pilas
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¿Qué es una Pila?
Una pila es un dispositivo que convierte energía química en energía
eléctrica; por un proceso químico transitorio, tras de lo cual cesa su
actividad y han de renovarse sus elementos constituyentes, puesto que
sus características resultan alteradas durante el mismo.
Tipos de pilas
Pilas primarias: son aquellas pilas comunes, generalmente cilíndricas,
de carbón-zinc, litio y las alcalinas. Estas pilas no pueden ser
recargadas, ya que se basan en sistemas electroquímicos irreversibles.
Se ha legislado, y en base a eso, bajado la concentración de Mercurio
de estas pilas, pero de igual manera conservan grados de toxicidad que
se potencian si las acumulamos y las tiramos todas juntas a la basura.
Pilas secundarias: pueden recargarse externamente dado que están
basadas en sistemas reversibles. En la mayoría de los casos están
compuestas por ácidos, álcalis, sales irritantes y metales.
Pilas ‘Botón’: Estas aún cuentan con altas concentraciones de mercurio.
Pilas según su contenido
óxido de mercurio: empleadas en audífonos y otros aparatos de
electromedicina. Contienen más de un 30% de mercurio y son las más
perjudiciales.
níquel-cadmio: se utilizan en relojería, fotografía, teléfonos
inalámbricos, móviles etc. Son muy peligrosas sobre todo si son
incineradas, ya que la inhalación de cadmio es cancerígena.
50
litio: producen 3 veces más energía que las pilas alcalinas y contaminan
menos que las de mercurio.
alcalinas (Zn/MnO2), (Zn/C), (Zn/aire): se usan en radios, juguetes,
flashes, teléfonos, mandos a distancia, relojes... Casi todas están
blindadas, pero el blindaje no tiene una duración ilimitada.
baterías plomo/ácido: se utilizan en los vehículos y están fabricadas con
pilas constituidas por un ánodo de plomo, un cátodo de óxido de plomo
y ácido sulfúrico.
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2.1 Baterías y acumuladores.
En los últimos 50 años, la humanidad ha sido testigo de increíbles
avances que poco a poco han ido haciendo nuestra vida más fácil. Es
por ello por lo que en la actualidad estamos rodeados por todas partes
de aparatos eléctricos que usamos a cada minuto casi sin darnos
cuenta. No obstante, estos aparatos deben su uso a la electricidad, su
fuente de alimentación para poder seguir funcionando. Para ello hoy
contamos con distintos tipos de baterías y acumuladores gracias a los
cuales podemos cargar nuestros aparatos eléctricos y poder prescindir
de cables.
Las baterías y acumuladores diferencias.
Pero, aunque ambos tienen la misma finalidad que es contribuir en la
alimentación de los distintos aparatos eléctricos, podemos apreciar
ciertas diferencias entre ellos. Para empezar mientras que las baterías
están compuestas por elementos minerales que generan energía a
través de diversas reacciones químicas, los acumuladores son inertes,
es decir, no realizan ningún proceso químico.
Por otro lado, cabe, destacar que los acumuladores cuentan con
grandes ventajas frente a las baterías ya que su producción resulta
más barata, segura y rentable. Además de no contaminar porque,
como ya hemos dicho, no realiza ningún proceso químico. Es por ello
por lo que no es necesario llevarlo a un punto de gestión de residuos
cuando ya no van a ser usados o cuando pierden sus propiedades.
En cualquier caso, no todo son ventajas, el propio sistema de
funcionamiento de los acumuladores es su punto débil pues todavía no
se ha logrado que la liberación de la energía se produzca de una
52
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manera eficiente y sin escapes. En el caso de las baterías, su talón de
Aquiles es que funcionan por concentración de energía por lo que
tienen una vida limitada y van perdiendo propiedades y rendimiento
con el uso.
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El futuro de los acumuladores rendimiento y
eficacia para la mejoría de las herramientas
eléctricas.
Es por ello por lo que los departamentos de I+D de los grandes
fabricantes investigan constantemente con el objetivo de poder
conseguir mejores aparatos para poder ser suministrados en las
tiendas de ferretería, las empresas de venta de suministros
industriales y de herramientas para facilitar el trabajo tanto a empresas
como a particulares. En el caso de la industria de la energía eléctrica,
una de las bases de su investigación es el hecho de mejorar en
aparatos que puedan realizar cargas rápidas y que den respuesta a
todos los inconvenientes que provocan la duración de las baterías y
acumuladores. La prueba de ello lo tenemos en la compañía Far grupo
que ha logrado crear un destornillador eléctrico sin cables y sin
batería. La clave está en el uso de una nueva tecnología que se
encarga de mantener la energía necesaria dentro de los propios
condensadores para realizar el trabajo de un destornillador
convencional, pero de una manera más cómoda y rápida.
La principal ventaja de este tipo de alimentación es que es en realidad
rápida, pues solamente se necesitan 40 segundos para poder realizar
la carga al completo. Y aunque aún puede mejorarse mucho, esta
innovadora herramienta es capaz de atornillar 25 tornillos una vez
cargada. Pero además de ser rápido, también es ecológico, pues al no
disponer de una batería como fuente de alimentación no es necesario
53
reciclarla. Por no hablar de que tiene una vida útil de 500.000 cargas,
el equivalente a 12.500.000 tornillos.
No obstante, se trata aún de un tímido comienzo en este tipo de
tecnología, ya que, como podemos ver, la potencia que puede
conseguirse es aún baja y su rendimiento en limitado.
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2.2 Resistividad.
La resistividad o resistencia específica es una característica propia de
los materiales y tiene unidades de ohmios–metro, y nos indica que
tanto se opone el material al paso de la corriente eléctrica.
La resistencia específica [ρ] (rho) se define como: ρ = R *A / L . donde:
A es el área transversal medida en metros al cuadrado (m2)
ρ es la resistividad medida en ohmios-metro
L es la longitud del material medida en metros
R es el valor de la resistencia eléctrica en ohmios
De la anterior fórmula se puede deducir que el valor de un resistor /
resistencia, elemento utilizado normalmente en electricidad y
electrónica, depende en su construcción, de la resistencia específica
(material con el que fue fabricado), su longitud, y su área transversal.
Despejando el valor de la resistencia R en la formula anterior se
obtiene: R = ρ*L/A
55
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Si analizamos la fórmula se deduce que:
•
A mayor longitud y menor área transversal del elemento, más
resistencia
•
A menor longitud y mayor área transversal del elemento, menos
resistencia
En la siguiente Tabla se muestran los valores típicos de resistividad de
varios materiales a 23 °C:
La resistividad depende de la temperatura
La resistividad no es un valor que se mantiene constante con la
variación de la temperatura. La resistencia específica de los metales
aumenta al aumentar la temperatura, al contrario de los
semiconductores en donde este valor decrece.
El inverso de la resistividad o resistencia específica se
llama conductividad (σ) [sigma] , y la fórmulas es: σ = 1/ρ =
1/(resistividad).
56
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2.3 Tipos de materiales.
CONDUCTORES
El comportamiento de un objeto que se ha cargado depende de si el
objeto está hecho de un material conductor o un material no conductor
o aislante. En El log verde os queremos explicar la diferencia entre
ambos, con ejemplos y toda la información al respecto.
Es muy importante saber diferenciar entre los materiales que son
conductores y los que no, porque si nos equivocamos a la hora de
elegir un material, podemos provocar que nuestra idea no funcione o
peor aún, sufrir algún tipo de daño físico.
Los conductores son aquellos materiales que permiten que los
electrones fluyan libremente de partícula a partícula. Un objeto hecho
de un material conductor permitirá que se transfiera una carga a través
de toda la superficie del objeto. Si la carga se transfiere al objeto en un
lugar determinado, esta se distribuye rápidamente a través de toda la
superficie del objeto.
La distribución de la carga es el resultado del movimiento de
electrones. Los materiales conductores permiten que los
electrones sean transportados de partícula a partícula, ya
que un objeto cargado siempre va a distribuir su carga hasta que las
fuerzas de repulsión globales entre electrones en exceso se reduzcan
al mínimo. De este modo, si un conductor cargado es tocado a otro
objeto, el conductor puede incluso transferir su carga a ese objeto.
57
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Aislantes
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.
El comportamiento de los aislantes se debe a la barrera de potencial
que se establece entre las bandas de valencia y conducción que
dificulta la existencia de electrones libres capaces de conducir la
electricidad a través del material. Para más detalles ver
semiconductor.
Los materiales empleados como "aislantes" siempre conducen algo la
electricidad, pero presentan una resistencia al paso de corriente
eléctrica hasta 2,5 × 1024 veces mayor que la de los buenos
conductores eléctricos como la plata o el cobre. Un buen aislante
apenas posee electrones permitiendo así el flujo continuo y rápido de
las cargas.
En los circuitos eléctricos normales suelen usarse plásticos como
revestimiento aislante para los cables. Los cables muy finos, como los
empleados en las bobinas (por ejemplo, en un transformador), pueden
aislarse con una capa delgada de barniz.
El aislamiento interno de los equipos eléctricos puede efectuarse con
mica o mediante fibras de vidrio con un aglutinador plástico. En los
equipos electrónicos y transformadores se emplea en ocasiones un
papel especial para aplicaciones eléctricas. Las líneas de alta tensión
se aíslan con vidrio, porcelana u otro material cerámico.
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RESÚMEN VIDEO MATERIALES Y SEMICONDUCTORES
Conductores
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Son materiales cuyos átomos poseen menos de 4 electrones en su
capa de valencia. Por ejemplo, el cobre.
Material que ofrece poca resistencia al flujo de carga.
•
Finalidad:
Transmitir la corriente en un circuito eléctrico.
Aislantes
Son materiales cuyos átomos tienen más de 4 electrones en su capa
de valencia. Por ejemplo, el oxígeno.
Material que se resiste al paso de cargas eléctricas y las retiene.
•
Finalidad
Evitar fugas de corriente y corto circuito.
Semiconductores
Se comporta como conductor o aislante.
Dopaje
Agregar impurezas (electrones o huecos) para que pase la corriente
eléctrica.
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2.4 Cables de alambre
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2.5 Diodo rectificador.
Diodo rectificador. Sean semiconductores de estado sólido, válvulas al
vacío o válvulas gaseosas como las de vapor de mercurio, son tipos
de diodo que constituyen el elemento o circuito que permite convertir
la corriente alterna en corriente continua.
1. Rectificador de media onda
Cuando la tensión vS de la fuente es positiva, el sentido de la corriente
es favorable y se produce la circulación, por lo cual suponiendo el
diodo ideal (y por lo tanto sin caída de tensión), será vL = vS.
61
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Cuando, en cambio, vS < 0, el diodo no conduce y entonces vL = 0.
Esto se ilustra en la figura 2 para una típica señal senoidal. Se ha
indicado tanto la tensión en la carga como la corriente que circula por
ella y por la fuente (la tensión y las corrientes en este caso difieren
únicamente en un factor de escala). Invirtiendo el diodo se logra una
tensión negativa.4
2. Rectificador de onda completa con Transformador
en Toma Central.
3. Rectificador de onda completa en Puente de Graetz
62
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2.6 Puente rectificador.
El puente rectificador es un circuito electrónico usado en la conversión
de corriente alterna en corriente continua.
Se compone de 4 diodos, suelen ser diodos rectificadores dado que
estos al aplicar una tensión eléctrica positiva del ánodo respecto a
negativa en el cátodo (polarización directa) toma las características de
un diodo rectificador básico, al conectarlos según el siguiente
esquema:
63
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2.7 Resistencia de un Led.
Tutorial para calcular la Resistencia de LED. ¿Cómo saber cuál
Resistencia de un LED? En este tutorial se tratará de añadir protección
por corriente a un diodo led. Para este motivo se utiliza una resistencia
en serie, cuya función es limitar a la corriente. Si no se coloca puede
dañar irreparablemente al LED. Además, para la corriente que pasa
por este, sea la adecuada y así que su diferencia de potencial sea la
que recomienda el fabricante y evitar la sobre tensión.
Es por esto por lo que requerimos saber calcular la Resistencia de
LED.
Un LED es de mucha utilidad y existen en variedad, distintas gamas,
formas, tamaños, colores. Los colores dependen del material que
interviene en su fabricación. La composición del material
semiconductor determina el color y la energía requerida por el LED.
Como calcular la resistencia de un led
Para calcular la resistencia de un LED, debes saber que todos los
circuitos electrónicos se llevan tras la ley conocida como ley de Ohm.
Esta establece que la caída de voltaje de un elemento del circuito es
igual a la intensidad (corriente) que circula por él, multiplicado por
resistencia que cada componente ejerza al paso de esta corriente.
V=I*R
Donde:
R=Resistencia de LED
64
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V=Voltaje
I=intensidad (corriente)
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La fuente proporciona el voltaje a trabajar en el circuito conectado
(batería, pila…) la resistencia la mayoría de los componentes al paso
de la intensidad (entre estos el LED).
A continuación, se mostrarán los valores estándares de cada LED.
Para el ejemplo se utilizará un LED rojo de 5mm. Por lo tanto, sus
especificaciones van de una diferencia de potencial en el diodo de
1.8v-2.3v y una corriente funcional del diodo de 20mA.
Para el cálculo de la Resistencia de LED se utilizará la siguiente
ecuación. Para la cual forzamos la corriente a ser la requerida
mediante una resistencia.
V – Vled = I x R
65
R = (Vfuente – Vled) / I
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A continuación, se proseguirá a realizar los cálculos pertinentes para
saber la resistencia adecuada para el LED sustituyendo los valores
conocidos, por otra parte se verá la diferencia al cambio de el voltaje
proporcionado por la fuente. Para lo cual estamos hablando de 12v,
9v, y 5v. Y tomando una intensidad de 20mA.
R1= (12V-1.8V) /20mA =
510 ohm
R2= (9V-1.8V)/20mA
=
360 ohms
R3= (5V-1.8V)/20mA
=
160 ohms
66
2.8 Ánodo.
El ánodo es conocido como el electrodo responsable de la reacción de
oxidación de los elementos. Un gran error que fue desarrollado es
pensar en que su polaridad es eternamente positiva. La mayoría de las
veces este concepto es erróneo ya que dependiendo del dispositivo
utilizado la polaridad puede variar y a esto se le suma el modo en que
trabaja teniendo en cuenta el flujo y la dirección de la corriente eléctrica.
Poniendo las cosas un poco más claras, el ánodo es positivo si absorbe
energía y negativo cuando la suministra.
67
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2.9 Cátodo.
Cátodo. Es el electrodo negativo, donde los iones (átomos cargados
eléctricamente) que se dirigen del ánodo (electrodo positivo) al cátodo,
reciben el nombre de cationes, y los iones que se dirigen del cátodo al
ánodo tienen el nombre de aniones. En griego antiguo (kathodos)
significa: camino hacia abajo, pero Faraday la utilizó para referirse a
un electrodo con carga negativa del cual fluye la corriente.
Un error muy extendido es pensar que la polaridad del cátodo es
siempre negativa (-). La polaridad del cátodo depende del tipo de
dispositivo, y a veces incluso en el modo que opera, según la dirección
de la corriente eléctrica, basado en la definición de corriente eléctrica
universal. En consecuencia, en un dispositivo que consume energía el
cátodo es negativo, y en un dispositivo que proporciona energía el
cátodo es positivo.
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3.0 Neutrinos.
El neutrino es una partícula que siempre ha sido muy misteriosa
porque es muy difícil de detectar. Se trata de una partícula elemental
subatómica que tiene una masa muy, muy pequeña, un espín de un
medio, y no tienen carga, por eso se llaman neutrinos porque son
neutras. Con estas características es muy raro que interaccionen con
la materia y por eso son tan complicadas de encontrar ya que
atraviesan la materia igual que la luz atraviesa un cristal. Y como
tienen esa masa tan pequeña, de hecho, al principio se creía que no
tenían masa, se mueven a velocidades cercanas a la de la luz.
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Los neutrinos surgen en procesos nucleares: en el Big Bang, en los
núcleos de las estrellas y también en los aceleradores de partículas.
De las cuatro fuerzas fundamentales que existen en el universo:
electromagnética, gravitatoria, débil y fuerte, los neutrinos solo se ven
afectados por la gravitatoria de una manera pequeñísima y la débil. Al
no tener carga no interaccionan con la fuerza electromagnética y
tampoco interaccionan con la fuerza fuerte.
Al principio, el neutrino fue solo una hipótesis. Se conocía la
desintegración beta que es la que se produce cuando en los núcleos
inestables hay un cambio en la relación de neutrones y protones. Los
núcleos están formados por neutrones y protones, pero cuando se
desintegran a veces emiten una partícula y el neutrón puede pasar a
protón y al protón a neutrón.
Pero la desintegración beta no cumplía la ley de conservación de la
energía que es una ley fundamental de la física. El investigador
austriaco Wolfgang Pauli propuso en 1930 la idea de que había una
partícula que no tenía carga, y él pensaba que también una masa
despreciable, y que era la que se llevaba la parte de energía que
faltaba. La llamó neutrino. Era solo una hipótesis y de hecho él mismo
escribió que lo que acababa de proponer era algo que no se iba a
69
poder demostrar nunca. Sin embargo, en 1956 se construyó un
detector de neutrinos y se confirmó su existencia.
Pero ocurría que en aquel detector se contaban muy pocos neutrinos,
alrededor de un tercio de lo que calculaba que podía haber. Y eso era
porque hay tres tipos de neutrinos y solo detectaban uno. En la
desintegración beta un neutrón se desintegra en un protón y emite un
electrón y un antineutrino, y ese antineutrino es el que hace que se
conserve la energía. Si la reacción es con el protón, lo que emite es un
neutrón y un positrón, es decir, un electrón con carga positiva, y un
neutrino. En esas reacciones que se producen en los núcleos
inestables no varía la suma total de neutrones y protones, lo que varía
es la relación entre ellos. O sea la sumatoria de n + p sería constante
pero subiría el número de neutrones y bajaría el de protones o al
revés.
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3.1 Resumen del video de electrodinámica.
Electrodinámica: Es el estudio de los fenómenos producidos por las
cargas eléctricas en movimiento
•
Electro: Carga eléctrica
•
Dinámica: Movimiento
Página | 71
Corriente eléctrica: Flujo de electrones a través de un conductor con
causa al campo eléctrico y la diferencia de potencial.
Intensidad de corriente: Cantidad de carga que pasa por la sección
recta de un conductor en unidad de tiempo.
I= q/t
q=I t
Resistencia eléctrica: oposición que ofrece un conductor al paso de la
corriente
Ley de ohm: Todo conductor metálico a una temperatura constante, la
diferencia entre dos puntos es directamente proporcional a la
intensidad de corriente.
Circuito eléctrico: Es el recorrido o conjunto de recorridos cerrados que
siguen las cargas eléctricas formando una o varias corrientes.
Resistencia equivalente: Es aquella resistencia que reemplaza a un
conjunto de resistencias produciendo el mismo efecto.
Asociación de resistencias
•
Serie
I= I1=I2=I3
V= V1+V2+V3
Req= R1+R2+R3
71
•
Paralelo
I= I1+I2+I3
V= V1=V2=V3
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Req= 1/R1+1/R2+1/R3
Fuente de fuerza electromotriz: La energía química, magnética,
mecánica que se convierte en energía eléctrica con la cual se realiza
trabajo sobre las cargas eléctricas.
Trabajo de una fuente
W=Eq
Potencia eléctrica: Cantidad de energía que suministra o consume un
dispositivo eléctrico en una unidad de tiempo.4
P=VI
P=I2R
P=V2/R
Potencia: Watts (W)
Voltaje: Voltios (V)
Intensidad: Amperios (A)
Efecto Joule: La energía consumida por una resistencia se
transformará completamente en calor.
Q= VI*t
Q=Pt
Q=I2R*t
Q=V2/R * t
Q= Efecto joule (J)
T= Tiempo (s)
1J= .24 calorías
Q=.24Pt
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Leyes de Kirchhoff
1.
Ley de nudos o de las corrientes:
La suma de corrientes que llegan a un nudo es igual a la suma de
corrientes que salen.
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∑ Ientran=∑ Isalen
2.
Ley de mallas o de los voltajes
La suma algebraica de las fuentes en una malla es igual a la suma de
la caída de potencial en cada resistencia de las mallas.
∑ V= ∑ IR
Fuente
Caída de potencial
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3.2 Resumen de video resistencia eléctrica.
Es la oposición que ofrece un conductor al paso de la corriente
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I= q/t
Componente electrónico diseñado para introducir una resistencia
eléctrica determinada entre dos puntos de un circuito eléctrico.
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3.3 Ejercicios de la ley de ohm.
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3.4 Resumen de resistencias serie en paralelo
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RESÚMEN VIDEO RESISTENCIAS SERIE-PARALELO
Circuito en serie
Se conforma solo cuando un extremo de la resistencia se conecta a
otro extremo de otra resistencia.
Circuito en paralelo
Se conforma solo cuando los dos extremos de las resistencias se
conectan a otros dos extremos de otra resistencia.
NOTA:
No se conforma como un circuito en serie cuando en el medio de las
resistencias se encuentra un nodo.
Nodo: Punto donde se divide la corriente.
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3.5 Ejercicio 2 resistencia en paralelo.
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3.6 Ejercicio de circuitos.
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3.7 Tipos de resistencias eléctricas.
En esta entrada trataremos las diferentes resistencias utilizadas en la
industria eléctrico-electrónica.
Como ya sabemos las resistencias se utilizan para ofrecer cierta
oposición al paso de la corriente, las diferentes clases de resistencias
se pueden clasificar por su fabricación, por su consumo o por su valor.
Los tipos de resistencias más utilizadas son:
- Resistencias fijas: aglomeradas, de película de carbón, de película
metálica y bobinadas.
- Resistencias variables: bobinadas, de película.
- Resistencias dependientes o variables: LDR, VDR, PTC, NTC.
La construcción de un tipo u otro de resistencias nace por la necesidad
de cumplir unas especificaciones de bajo/alto valor óhmico, potencia,
etc.
Para el cálculo de una resistencia no basta con calcular su valor
óhmico también es necesario conocer la potencia que puede soportar
y, por tanto, el calor que es capaz de disipar dicha resistencia, la
mayor o menor potencia repercute en su tamaño a más potencia más
grandes son las resistencias, la unidad es el vatio o fracciones de vatio
como puede ser; 1/4w, ½ w, 1w, 1,5w, 5w, etc.
Las resistencias de carbón aglomerado se fabrican para 1/8 w, ¼ w, ½
w, 1w y 2w.
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Las resistencias de película de carbón se fabrican para 1/10 w (o 1/8
w), ¼ w, 1/3 w, ½ w, 1w, 1,5 w, 2 w.
Las resistencias de película metálica se fabrican normalmente para ¼
w y ½ w.
Las resistencias bobinadas existen una gama muy amplia de
fabricación con potencias de disipación que van desde 1 w hasta los
130 w o bajo pedido de más potencia.
Como ya sabemos la unidad de medida de las resistencias es el
ohmio, pero en la aplicación práctica se suelen representar del
siguiente modo:
- 2k2 = 2200 Ω
- 1,5k = 1500 Ω
- 4k7 = 4,7k = 4700 Ω
- 10k = 10000 Ω
En este ejemplo he puesto la k pero para M (de mega) exactamente
igual 2M2 = 2200000 Ω
A partir de lo explicado se nos plantea la siguiente pregunta, ¿cuáles
son las características esenciales de una resistencia? Dependiendo
para qué queramos utilizarlas, si en electrónica de potencia,
electrónica de telecomunicaciones, etc., pueden existir muchas
características aquí tan solo trataré las más básicas;
- El valor nominal de la resistencia en Ω.
- La tolerancia de este valor, normalmente en %.
- La carga permisible o potencia de la resistencia.R
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3.8 Resumen video de resistencias variables.
Sirven para limitar el paso de la corriente eléctrica. Su valor puede
variar entre un valor mínimo y un valor máximo.
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Trimmers: Un trimmer o recortador es un componente eléctrico
ajustable en miniatura. Está destinado a ser configurado
correctamente cuando se instala en algún dispositivo, y nunca visto o
ajustado por el usuario del dispositivo. Pueden ser resistencias
variables (potenciómetros), condensadores variables o inductores
recortables. (No lleva mando y va dentro del equipo)
potenciómetro: Es un resistor eléctrico con un valor de resistencia
variable y generalmente ajustable manualmente. Los potenciómetros
utilizan tres terminales y se suelen utilizar en circuitos de poca
corriente, para circuitos de mayor corriente se utilizan los reóstatos.
(lleva mando)
Varistor: Es un componente electrónico con una curva característica
similar a la del diodo. Suelen usarse para proteger circuitos contra
variaciones de tensión al incorporarlos en el circuito de forma que
cuando el varistor se active, la corriente no pase por componentes
sensibles. Un varistor también se conoce como resistor dependiente
de voltaje o VDR.
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3.9 Reóstato.
Reóstatos. Elemento de un circuito eléctrico que permite variar la
magnitud de su resistencia mediante el giro de un eje o el
deslizamiento de un cursor. Por tanto, un reóstato es un resistor cuyo
valor de resistencia es variable y se utiliza para variar niveles de
corriente. Este componente se utiliza circuitos de corrientes
considerables, ya que pueden disipar más potencia.
Los reóstatos y los potenciómetros se diferencias entre si, entre otras
cosas, por la forma en que se conectan; en el caso de los
potenciómetros, éstos se conectan en paralelo al circuito y se
comporta como un divisor de voltaje. El reóstato es por tanto un tipo
constructivo concreto de potenciómetro que recibe comúnmente este
nombre en vez del de potenciómetro al tratarse de un dispositivo
capaz de soportar tensiones y corrientes muy elevadas.
En el caso del reóstato, éste va conectado en serie con el circuito y se
debe tener cuidado de que su valor (en ohmios) y su la potencia (en
Watts (vatios)) sea adecuada para soportar la corriente I en amperios
(ampere) que va a circular por él.
Se pueden dividir tomando en cuenta otras características:
Si son resistencias bobinadas.
Si no son bobinadas.
De débil disipación.
De fuerte disipación.
De precisión.
Normalmente los potenciómetros se utilizan en circuitos con poca
corriente, pues no disipan casi potencia, en cambio los reóstatos son
de mayor tamaño, por ellos circula más corriente y disipan más
potencia.
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4.0 Termistor.
Es un sensor resistivo de temperatura. Su funcionamiento se basa en
la variación de la resistividad que presenta un semiconductor con la
temperatura. El término termistor proviene de Thermally Sensitive
Resistor.
Existen dos tipos de termistor:
NTC (Negative Temperature Coefficient) – coeficiente de temperatura
negativo.
PTC (Positive Temperature Coefficient) – coeficiente de temperatura
positivo.
Su funcionamiento se basa en la variación de la resistencia de un
semiconductor con la temperatura, debido a la variación de la
concentración de portadores. Para los termistores NTC, al aumentar la
temperatura, aumentará también la concentración de portadores, por
lo que la resistencia será menor, de ahí que el coeficiente sea
negativo.
Para los termistores PTC, en el caso de un semiconductor con un
dopado muy intenso, éste adquirirá propiedades metálicas, tomando
un coeficiente positivo en un margen de temperatura limitado.
Usualmente, los termistores se fabrican a partir de óxidos
semiconductores, tales como el óxido férrico, el óxido de níquel, o el
óxido de cobalto.
Los termistores tienes una gran importancia, en el campo científicotecnológico.
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Termistores PTC
Termistores PTC (Positive Temperature Coefficient) son dispositivos
que varían su resistencia en función de la temperatura de forma a
lineal. Son utilizados para circuitos sensores de temperatura. Su
característica principal es que no puedo sobrepasar la temperatura de
Curie, ya que al hacerlo este se comportaría como una NTC.
Un termistor PTC (Positive Temperature Coefficient) es una resistencia
variable cuyo valor se ve aumentado a medida que aumenta la
temperatura.
Los termistores PTC se utilizan en una gran variedad de aplicaciones:
limitación de corriente, sensor de temperatura, desmagnetización y
para la protección contra el recalentamiento de equipos tales como
motores eléctricos. También se utilizan en indicadores de nivel, para
provocar retardos en circuitos, como termostatos, y como resistores de
compensación.
Termistor NTC
Son resistores no lineales cuya resistencia disminuye fuertemente con
la temperatura. El coeficiente de temperatura es negativo y elevado.
Existen termistores NTC de tipo disco y cilíndricos.
Aplicaciones para NTC :Modelos de Trenes. Acción retardada del
relés. El tren se para al llegar al tramo interrumpido del riel de
alimentación. Al calentarse la resistencia NTC el modelo arranca de
nuevo gradualmente. Debido a la inercia térmica del NTC el relé se
tarda en activarse. Cortocircuitando el NTC con un par de contactos,
permite el enfriamiento de termistor y la reactivación del ciclo.
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