Universidad Tecnológica de Honduras

UTH

Catedrático: Ing. Cristian Mejía

Carrera: Ingeniería en electrónica

Asignatura: Circuitos Eléctricos I

Temas del laboratorio

Flujo de la electricidad

Medición de tensiones

Medición de corrientes

Alumno: Lucio Nahúm Barahona

Cuenta: 231113016

Campus: San Pedro Sula

Fecha: 30 de septiembre de 2010

Introducción

El siguiente informe es acerca de la fluidez de la electricidad en circuitos sencillos

montados en tarjetas de Interface UniTr@in-I también se generaliza en como nosotros

podemos medir tensiones en diferentes puntos de circuitos y como varían estas

tensión con el tiempo, y se toma como uno de los puntos más importantes dentro de

lo que es la electrónica.

Electricidad

La electricidad (del griego elektron, cuyo significado es ámbar) es un fenómeno físico cuyo

origen son las cargas eléctricas y cuya energía se manifiesta en fenómenos mecánicos,

térmicos, luminosos y químicos, entre otros1 2 3 4 , en otras palabras es el flujo de electrones.

Se puede observar de forma natural en fenómenos atmosféricos, por ejemplo los rayos, que

son descargas eléctricas producidas por la transferencia de energía entre la ionosfera y la

superficie terrestre (proceso complejo del que los rayos solo forman una parte).

Aplicaciones de la electricidad

Máquinas frigoríficas y aire acondicionado

La invención de las máquinas frigoríficas ha supuesto un avance importante en todos los

aspectos relacionados con la conservación y trasiego de alimentos frescos que necesitan

conservarse fríos para que tengan mayor duración en su estado natural. Así como conseguir

una climatización adecuada de frío y calor en las viviendas y locales públicos. Las máquinas

frigoríficas se clasifican en máquinas congeladoras y en máquinas refrigeradoras, las de nivel

industrial están ubicadas en empresas, barcos o camiones que trabajan con alimentos

congelados o refrigerados y a nivel doméstico se utilizan también máquinas frigoríficas

conocidas con el nombre de frigorífico y congelador así como los aparatos de aire

acondicionado que está presente en muchas viviendas variando en prestaciones y capacidad.

Electroimanes

Un electroimán es un tipo de imán en el que el campo magnético se produce mediante el flujo

de una corriente eléctrica, desapareciendo en cuanto cesa dicha corriente. Fue inventado por

el electricista británico William Sturgeon en 1825. Sturgeon podía regular su electroimán, lo

que supuso el principio del uso de la energía eléctrica en máquinas útiles y controlables,

estableciendo los cimientos para las comunicaciones electrónicas a gran escala.

Electroquímica

El área de la química que estudia la conversión entre la energía eléctrica y la energía química

es la electroquímica. Los procesos electroquímicos son reacciones redox en donde la energía

liberada por una reacción espontánea se transforma en electricidad, o la electricidad se utiliza

para inducir una reacción química no espontánea. A este último proceso se le conoce como

electrólisis.

La electrólisis consiste en la descomposición mediante una corriente eléctrica de sustancias

ionizadas denominadas electrolitos. La palabra electrólisis procede de dos radicales, electro

que hace referencia a electricidad, y lisis, que quiere decir ruptura. En el proceso se

desprenden el oxígeno (O) y el hidrógeno (H).

Electroválvulas

Una electroválvula es un dispositivo diseñado para controlar el flujo de un fluido a través de un conducto como puede ser una tubería. Es de uso muy común en los circuitos hidráulicos y neumáticos de maquinaria e instalaciones industriales.

Una electroválvula tiene dos partes fundamentales: el solenoide y la válvula. El solenoide convierte energía eléctrica en energía mecánica para actuar la válvula.

Existen varios tipos de electroválvulas. En algunas electroválvulas el solenoide actúa directamente sobre la válvula proporcionando toda la energía necesaria para su movimiento. Es corriente que la válvula se mantenga cerrada por la acción de un muelle y que el solenoide la abra venciendo la fuerza del muelle.

También es posible construir electroválvulas biestables que usan un solenoide para abrir la válvula y otro para cerrar o bien un solo solenoide que abre con un impulso y cierra con el siguiente.

Iluminación eléctrica y alumbrado

La iluminación eléctrica o alumbrado es la acción o efecto de iluminar usando electricidad, vías públicas, monumentos, autopistas, aeropuertos, recintos deportivos, etc, de las ciudades, así como la iluminación de las viviendas y especialmente la de los lugares de trabajo cuando las condiciones de luz natural no proporcionan la visibilidad adecuada.

En la técnica se refiere al conjunto de lámparas, bombillas, focos, tubos fluorescentes, entre otros, que se instalan para producir la iluminación requerida, tanto a niveles prácticos como decorativos. Con la iluminación se pretende, en primer lugar conseguir un nivel de iluminación, o iluminancia, adecuado al uso que se quiere dar al espacio iluminado, donde el nivel que dependerá de la tarea que los usuarios hayan de realizar. La iluminación en los centros de trabajo debe prevenir que se produzca fatiga visual que se ocasiona si los lugares de trabajo y las vías de circulación no disponen de suficiente iluminación, ya sea natural o artificial, adecuada y suficiente durante la noche y cuando no sea suficiente la luz natural.8

Producción de calor

El físico británico James Prescott Joule descubrió en la década de 1860 que si en un conductor circula corriente eléctrica, parte de la energía cinética de los electrones se transforma en calor debido al choque que sufren con las moléculas del conductor por el que circulan, elevando la temperatura del mismo. Este efecto es conocido como efecto Joule en honor a su descubridor. Este efecto fue definido de la siguiente manera: "La cantidad de energía calorífica producida por una corriente eléctrica, depende directamente del cuadrado de la intensidad de la corriente, del tiempo que ésta circula por el conductor y de la resistencia que opone el mismo al paso de la corriente".

Señales luminosas

Se denomina señalización de seguridad al conjunto de señales, que referida a un objeto, actividad o situación determinadas, proporcione una indicación o una obligación relativa a la seguridad o la salud en el trabajo mediante una señal en forma de panel, un color, una señal luminosa o acústica, una comunicación verbal o una señal gestual, según proceda.

En cuanto al uso de señales luminosas las hay de dos tipos las actúan de forma intermitente y las que actúan de forma continuada. Las señales luminosas tienen el siguiente código de colores:

Rojo: condiciones anormales que precisan de una acción inmediata del operario.

Ámbar: atención o advertencia. Verde: máquina dispuesta. Blanco: circuito en tensión. Condiciones normales. Azul: cualquier significado no previsto por los colores anteriores

Cuando se utilice una señal luminosa intermitente, la duración y frecuencia de los destellos deberán permitir la correcta identificación del mensaje, evitando que pueda ser percibida como continua o confundida con otras señales luminosas.

Conductores y no conductores

Conductores:

Materiales cuya resistencia al paso de la electricidad es muy baja. Los mejores conductores eléctricos son los metales y sus aleaciones. Existen otros materiales, no metálicos, que también poseen la propiedad de conducir la electricidad como son el grafito, las disoluciones y soluciones salinas (por ejemplo, el agua de mar) y cualquier material en plasma (estado de la materia)|estado de plasma.

No Conductores:

se produce cuando se cubre un elemento de una instalación eléctrica con un material que no es conductor de la electricidad, es decir, un material que resiste el paso de la corriente a través del elemento que recubre y lo mantiene en su trayectoria a lo largo del conductor. Dicho material se denomina aislante eléctrico.

La diferencia de los distintos materiales es que los aislantes son materiales que presentan gran resistencia a que las cargas que lo forman se desplacen y los conductores tienen cargas libres y que pueden moverse con facilidad.

PRUEBA DE CONOCIMIENTO

1) Los átomos se componen de...

moléculas

electrones

protones

neutrones

iones

¡Correcto!

2) La cantidad máxima de electrones que circula por la órbita interna del átomo es de

2

¡Correcto!

3) ¿Qué materiales contienen la máxima cantidad de electrones libres?

No conductores

Semiconductores

Conductores

Todos tienen la misma cantidad de electrones libres

¡Correcto!

Tensión (electricidad)

La tensión, voltaje o diferencia de potencial es una magnitud física que impulsa a los electrones a lo largo de un conductor en un circuito eléctrico cerrado, provocando el flujo de una corriente eléctrica. La diferencia de potencial también se define como el trabajo por unidad de carga ejercido por el campo eléctrico, sobre una partícula cargada, para moverla de un lugar a otro. Se puede medir con un voltímetro.1

En el Sistema Internacional de Unidades, la diferencia de potencial se mide en voltios ( V ), al igual que el potencial.

La tensión es independiente del camino recorrido por la carga, y depende exclusivamente del potencial eléctrico de los puntos A y B en el campo.

Si dos puntos que tienen una diferencia de potencial se unen mediante un conductor, se producirá un flujo de electrones. Parte de la carga que crea el punto de mayor potencial se trasladará a través del conductor al punto de menor potencial y, en ausencia de una fuente externa (generador), esta corriente cesará cuando ambos puntos igualen su potencial eléctrico (ley de Henry). Este traslado de cargas es lo que se conoce como corriente eléctrica.

Cuando se habla sobre una diferencia de potencial en un sólo punto, o potencial, se refiere a la diferencia de potencial entre este punto y algún otro donde el potencial sea cero.

Corriente eléctrica

La corriente o intensidad eléctrica es el flujo de carga por unidad de tiempo que recorre un material. Se debe a un movimiento de los electrones en el interior del material. En el Sistema Internacional de Unidades se expresa en C·s-1 (culombios sobre segundo), unidad que se denomina amperio. Una corriente eléctrica, puesto que se trata de un movimiento de cargas, produce un campo magnético, lo que se aprovecha en el electroimán.

El instrumento usado para medir la intensidad de la corriente eléctrica es el galvanómetro que, calibrado en amperios, se llama amperímetro, colocado en serie con el conductor cuya intensidad se desea medir.

Un material conductor posee gran cantidad de electrones libres, por lo que es posible el paso de la electricidad a través del mismo. Los electrones libres, aunque existen en el material, no se puede decir que pertenezcan a algún átomo determinado.

Una corriente de electricidad existe en un lugar cuando una carga neta se transporta desde ese lugar a otro en dicha región. Supongamos que la carga se mueve a través de un alambre. Si la carga (q) se transporta a través de una sección transversal dada del alambre en un tiempo (t), entonces la corriente (I) a través del alambre es I = q/t. Aquí q está en Coulombs, t en segundos, e I en amperios (1A = 1C/s).

Sentido de la corriente de electrones

Los electrones fluyen en un conductor (esto es, en el circuito externo de corriente) desde el polo negativo de la fuente de tensión, con su exceso de electrones, hacia el polo positivo, el cual presenta una carencia de electrones, y dentro de la fuente de tensión, desde el polo positivo al negativo (véase siguiente imagen). La fuente de tensión asegura que la diferencia de potencial entre ambos polos se mantenga permanentemente.

Fuente de tensión

Lámpara incandescente (carga)

Movimiento de los electrones

Para evitar un error en el que se cae constantemente, es necesario hacer hincapié en que la fuente de tensión no genera los electrones que fluyen en el circuito eléctrico, sino que pone en movimiento los electrones libres ya presentes. En los aparatos eléctricos, los cuales se pueden aglutinar conceptualmente bajo el concepto de "cargas" (la lámpara, en el caso del circuito anterior), no se consumen los electrones, lo que se consume mayormente es sólo una parte de la energía generada por su movimiento.

Sentido técnico de la corriente

Antes de que se conociera la teoría de los electrones, se suponía que, de acuerdo con la denominación de los polos (realizada arbitrariamente), en el polo positivo de la fuente de tensión se presenta un exceso y en el polo negativo una carencia de portadores de carga, por lo que los portadores de carga circulan en el circuito externo de corriente desde el polo positivo hacia el negativo. Aunque esta suposición ya ha sido refutada, en la electrotecnia este enunciado se mantiene vigente debido a consideraciones prácticas. Bajo el concepto de sentido de corriente, por lo tanto, se entenderá en lo sucesivo, en concordancia con el uso de la electrotecnia y las normativas, el sentido de corriente opuesto al movimiento de los electrones, lo cual también se denomina sentido técnico de la corriente. El siguiente gráfico ilustra lo afirmado.

Fuente de tensión

Lámpara incandescente (carga)

Sentido técnico de la corriente

Por lo tanto, es válido lo siguiente:

La corriente eléctrica fluye en el circuito externo de corriente desde el polo positivo al negativo de la fuente de tensión.

Experimento: Circuito sencillo de corriente

En el siguiente experimento se debe mostrar, en primer lugar, que una corriente puede circular cuando el circuito de corriente se encuentra cerrado. Para ello se empleará el circuito que se encuentra en la parte superior de la tarjeta de Circuito de resistencias SO4203-6A, cuya fuente de tensión continua de 15 V se activa automáticamente una vez que la tarjeta se ha insertado en el experimentador. Una lámpara incandescente servirá como carga de este circuito. El circuito de corriente se puede abrir o cerrar por medio de la inserción de diferentes conectores.

Monte el circuito experimental que se muestra a continuación (en la imagen, los conectores puente (jumpers) se representan con el color azul):

La animación siguiente ilustra la estructura de la conexión.

Compruebe si la lámpara H1 se ilumina. A continuación, retire alternativamente conectores puentes individuales, de manera que siempre se encuentren insertados dos de ellos. Después, retire alternativamente dos conectores cada vez, de manera que sólo uno permanezca insertado (pruebe todas las combinaciones posibles) y, finalmente, retire los tres conectores puente. Compruebe con qué combinaciones se ilumina la lámpara, lo cual es una prueba de que el circuito de corriente se encuentra cerrado.

¿Cuándo se ilumina la lámpara?

Siempre

Nunca

Siempre que por lo menos se encuentren insertados dos conectores puente

Sólo si los tres conectores puente se encuentran insertados

Si el conector X2-X3 está insertado, además del X4-X5 ó el X6-X7 (o ambos)

Es suficiente con que se encuentre insertado el conector X2-X3

¡Correcto!

Resistencia eléctrica

La resistencia eléctrica de un objeto es una medida de su oposición al paso de una corriente.

Descubierta por Georg Ohm en 1827, la resistencia eléctrica tiene un parecido conceptual a la fricción en la física mecánica. La unidad de la resistencia en el Sistema Internacional de Unidades es el ohmio (Ω). Para su medición en la práctica existen diversos métodos, entre los que se encuentra el uso de un ohmímetro. Además, su cantidad recíproca es la conductancia, medida en Siemens.

Para una gran cantidad de materiales y condiciones, la resistencia eléctrica no depende de la corriente eléctrica que pasa a través de un objeto o de la tensión en los terminales de este. Esto significa que, dada una temperatura y un material, la resistencia es un valor que se mantendrá constante. Además, de acuerdo con la ley de Ohm la resistencia de un objeto puede definirse como la razón de la tensión y la corriente, así:

Según sea la magnitud de esta medida, los materiales se pueden clasificar en conductores, aislantes y semiconductores. Existen además ciertos materiales en los que, en determinadas condiciones de temperatura, aparece un fenómeno denominado superconductividad, en el que el valor de la resistencia es prácticamente nulo.

Átomo

Electrón libre

Colisión

Diseños de las resistencias

La palabra resistencia posee dos significados:

En general, define la propiedad de los conductores eléctricos de oponerse al movimiento de los electrones; en este caso, se habla de la resistencia eléctrica de un conductor. Este significado ya fue explicado en capítulos anteriores del curso.

También determinados componentes de la electrotecnia, en los que se aprovecha esta propiedad conductiva, reciben la denominación de resistencias. En los siguientes párrafos analizaremos este tipo de componentes.

Las imágenes siguientes muestran los símbolos gráficos de diferentes tipos de resistencias.

Resistencia común Resistencia variable Resistencia con contacto

deslizante

Existen resistencias en muchos diseños:

Las resistencias de capa se componen de un delgado tubito cerámico sobre el que se ha colocado una delgada capa de carbón, óxido metálico o metal. Un recubrimiento aislante de laca protege esta capa de la resistencia. El valor de la resistencia se caracteriza por medio de aros de colores (véase más adelante).

Para valores menores de resistencia (por ejemplo, 0,1 W) y corrientes elevadas se emplean resistencias de alambre. Estas se componen de un cuerpo aislante que soporta un devanado de alambre de resistencia.

Las resistencias variables (potenciómetro, resistencias de ajuste) poseen un contacto deslizante con el que se pueden conectar diferentes longitudes del material de la resistencia (por ejemplo alambre o carbón) al circuito de corriente. De esta manera se pueden ajustar exactamente las tensiones y corrientes deseadas.

Sistemas de Codificación

Código de colores

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

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

El valor de la resistencia eléctrica se obtiene leyendo las cifras como un número de una, dos o tres cifras; se multiplica por el multiplicador y se obtiene el resultado en Ohmios (Ω). El coeficiente de temperatura únicamente se aplica en resistencias de alta precisión o tolerancia menor del 1%).

Color de la banda

Valor de la 1°cifra

significativa

Valor de la 2°cifra

significativa Multiplicador Tolerancia

Coeficiente de

temperatura

Negro

- 0 1 - -

Marrón

1 1 10 ±1% 100ppm/°C

Rojo

2 2 100 ±2% 50ppm/°C

Naranja

3 3 1 000 - 15ppm/°C

Amarillo

4 4 10 000 ±4% 25ppm/°C

Verde

5 5 100 000 ±0,5% -

Azul

6 6 1 000 000 ±0,25% 10ppm/°C

Violeta

7 7 - ±0,1% 5ppm/°C

Gris

8 8 - - -

Blanco

9 9 - - 1ppm/°C

Dorado

- - 0,1 ±5% -

Plateado

- - 0,01 ±10% -

Ninguno

- - - ±20

Series Normalizadas

Series de resistencias normalizadas y comercializadas más habituales para potencias pequeñas. (IEC E6, E12, E24, E48) Hay otras series como las E96, E192 para usos más especiales.

E6 1.0 1.5 2.2 3.3 4.7 6.8

E12 1.0 1.2 1.5 1.8 2.2 2.7 3.3 3.9 4.7 5.6 6.8 8.2

E24 1.0 1.1 1.2 1.3 1.5 1.6 1.8 2.0 2.2 2.4 2.7 3.0 3.3 3.6 3.9 4.3 4.7 5.1 5.6 6.2 6.8 7.5 8.2 9.1

E48

1.0 1.05 1.10 1.15 1.21 1.27 1.33 1.40 1.47 1.54 1.62 1.69

1.78 1.87 1.96 2.05 2.15 2.26 2.37 2.49 2.61 2.74 2.87 3.01

3.16 3.32 3.48 3.65 3.83 4.02 4.22 4.42 4.64 4.87 5.11 5.36

5.62 5.90 6.19 6.49 6.81 7.15 7.50 7.87 8.25 8.66 9.09 9.53

Tolerancias de las series :E6 20% E12 10% E24 5% E48 2%

Valores de las resistencias en , K , M IEC = Comisión eléctrica Internacional

Prueba de conocimientos

¿Cuáles de las siguientes afirmaciones son correctas?

La resistencia es la propiedad de un material de oponerse a la circulación de la corriente.

La resistencia del cobre es de 1000 .

La resistencia específica de un material no conductor es menor que la de un conductor.

Las resistencias fijas se emplean para oponer al flujo de corriente una resistencia definida.

¡Correcto!

¿Cuál es la unidad de la resistencia eléctrica?

La unidad es el voltio (V)

La unidad es el amperio por segundo (A/s)

La unidad es el ohmio ()

La unidad es el voltio por metro (V/m)

¡Correcto!

¿Qué representan los cuatro aros de colores de las resistencias fijas?

Tres aros caracterizan el valor de la resistencia y un aro su dependencia de la temperatura.

Dos aros caracterizan el valor de la resistencia y los otros dos su dependencia de la temperatura.

Dos aros caracterizan el valor de la resistencia y los otros dos la tolerancia.

Tres aros caracterizan el valor de la resistencia y un aro la tolerancia.

¡Correcto!

¿Qué valor R de resistencia tiene un componente cuyos tres primeros aros poseen los colores verde, rojo y marrón respectivamente?

R = 520

¡Correcto!

¿De qué colores son los aros (de izquierda a derecha) de una resistencia de

470 kque tiene una tolerancia de ±10%?

amarillo/violeta/amarillo/dorado

amarillo/violeta/amarillo/plateado

amarillo/violeta/violeta/dorado

amarillo/amarillo/amarillo/plateado

¡Correcto!

¿En qué series normalizadas se dispone de una resistencia de 18k?

E6

E12

E24

E48

E96

¡Correcto!