ESCUELA DE EDUCACIÓN TÉCNICA N° 1 Gral. M. BELBRANO

TECNOLOGÍA ELECTRÓNICA

Manual de consulta, de utilidad en electricidad, electrónica y automatización

UNIDAD II.-

MATERIALES ELÉCTRICOS Y MAGNÉTICOS

Ed. 02 – Febrero 2011Expectativas de logro:

El alumno deberá saber para que sirven y como se llevan a cabo las técnicas de transformación más comunes de materiales y substancias. Conocer las características tecnológicas y funcionales de los materiales y componentes de los circuitos eléctricos y magnéticos.

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CONTENIDO

TECNICAS DE TRANSFORMACIÓN 03

METALURGIA / TRITURACIÓN / LAVADO / ELECTRÓLISIS / TEMPLE y REVENIDO

CIRCUITO ELECTRICO 04

ROZAMIENTO / RESISTENCIA Y CONDUCTANCIA ELÉCTRICA / AXESORIOS / CONECTORES / DISPOSITIVOS DE PROTECCIÓN / CIRCUITOITO IMPRESO

CIRCUITO MAGNÉTICO 06

MATERIALES MAGNÉTICOS / CAMPO MAGNÉTICO / FLUJO MAGNÉTICO / INDUCCIÓN MAGNÉTICA / FUERZA MAGNETOMOTRIZ / INTENSIDAD DEL CAMPO MAGNÉTICO

PROPIEDADES DE LOS CIRCUITOS MAGNETICOS 09

PERMEABILIDAD / RELUCTANCIA

LAMINACIONES 10

CIRCUITOS MAGNÉTICOS SIMPLE SERIE Y PARALELO

CLASIFICACIÓN 11

FERROMAGNÉTICO / PARAMAGNÉTICO / DIAMAGNÉTICO /

ALEACIÓNES 12

REF. BIBLIOGRÁFICASwww.simbología-electrónica.com - http://es.wikipedia.org - http://tecnología electrónica.com - http://electrónicacompleta.comhttp://www.dte.es - http://mx.kalipedia.com

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TECNICAS DE TRANSFORMACION

Las propiedades de los materiales pueden modificarse en virtud de los procesos físicos y químicos que se producen en su estructura.

La dureza de un trozo de hierro, resulta de la particular disposición de los átomos de hierro en la estructura cristalina. La conductividad térmica y eléctrica varían en función de la cantidad de electrones libres que resulten de la combinación de los átomos en dichas estructuras.

Los avances científicos y tecnológicos registrados a partir de mediados del siglo pasado, posibilitaron la creación de componentes semiconductores y circuitos integrados, modificando las propiedades de determinados materiales tales como el germanio y el silicio entre otros.

METALURGIA

La metalurgia es el arte de beneficiar los minerales y de extraer los metales que contienen, para ponerlos en disposición de ser elaborados. Los metales sólo por excepción se encuentran en forma metálica.

Se los halla con más frecuencia en forma de minerales de composición química a veces muy compleja, constituidos, en su mayoría, por óxidos, sulfuros, carbonatos y más raramente, por cloruros, sulfatos, arseniuros, silicatos, fosfatos y boratos.

Cada metal implica una metalurgia particular; sin embargo, existe un cierto número de métodos comunes a la mayor parte de las operaciones metalúrgicas.

Son los que tienen por objeto separar, tan completamente como sea posible, el mineral de su ganga, mediante operaciones mecánicas tales como por ejemplo la trituración, donde los minerales son reducidos a trozos pequeños, por medio de molinos de cilindros y trituradoras y el lavado, que consiste en separar los fragmentos metálicos utilizables, mediante una corriente de agua que arrastra las partículas más livianas, aprovechando la diferencia de densidad.

La electrólisis, es un proceso que se utiliza para separar un compuesto en los elementos que lo conforman, usando para ello la electricidad.

El temple, es el tratamiento que se da a ciertos materiales para otorgarles el punto de dureza que requieren para cierto tipo de aplicaciones, calentándolas a una cierta temperatura y enfriarlo bruscamente en un líquido o corriente de aire o gas, con el fin de modificar su estructura molecular y el revenido es el proceso que se aplica por lo general a los metales previamente templados para disminuir su fragilidad y disminuir su dureza calentándolos nuevamente y dejándolos enfriar en forma lenta.

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CIRCUITO ELÉCTRICO

“Es el soporte destinado al desplazamiento de cargas eléctricas”, que consiste en un paso, o grupo de pasos conectados entre si, aptos para la circulación de corriente eléctrica.

ROZAMIENTO:

“Es la cantidad o factor de oposición, al desplazamiento entre partículas o cuerpos”. En electricidad, se lo conoce como resistencia.

RESISTENCIA ELÉCTRICA:

“Es el parámetro físico con que se mide la oposición a la circulación de la corriente eléctrica”. Es una propiedad de ciertos materiales y su unidad de medida es el Ohm ( W ).

CONDUCTANCIA ELÉCTRICA:

“Es el parámetro físico con que se mide la facilidad de circulación de la corriente eléctrica”. Es una propiedad de ciertos materiales y su unidad de medida es el Mho.

CONECTORES DE CIRCUITOS

Jack Entrada de jack

Los conectores de entrada a circuitos de audio, para la transmisión del sonido y de energía eléctrica, de alimentación, se construyen en una gran variedad de modelos. los conectores jack, se fabrican en dos versiones; los estándar, de varios tamaños y de 2,5 ; 3,5 y 6,35 mm. de diámetro y los pequeños minijack, que son los que se utilizan en dispositivos portátiles.

Conector DIN 5 terminales Conector PS/2

Los conectores DIN, normalizados por el Instituto Alemán de Normalización, se fabrican con distinta cantidad de terminales de salida, para la interconexión de equipos de audio y video.

DISPOSITIVOS DE PROTECCIÓN

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Fusible Fusible térmico

El fusible, es un dispositivo, constituido por un soporte y un filamento de metal de bajo punto de fusión, que se intercala en un determinado punto de un circuito electrónico, como elemento de protección, (por lo general a la entrada de la alimentación de energía), para provocar el inmediato corte de alimentación, por fusión de su filamento. Acciona cuando la intensidad de la corriente, supera el exceso de carga, debido a un cortocircuito en la instalación.

Los fusibles térmicos cumplen con la misma función, cuando se genera una sobrecarga de temperatura.

Interruptor diferencial Llave térmica

El DISYUNTOR DIFERENCIAL, es el accesorio eléctrico, que interrumpe la energía de suministro de corriente eléctrica, cuando la intensidad de la misma supera el valor admitido, poniéndose en riesgo la vida de las personas y la seguridad de funcionamiento de circuitos y equipamientos.

A diferencia de los fusibles comunes, el disyuntor se reactiva al conectarlo, una vez eliminada la sobrecarga.

La LLAVE TÉRMICA, cumple la misma función, cuando el circuito detecta una sobre elevación de la temperatura.

CIRCUITO IMPRESO

La tecnología electrónica, es la rama de la ingeniería, que en la actualidad estudia y hace posible, la reducción del tamaño de los componentes y accesorios de los circuitos eléctricos y su simplificación.

Con la creación de circuitos impresos y circuitos integrados, se redujo notablemente los costos y el tamaño de los equipos y se aumentó en forma notoria la calidad y confiabilidad de los mismos.

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Parte de una tarjeta madre de computador.Se ven algunas líneas conductoras, los caminos y algunos componentes montados.

CIRCUITOS MAGNÉTICOS

Se conocen como circuitos magnéticos, a los dispositivos que facilitan la circulación de líneas de fuerza de un campo magnético, a través de un camino cerrado. Se construyen con materiales ferromagnéticos, cuya propiedad específica es la permeabilidad, que son por ello los que facilitan la conducción y almacenamiento del flujo magnético

Se aplican en la industria electrónica en la construcción de, inductores, transformadores, relés, motores eléctricos, etc.

Los materiales ferromagnéticos, son aquellos con los que se pueden construir imanes permanentes a temperatura ambiente. Esto se debe a que poseen elevada susceptibilidad magnética y gran remanencia.

Los imanes naturales son piedras compuestas de minerales de hierro que tienen la propiedad de estar imanadas.

Los fenómenos magnéticos que se producen en forma espontánea, se traducen en la existencia de fuerzas que generan los siguientes efectos:

Orientar una aguja imanada en la dirección del campo magnético, Atraer cuerpos ferromagnéticos. Desviar de su trayectoria cargas eléctricas en movimiento

También existen los electroimanes, que tienen la propiedad de comportarse como tales solo durante el tiempo en que están sometidos a la acción de una corriente eléctrica.

Existen tres leyes fundamentales aplicables al ferromagnetismo:

Polos del mismo nombre se repelen y de distinto nombre se atraen. La división de un imán en dos partes produce dos nuevos imanes. La acción mutua de dos polos magnéticos decrece según el cuadrado de

la distancia.

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CAMPO MAGNÉTICO

Es el espacio en el cuál, se desarrollan las fuerzas de atracción o repulsión debidas a un imán. El movimiento de electrones en un conductor, crea a su alrededor un campo magnético de fuerza

Esto se demuestra esparciendo polvo de limaduras de hierro, al rededor de un conductor rectilíneo, .por el cuál se hace circular corriente eléctrica.

Generación de un campo magnético al circular corriente eléctrica.

a) Barra sin magnetizar. b) Barra magnetizada

Este efecto magnético del hierro se basa en que los imanes moleculares tienden a orientarse en una misma dirección. En una barra sin magnetizar, la estructura molecular de cada partícula permanece en reposo, en forma desorientada.

En presencia de un campo magnético exterior, se genera una fuerza magnética y la estructura molecular se orienta.

En estas condiciones se originan líneas de fuerza en la barra, que provocan un flujo magnético

En la mayoría de los hierros, los imanes moleculares vuelven a su estado desorientado, cuando se anula el campo exterior. El magnetismo que conservan es tanto más pequeño cuanto más blando es el hierro y más pequeño el roce molecular y se denomina magnetismo remanente.

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Las líneas de fuerza se desplazan del polo sur al polo norte por el interior de la barra y del polo norte al polo sur por el espacio exterior.

Dirección de las líneas de fuerza

Un circuito ferromagnético no tiene sitio más que para un determinado número de líneas de fuerza. Si se sobrepasa este número, se obtiene hierro saturado magnéticamente. Si el conductor es circular, el campo toma la dirección y sentido que se muestran en la siguiente figura.

Sentido del campo en un conductor circular

FLUJO MAGNÉTICO

El número total de líneas de fuerza que pasan por una sección transversal de un material magnético cualquiera, se denomina flujo magnético y se representa con la letra griega F.

INDUCCIÓN MAGNÉTICA

Se denomina inducción magnética o densidad de flujo, al número de líneas de fuerza por centímetro cuadrado que atraviesan un plano perpendicular a la dirección del campo magnético y se calcula:

B = F / A

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Siendo su unidad de medida el Gauss; Maxwell / cm² (sistema C.G.S), o bien Weber / m² (sistema M.K.S).

FUERZA MAGNETOMOTRIZ

Campo magnético alrededor de una bobina por la que circula corriente

Una forma de construir elementos activos muy utilizados en electrónica, consiste en arrollar un alambre conductor de corriente eléctrica sobre un núcleo de material ferromagnético. Al circular corriente por el bobinado, se producen características magnéticas adicionales, que origina una fuerza magnetomotriz en el núcleo del conjunto.

Cuanto mayor sea el número de espiras que se arrollan, una junto a otra, mayor será la fuerza del campo magnético. Si se mantiene constante el número de espiras y se incrementa la circulación de corriente, ocurre algo similar.

La fuerza magnetomotriz, es directamente proporcional al producto de la intensidad de la corriente por el número de espiras de la bobina:

F = N . I y se mide en Ampers – Vueltas

INTENSIDAD DEL CAMPO MAGNÉTICO

Si en un circuito magnético, se suman todas las caídas de potencial a lo largo del circuito cerrado que forma el mismo, se verifica que dichas sumas dan como resultado la fuerza magnetomotriz que actúa sobre dicho circuito.

Se entiende por intensidad de campo magnético, a la caída de potencial por unidad de longitud, se representa con la letra H.

PROPIEDADES DE LOS CIRCUITOS MAGNÉTICOS

PERMEABILIDAD

La permeabilidad, es la medida de la facilidad con que las líneas de fuerza magnética pueden pasar a través de un material. En los materiales no magnéticos la misma es igual a 1, mientras que en los materiales magnéticos es una cantidad variable que depende de la densidad de flujo.

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Los buenos materiales magnéticos tienen un valor alto de permeabilidad. La mima se calcula a partir de la expresión m = B / H, siendo su unidad de medida el Gauss / Oersted

RELUCTANCIA

Reluctancia es la oposición que ofrece un material al paso de las líneas magnéticas. Su valor para los materiales magnéticos no es constante, sino que

varía con la densidad de flujo. Su símbolo es la letra de escritura R

Numéricamente se puede calcular su valor como:

R = F / FSiendo su unidad de medida en la práctica: Ampers-metro / Weber.

LAMINACIONES

CIRCUITO MAGNÉTICO SIMPLE

Se observan los aspectos constructivos de un transformador con núcleo toroidal.

En un circuito magnético simple sin entre hierro, el flujo sigue un camino cerrado. El núcleo anular de hierro, constituye un ejemplo de circuito magnéticos simple. Se construye con un anillo de compuestos artificiales de ferrita, sobre el que se bobinan los arrollamientos primario y secundario del transformador.

Exceptuando una pequeña pérdida, todas las líneas del flujo permanecen completamente dentro del núcleo. Como no hay flujo que entre o salga del núcleo, no tiene polaridad.

CIRCUITO MAGNÉTICO SERIE

Cuando se coloca una cantidad de partes una tras otra, para cerrar un circuito magnético, tal los casos de los motores eléctricos, (motor / estator) o los relés, (núcleo / escuadra / armadura. Las líneas magnéticas, deben pasar desde un extremo al otro del circuito, incluyendo los entre hierros (espacios de aire) del imán, para cerrar un circuito magnético serie.

La reluctancia total del circuito magnético serie es:

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R ts = R 1 + R 2 + R 3 ; etc.

Circuito magnético serie de un relé . Núcleo / inducido / pivote.

CIRCUITO MAGNÉTICO PARALELO

Existen muchos tipos de circuitos paralelo, uno de ellos es el que se forma cuando se construyen los núcleos de transformadores sin entre hierro, el imán permanente de altavoz o el núcleo del generador bipolar.

Circuito magnético paralelo de un transformador, con núcleo sin entre hierro.

La reluctancia total de un circuito magnético paralelo es:

R tp = _________1__________ ; etc.

1/ R 1 + 1/ R 2 + 1/ R 3

CLASIFICACIÓN DE LOS MATERIALES MAGNÉTICOS

MATERIALES FERROMAGNÉTICOS

Son aquellos que se magnetizan fuertemente en la dirección del campo magnético. y tienen valores altos de permeabilidad. Hierro, acero, níquel, cobalto, magnetita y aleaciones de Heusler, Permalloy y alnico.

MATERIALES PARAMAGNÉTICOS

Son aquellos que se magnetizan muy débilmente en la dirección del campo magnético, siendo su permeabilidad mayor que 1. Aluminio, platino, oxigeno, cromo y manganeso.

MATERIALES DIAMAGNÉTICOS

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Son aquellos que se magnetizan muy débilmente, pero en dirección opuesta al campo magnetizante, siendo su permeabilidad menor que 1. Bismuto, antimonio, cobre, mercurio, cinc, oro y plata.

ALEACIONES

Ferrito: Nombre genérico, con que se denominan las sales de la fórmula FeO2M derivadas del óxido férrico.

Ferroaleación: Aleación de hierro con otros cuerpos tales como silicio, manganeso, aluminio, etc.

Ferrocromo: Material que se obtiene por reducción, en el altos hornos, por reducción reducción del hierro cromado con adición de mineral de hierro.

Ferroníquel: Aleación de hierro con níquel. En combinaciones determinadas se distingue por su amplia permeabilidad magnética.

Carrera: Técnico ElectrónicoEspecialidad: Sistemas de Control / automatización

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PROFESOR: Ing. José SCHMIDT

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