El principio fsico segn el cualuna de las partculas atmicas,el electrn, presenta una cargaa la que por convencin se leconsidera negativa, constituye elfundamento de una de las fuentesde energa ms importantes de lavida moderna: la electricidad. Eneste captulo, de nivel bsico, seexplican las seis principales formasde generacin de electricidad:por friccin o induccin, por reaccinqumica, por presin, por calor,por luz y por magnetismo. Ytambin se aprovechan las explicacionespara sugerir algunos experimentos.Si bien la electricidad fue conocidapor los antiguos griegos aproximadamenteen el ao 600 AC,cuando Tales de Mileto observque el mbar adquiere la propiedadde atraer objetos ligeros al serfrotado, el primer estudio cientficode los fenmenos elctricos fuepublicado en 1600, por William Gilbert,un mdico britnico que utilizel trmino elctrico (del griegoelektron, que significa mbar)para referirse a la fuerza que ejerceesa sustancia al ser frotada, yquien tambin estableci la diferenciaentre las acciones magnticay elctrica.En esa poca, an no estabantotalmente sentadas las bases dela revolucin cientfica de la quesurgira la fsica clsica, y que tomaraforma definitiva en el sigloXVIII, con Isaac Newton, quien estableciuna serie de principiosque daran base al mtodo cientfico.No obstante, a partir de entoncesse produjeron avances importantesque culminaran en el sigloXIX, cuando diversos investigadoresdesarrollan toda la base terico-prctica para la generacin,aprovechamiento y distribucin dela electricidad, y que tendran comopunto final el establecimientode las primeras redes de distribucinde fluido elctrico hacia loshogares y la industria (figura 1).FORMAS DE GENERARELECTRICIDADBsicamente, existen seis formasdiferentes de generar electricidad,aunque slo algunas pueden considerarsefuentes eficaces de energa.Lo caracterstico en todas esque hay que liberar los electronesde valencia a partir de otra fuentede energa para producir el flujoelctrico; sin embargo, no es necesarioanalizar esta fundamentacinpara entender el tema centraldel presente captulo.Las formas en que la electricidadpuede ser generada son las siguientes:por friccin o induccin,por reaccin qumica, por presin,por calor, por luz y por magnetismo.ELECTRICIDAD POR FRICCINO INDUCCINYa mencionamos que la friccinentre materiales como forma deproducir electricidad, fue descubiertadesde la antigua Grecia. Pormera casualidad, Tales de Miletoobserv que al frotar en la piel delos animales una pieza de mbar,sta adquira la propiedad deatraer pequeos trozos de virutasde madera.Actualmente, sabemos quecuando dos cuerpos se frotan entres, uno de ellos cede electronesal otro. Es decir, mientras deuno de esos cuerpos se desprendentales partculas subatmicas,el otro las recibe; como resultado,el primero queda con dficit deelectrones y el segundo con exceso.Cuando un tomo tiene dficitde electrones, la carga total delmaterial es positiva; cuando tieneexceso de electrones, el materialadquiere una carga total negativa(figura 2). Para comprobar este fenmeno,frote varias veces en sucabeza un globo inflado; notarque ste puede atraer pequeostrozos de papel o mantenerse adheridoa la pared por tiempo indeterminado(figura 3). Otro experi-Captulo 15Captulo 1Principios de Generacin de la ElectricidadFig. 1mento consiste en peinarse el cabelloseco, estando frente a un espejoy dentro de un cuarto oscuro;luego de pasar varias veces el peine,podremos observar que se producenchispas luminosas; esto sedebe al efecto de desplaza-mientode cargas.Conforme a lo que acabamosde explicar, la electricidad se producepor el paso de los electronesde un material a otro; es decir, porefecto de la friccin. Por lo tanto,se le conoce comoelectricidad esttica.Uno de los mediosms conocidos paragenerar grandes cantidadesde electricidadesttica, es la Mquinade Wimshurst (figura 4).Este aparato consisteen dos discos plsticoscolocados frente a frente,que giran en sentidosopuestos; sobre unode ellos se encuentranvarias laminillas conductoras.La mutua influenciaejercida, origina un desplazamientode cargas.La carga elctrica delos discos es recuperadamediante un par deelectrodos, los cuales secolocan de modo queestn en contacto conla superficie del discoque tiene las laminillas;cuando la cantidad decarga acumulada en lasuperficie de los discos es grande,se llegan a producir arcos elctricosentre las terminales externasdel dispositivo.ELECTRICIDAD PORREACCIN QUMICAUna de las formas ms eficientesy ampliamente utilizadas para generarelectricidad, es la de lasreacciones qumicas. Como ejemplo,tenemos las pilas y bateras utilizadasen equipos porttiles, radios,automviles, etc.; se puededecir que una pila es un medioque transforma la energa qumicaen elctrica, ya que est formadapor un electrolito (que puede ser lquido,slido o de pasta), un electrodopositivo y un electrodo negativo.El electrolito, una sustancia qumica,reacciona con los electrodos,de tal forma que a uno deellos llegan los electrones liberadospor la reaccin -hacindose negativo-,mientras que el otro, habindolosperdido, adquiere carga positiva(figura 5). Esta diferencia decargas entre los dos electrodos seconoce como diferencia de potencial.Si se conecta un cableconductor externo que los comunique,la diferencia de potencial originaun camino por el que los electronesdel electrodo negativo pasanal electrodo positivo. Precisamente,al desplazamiento de loselectrones a travs de un conductorse le conoce con el nombre decorriente elctrica (figura 6). Bsicamente,podemos hablar dedos tipos de pilas: primarias y secundarias.En el caso de las primarias,la sustancia qumica utilizadase transforma lentamente en sustanciasdiferentes; y es que, a causade la reaccin qumica que liberalos electrones, el electrolitono puede transformarse en la sustanciaoriginal que era antes desuceder aqulla (es cuando se diceque las pilas se han descarga-Principios de Generacin de la Electricidad6Fig. 2Fig. 3Fig. 4Fig. 5do). Las pilas de este tipo tambinreciben el nombre voltaicas.Por su parte, las pilas secundarias,bateras o acumuladores, tienenla caractersticade que en ellas el electrolitos puede ser reconvertidodespus deutilizarse en las sustanciasoriginales; para lograrlo,basta con pasara travs de l una corrienteelctrica, peroen sentido contrario alde su operacin normal(esto es a lo que sellama recarga de lapila).COMPONENTES YAPLICACIONES DELAS PILASUna de las pilas primariasms comunes esla Leclanch o pila seca,inventada en losaos 60 por el qumicofrancs Georges Leclanch.El electrolitoconsiste en una pastade cloruro de amonio ycloruro de zinc. Una lminaque se empleacomo el electrodo negativo,sirve tambincomo envase, y estconstruida con base enzinc; el electrodo positivoes la combinacinde una barra de carbonocon dixido de manganesio,y al momentode combinar los treselementos, se obtienenaproximadamente 1,5volts entre la terminalcentral y el envase (figura7).Otro ejemplo de pilaprimaria, es aquella quese utiliza en equipos pequeos(tales como losrelojes de pulso digitales).En esta pila -conforma de disco cilndrico-,el electrolito es unasolucin de hidrxidode potasio, el electrodopositivo se hace con xido de mercurioy el electrodo negativo conzinc. La pila de este tipo, conocidacomo batera de mercurio, generaaproximadamente 1,34 volts(figura 8).Por lo que se refiere a la pila secundariao acumulador (que comoya se dijo puede ser recargadaal invertir la reaccin qumica), cabemencionar que fue inventadaen 1859 por el fsico francs GastonPlant. Est formada por un electrolitode cido sulfrico y agua,con electrodos de plomo y xidode plomo; internamente, estconstituida por un conjunto de pilasindividuales conectadas en serie(figura 9). Las pilas secundariaslas encontramos en automviles,aviones y en sistemas de almacenamientode energa elctrica defuentes de energa alternativa;ejemplo de estas ltimas, son lospaneles solares o los generadoresmovidos por viento.FABRICACIN DE UNAPILA PRIMARIAPara fabricar una pila primaria,se requiere solamente de un limngrande, una laminilla de cobre yuna zinc, ambas de 5 x 1 cm. Lonico que hay que hacer es insertarlas laminillas, una en cada caradel limn, procurando que entrenlo ms profundamente posible perosin llegar a tocarse.Con ayuda de un voltmetro, sepuede comprobar fcilmente ladiferencia de potencial que existeentre las laminillas. La terminal negativase forma en el electrodo dezinc, mientras que la terminal positivaen el de cobre; el electrolitode nuestra pila es precisamente elCaptulo 17Fig. 6Fig. 7Fig. 8Fig. 9cido ctrico que contiene el zumode limn. Vea la figura 10.ELECTRICIDAD POR PRESINLos materiales piezoelctricosson aquellos que liberan electronescuando se les aplica una fuerza.Su nombre se deriva del trminogriego Piezo, que significa presin.Cuando se aplica la fuerza sobreel material, los electrones son obligadosa salir de sus rbitas y sedesplazan hacia el punto opuestoa aquel en que se est ejerciendola presin; cuando sta cesa, loselectrones regresan a los tomosde donde proceden.Sustancias como las salesde Rochelle y las cermicasde titanato debario, son especialmenteefectivas para generarste efecto.El punto momentneamenteabandonadopor los electrones acausa de la aplicacinde la fuerza, se tornaentonces positivo; porcontra, el extremo ms alejado del se hace negativo: surge as entreambos una diferencia de carga (figura11).Los materiales piezoelctricos secortan en formas especiales, demodo que sea posible controlar lospuntos en donde existe la diferenciade potencial. Este efecto seaprovecha para generar sealeselectrnicas de audio en los micrfonosde cristal, los cuales estnformados por un cristal piezoelctricosobre el que se coloca unatapa que lo deforma conforme alas variaciones de los sonidos quelogran desplazarla. Aos atrs, loscristales piezoelctricos se utilizabanpara recuperar la msica grabadaen forma desurcos en los discosde acetato negro (figura12).Adems, los materialespiezoelctricostienden a deformarsecuando se lesaplica un voltaje. Estefenmeno es explotadopara generarseales electrnicasde una frecuenciafija y altamente estable.ELECTRICIDAD POR CALORCuando se aplica energa calorficaa determinados metales, stosaumentan el movimiento cinticode sus tomos; as, se origina eldesprendimiento de los electronesde las rbitas de valencia. Otrosmetales, se comportan de manerainversa.Supongamos que un metal delprimer tipo es unido superficialmentea un metal de comportamientocontrario, y que se les aplicacalor. Mientras que uno sercada vez ms positivo conformese vayan liberando sus electrones,el otro -que los absorbe- se harmuy negativo al almacenar cargasnegativas.Tras retirar la fuente de calor, losmetales se irn enfriando y entonceslos electrones extras que fueronde momento alojados por unode los metales, regresarn al de suprocedencia. Cuanto ms calor seaplique a la unin de esos metales,mayor ser la cantidad de cargaelctrica que pueda producirse. APrincipios de Generacin de la Electricidad8Fig. 10Fig. 11Fig. 12ste fenmeno se le conoce comotermoelectricidad.A aquellos dispositivos formadospor la unin de dos metales y quepresentan el efecto de termoelectricidad,se les denomina termopar(figura 13).El fenmeno de la termoelectricidadpuede ser fcilmente comprobadomediante un sencillo experimento.Haciendo uso de unalambre de cobre y uno de zinc,hay que formar una trenza deaproximadamente 30 cm de largo;se deben dejar libres unos 5 cm decada alambre. Enseguida, conuna vela, se calienta el principiode la trenza; finalmente, con unvoltmetro se mide la diferencia depotencial en los extremos que sedejaron libres. En aplicaciones realesse unen varios dispositivos termopar,en circuitos serie/paralelo,para aumentar la cantidadtotal de corriente yde voltaje. Este dispositivo,en su conjunto, esconocido como termopila.En general, podemosdecir que las termopilastransforman laenerga calorfica enenerga elctrica.ELECTRICIDAD POR LUZEl efecto fotoelctricoconsiste en la liberacinde electrones de un material,cuando la luz incide sobre ste.El potasio, el sodio, el cesio, elselenio, el sulfuro de plomo, el germanio,el silicio y el cadmio, son algunosde los materiales que presentantal caracterstica.Aplicaciones del efectofotoelctricoAl efecto fotoelctrico se le puedendar tres distintas aplicacionesen electrnica:a) Fotoionizacin. La luz aumentala conduccin que se realiza delctodo a la placa de una vlvulade gas (bulbo), debido a la ionizacin(liberacin de los electronesde valencia del gas contenido).b) Efecto fotovoltaico. Al producirsecargas en los extremos de losmateriales semiconductores, se originauna diferencia de potencial(como en el caso de las pilas).c) Efecto de fotoconduccin.Puesto que son liberados los electronesde materiales cristalinos(que normalmente presentan altaresistencia elctrica), aumenta suconductividad y disminuye su resistenciaelctrica al paso de la luz(figura 14).Fue en 1905, cuando el fsico alemnAlbert Einstein propuso por primeravez una teora que explicabade manera satisfactoria el efectofotoelctrico. Su teora seala quela luz est formada por fotones (esdecir pequeos paquetes de energa),los cuales chocan contra lasuperficie de las sustancias; si tienensuficiente energa, sern capacesde liberar a los electronesde valencia del material y, porconsecuencia, provocarn excesosy dficit de cargas.El efecto fotovoltaico se explotapara generar electricidad, medianteCircuitos de ElectronicaEnigmaelectronica.tk 27Filtro pasa-bajos para sub-woofer activoEste sistema es ideal para reforzar los sonidos de baja frecuencia en nuestro equipo deaudio o conjunto de televisin de calidad.El mismo esta compuesto por una red sumadora la cual combina las seales de audioprovenientes de los canales izquierdo y derecho. Luego, un amplificador de gananciaregulable permite ajustar la cantidad de amplificacin extra que se le dar a la sealresultante.Seguido una red de RC combinada efecta el filtrado, dejando pasar solo lasfrecuencias predefinidas. Con las tres resistencias de 27K (marcadas con asteriscosentre parntesis) se obtiene un filtro que corta en los 60Hz.Sustituyendo estas resistencias por otras de 22K el corte se efectuar en los 75Hz. Encambio, si las reemplazamos por resistencias de 18K el punto ser en los 100Hz.Resistencias de 15K establecen la frecuencia en 125Hz y por ltimo, con 12K seobtiene un filtro que corte en 150Hz. Siempre el mismo valor para las tres resistencias.El ltimo amplificador, medio NE5532, se comporta como buffer de salida.La alimentacin de este sistema es simtrica, de +/- 12V con un consumo de 300mAmximo. En ambos circuitos integrados se omiti la alimentacin para simplificar almximo el esquema elctrico.En el caso del TL074 la alimentacin positiva ingresa por el terminal 4 y la negativa porel terminal 11. En tanto, el positivo ingresa al NE5532 por su terminal 8 y la negativapor el terminal 4.Tanto las entradas como las salidas son a nivel lnea. La impedancia de entrada estpica, 47K y la impedancia de salida es infinita.Circuitos de ElectronicaEnigmaelectronica.tk 28Distorsionador FUZZ para guitarra elctricaTodos sabemos que para grabar una guitarra criolla (o tradicional) basta con acercar unmicrfono de buena calidad para poder captar el sonido.Pero en las guitarras elctricas la forma de hacer salir sonido requiere el uso de unamplificador, el cual debe ser excitado por medio un previo adecuado.En esta ocasin presentamos un proyecto (basado en un circuito de CEKIT) en el cualno solo se propone un buen Preamplificador sino que, adems, se da la posibilidad dealterar el tono (mas grave o agudo) y de distorsionar el sonido (efecto fuzz) haciendoparecer que se est empleando un viejo amplificador valvular.Para nuestro prototipo empleamos un amplificador operacional integrado doble el cualusaremos por un lado para hacer las veces de previo y, por el otro, para efectuar ladistorsin en s de la seal de audio. Dotamos al sistema, adems, de un interruptorque permite anular el efecto fuzz, dejando pasar intacta la seal de entrada.La seal ingresa desde la guitarra o bajo por medio del conector marcado como IN.Pasando a travs del capacitor y la resistencia ingresa a la primera seccin del circuitointegrado LM358 el cual acta como previo.El conjunto RC conectado entre la salida (pin 1) y la entrada inversora (pin 2) actacomo realimentador, desde donde se toma una muestra de la seal para efectuar elcontrol de la tonalidad.A la salida la seal ingresa a la segunda mitad del integrado, donde hay otrooperacional. Adems va a la llave selectora que permite utilizar o anular el efecto fuzz.En este caso el circuito de realimentacin incluye un par de diodos en paralelo opuestoque se encargan de recortar la seal. La magnitud de la seal recortada depende delcursor del potencimetro de 50K, el cual acta como regulador de efecto. La salida deeste amplificador (pin 7) se aplica a la otra terminal de la llave selectora de efecto, cuyopunto medio se inyecta al potencimetro que establece el nivel de la seal de salidaque finalmente saldr hacia la etapa de potencia.Circuitos de ElectronicaEnigmaelectronica.tk 29El circuito se alimenta de una batera de 9v del tipo comercial, aunque tambin se lopuede alimentar con un adaptador AC/DC.En este caso se recomienda usar uno de buena calidad que est bien filtrado para queno induzca ruidos en la seal.Dado que internamente el circuito trabaja con fuente partida se ha dispuesto un par deresistencias (las de 100K) en serie de cuya unin central se obtienen los 4.5V dereferencia.Circuitos de ElectronicaEnigmaelectronica.tk 30Mezclador para 5 micrfonos y 2 auxiliaresEste circuito permite combinar en una nica seal cinco micrfonos dinmicos de bajaimpedancia y dos entradas auxiliares, que bien pueden ser micrfonos del tipo electreto entradas ya amplificadas como las provenientes de un reproductor o un receptor.El circuito es bien simple y est formado por una etapa preamplificadora realimentada,en cuya entrada se ha colocado una red sumadora de siete seales.Originalmente pens este circuito para utilizarlo en una consola de exterioresconectada a un hbrido telefnico. Por ello tantos micrfonos y tan solo dos auxiliares.En uno de los auxiliares conecte un micro electret el cual capta muy bien el ruidoambiental y en la otra entrada, por medio de una resistencia de 100K en serie que noaparece en el diagrama, conecte un handy que permite entrar al aire a un relator quese encuentra lejos de donde la consola. El rendimiento del circuito es muy bueno, dadoque solo necesita 12V para su alimentacin puede ser alimentado tanto desde unabatera como de una fuente.El consumo es extremadamente bajo (ronda los 10mA) y la calidad de audio es muybuena. Obviamente, por tratarse de algo a utilizarse por telfono se lo ide enconfiguracin mono, pero nada impide montar dos circuitos idnticos conpotencimetros duales y hacerlo estreo.Circuitos de ElectronicaEnigmaelectronica.tk 31En las entradas de micrfono es recomendable usar fichas hembras