Enciclopedia Basica de Saber Electronica

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ISBN: 987-1116-10-1

Coordinado por: Ing. Horacio D. Vallejo

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EDITORIAL QUARK S.R.L.Herrera 761/63 (1295) Buenos Aires, ArgentinaTel./fax: (0054-11) 4301-8804

Director: Horacio D. Vallejo

Impresin: Talleres Grficos OFAN S.R.L, Bs. As., Argentina - abril 2003.

Distribucin en Argentina: Capital: Distribuidora Cancellaro e Hijo SH, Gutemberg 3258, Buenos Aires - Interior:Distribuidora Bertrn S.A.C., Av. Vlez Sarsfield 1950, Buenos Aires Distribucin en Uruguay: Rodesol SA, Ciudadela, Montevideo.Distribucin en Mxico: Saber Internacional SA de CV, Hidalgo 7A, Ecatepec de Morelos, Ed. Mxico, Mxico, (0155)5787-8140Distribucin en Colombia, Venezuela, Ecuador, Per, Paraguay, Chile y Centroamrica: Solicitar distribuidor al(005411)4301-8804 o por Internet a:

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ISBN Obra Completa: 987-1116-10-1ISBN Tomo: 987-1116-11-X

Prlogo

La Enciclopedia de Electrnica Bsica, es una obra de 6tomos acompaada de CDs MULTIMEDIA y bibliografa adi-cional que se puede bajar gratuitamente desde Internetcon las claves dadas en diferentes prrafos de cada tomoy de los CDs.

La Enciclopedia tiene como objeto mostrar las bases, le-yes y postulados de la electricidad y la electrnica ade-ms de introducir al lector en esta disciplina que abarcavarias ramas ya sea en la electrnica analgica como enla digital.

A lo largo de los 6 tomos aprender qu es la electricidad,qu es la electrnica, circuitos, leyes, construccin deprototipos, montajes, diseo de circuitos, armado de pla-cas, construccin de circuitos impresos, programacionesbsicas, etc.

Tendr abundante material de consulta que no puede fal-tar de su biblioteca. La obra est dirigida a todo el pblicoen general interesado en aprender electrnica bsica ysaber cmo se manejan los instrumentos (multmetro, os-ciloscopio, generador de funciones, inyector de seales,analizador dinmico, fuente de alimentacin, etc.) perosobre todo est orientado a estudiantes, aficionados y do-centes, dado que cada tema se explica desde el comienzo,presumiendo que el lector no posee conocimientos pre-vios de la especialidad. La Enciclopedia se complementacon CDs y bibliografa adicional a la que puede accederpor Internet dirigindose a: www.webelectronica.com.ar.Debe hacer click en el cono PASSWORD y luego ingresarlas claves que se dan en los CDs.

Nota de Redaccin: Esta enciclop[edia posee temas quese desarrollan tambin en el CD Enciclopedia Visual de laElectrnica y en Teora Servicio y Montajes. Esto es asporque los postulados de la electrnica son siempre losmismos y empleamos igual bibliografa para cada caso.Sin embargo, en la medida que avanza la obra, notar quela que est leyendo en estos momentos est dirigida aque Ud. aprenda electrnica mientras que Teora, Servi-cio y Montajes est orientada a los tcnicos reparadores.Por otra parte, en los CDs de esta Enciclopedia encontrarabundante material prctico que no posee la Enciclope-dia Visual. Por lo dicho, aclaramos que son tres produc-tos creados con diferentes objetivos aunque algunos delos temas tratados sean los mismos.

22 Curso de Electrnica Bsica de Saber Electrnica

Indice y Prlogo

INDICE

Qu es la Electricidad y Qu es la ElectrnicaQu es la Electrnica........................................3Introduccin.......................................................3Orgenes de la Electrnica................................3Definicin y Objeto de Estudio de la Electrnica ..................................4Diferencia Entre Aparato Elctrico y Aparato Electrnico...........................................5Un Acercamiento a la Historia de la Electricidad........................................................5

Las Bases de la ElectrnicaEstructura Atmica ............................................8Corriente Elctrica...........................................10Resistencia Elctrica.......................................10Clasificacin de los Resistores........................11Cdigo de Colores para Resistores ................12Pilas y Bateras ...............................................13

Conduccin de la Corriente ElctricaConductores y Aislantes..................................14Tipos de Conductores .....................................15Campo Elctrico y Corriente Elctrica ............17La Corriente Elctrica......................................19

ResistenciaIntroduccin.....................................................20La Ley de Ohm ...............................................21

Contenido del CD Enciclopedia de Electrnica BsicaProgramas ACROBAT READER y WINDOWS MEDIA PLAYER...........................24Video Presentacin .........................................24Enciclopedia Visual Parte 1 ............................24Curso de Electrnica con Prcticas ................2480 Montajes.....................................................24Video Manejo del Multmetro ........................24Programas.......................................................24Utilitarios..........................................................24

QU ES LA ELECTRNICAIntroduccin

El curso de la humanidad ha tenido un cambio radical con el desarrollo tecno-lgico propiciado por la expansin de la electrnica y, en especial, por el creci-miento masivo de las comunicaciones.Durante mucho tiempo los nicos medios de transporte fueron el barco y la ca-rroza; slo a travs de ellos era posible la comunicacin que se limitaba a fuen-tes orales y escritas. Y como el desarrollo cultural de las naciones es paraleloal incremento cualitativo de los medios de comunicacin, resultaron muy lentoslos cambios polticos, sociales y cientficos en los siglos en que la electrnicaan no exista.

En la actualidad, los medios de comunicacin se handiversificado notablemente y con frecuencia surgennuevas posibilidades. De esta manera, el telfono, laradio, la televisin, el fax y la red mundial internetconstituyen claros ejemplos de ello, ya que todos sesoportan por complejas redes de cable y fibra ptica,por satlites, antenas parablicas y sistemas compu-tarizados (figura 1). Los conocimientos y noticias hoypueden difundirse por todo el mundo en cuestin desegundos, y toma unas horas recibir datos de otrosplanetas, puesto que existen naves espaciales -con-troladas por computadoras- que envan a la Tierra in-formacin sobre sus viajes; tal es el caso de las fa-mosas sondas Voyager y del Viking 2, este ltimo en-viado al planeta Marte en 1976. Tenemos pues, la for-tuna de vivir en una poca de constantes avancescientficos, en la que surgen tecnologas que inducenla creacin de nuevas corrientes; stas a su vez mo-difican la cultura en todo el mundo, y todo gracias ala aplicacin de la electrnica.

Orgenes de la Electrnica

Es indudable la importancia que tiene la electrnicaen la actualidad (figura 2).

Exactamente de qu se ocupa esta disciplina?La electrnica es una subdivisin de la electricidad (asu vez una rama de la Fsica), que se origina hacia fi-nes del siglo XIX con la realizacin de experimentosy observaciones sobre el comportamiento de loselectrones en el vaco.En efecto, el origen de la electrnica puede ubicarsehacia 1883, cuando el inventor estadounidense Tho-mas Alva Edison descubri la emisin termoinica enlos filamentos de las lmparas incandescentes. Ob-serv que en su lmpara incandescente haba unpunto sobre la superficie del vidrio que se calentabams que otras zonas. En este punto coloc, en el in-

Curso de Electrnica Bsica de Saber Electrnica 33

Qu es la Electricidad y Qu es la Electrnica

Vivimos en una poca de cons-tantes avances cientficos, en

la que surgen tecnologas queinducen a la creacin de nue-vas corrientes, stas a su vez

modifican la cultura y todo de-bido a la aplicacin de la elec-

trnica en sus diferentes ra-mas.

Figura 1

Figura 2

terior de la lmpara, una pequea placa de metalunida a un cable conductor, y luego se le ocurri co-nectar ste al polo positivo de la batera; finalmen-te observ que a travs del cable circulaba una co-rriente. A este fenmeno le llam emisin termoi-nica porque crea que por efectos del calor se pro-ducan iones negativos (electrones) que eran atra-dos hacia la placa positiva.En 1905, el investigador ingls John Ambrose Fle-ming aplic el efecto termoinico en sus experi-mentos, dando origen a un tubo de vaco llamadodiodo. Este dispositivo estaba formado por tres ele-mentos: un filamento que generaba calor, un cto-do revestido de un material que permita una mayorproduccin de electrones, y una placa. El diodo de-jaba fluir la corriente elctrica desde el ctodo ha-cia la placa pero nunca en sentido opuesto. Ms adelante, en 1906, el estadounidense Lee deForest aadi un tercer electrodo (rejilla) con el quese poda controlar el flujo de corriente entre el no-do y el ctodo. Este dispositivo recibi el nombre detriodo. El diodo elaborado por Fleming, con el que se ha-ca que la corriente circulara en un solo sentido, noslo fue vital en la conversin de la corriente alter-na en directa, sino que tambin marc el inicio dela tecnologa electrnica. Por su parte, el triodo rea-lizado por Lee de Forest permiti la construccindel amplificador de los circuitos osciladores que a lapostre sera la base de las telecomunicaciones porondas de radio. Por esta razn, a Edison, Flemingy Lee de Forest se les considera precursores de laelectrnica; les sucedieron numerosos cientficos einvestigadores, cuya tarea fue seguir experimen-tando en este vasto campo (figura 3).

Definicin y Objeto de Estudio de la Electrnica

Por su origen, la electrnica puede definirse como:"La ciencia que estudia el comportamiento de los electrones cuando s-

tos viajan a travs de tubos al vaco o de gases raros".Sin embargo, bajo una conceptualizacin moderna, puede decirse que la elec-trnica es:El campo de la ingeniera que estudia el aprovechamiento del flujo deelectrones en dispositivos semiconductores, para generar, recibir, alma-cenar y transmitir informacin en forma de seales elctricas". Esta informacin, a su vez, consiste en imgenes (como las de un televisor ocmara de video), sonidos (como los de un receptor de radio) y datos (como losde las computadoras).Cmo un flujo de electrones puede transmitir informacin?El flujo de electrones (corriente elctrica) que circula a travs de los dispositi-vos que forman un aparato electrnico, genera diversos fenmenos; por ejem-plo, el choque de electrones sobre una superficie de fsforo provoca emisinde luz (principio en el que se basa el funcionamiento de los televisores). La in-



Puede decirse que la electrnicanace con el descubrimiento de laemisin termoinica.

El diodo elaborado por Fleming en1905, con el que se haca que lacorriente circulara en un solo sen-tido, no slo fue vital en la conver-sin de la corriente alterna en di-recta, sino que tambin marc elinicio de la tecnologa electrnica.

Figura 3

teraccin entre un campo magntico generado por el movimiento de los elec-trones a travs de un conductor y el campo magntico de un imn en las boci-nas, es aprovechada para generar un movimiento vibrante en el cono rgido deestas mismas; a su vez, el cono transmite la vibracin al aire para as generarel sonido. El flujo intermitente de electrones entre los diversos dispositivos deuna computadora (como si fuera clave Morse), permite la transmisin de datos,etc. (figura 4). No obstante, para que ocurran estos fenmenos es necesario modificar las ca-ractersticas de la corriente elctrica, tal como se estudiar a lo largo del curso.

Diferencia Entre Aparato Elctrico y Aparato Electrnico

Pensemos primero en un aparato elctrico (una plancha, una licuadora o unaaspiradora); luego intentemos compararlo con un aparato electrnico (una vi-deograbadora, un televisor o una computadora). La diferencia entre ambas cla-ses de aparatos radica sencillamente en la funcin que cumplen. En efecto,mientras que un aparato elctrico tiene como objetivo producir un trabajo me-cnico o irradiar energa en forma de luz o calor, la funcin primordial de unaparato electrnico es procesar informacin. Y aunque los dos requieren de laelectricidad para funcionar, no hay lugar a dudas de que son completamentedistintos.

En qu consiste esa diferencia?Un aparato elctrico, bsicamente, aprovecha la energa o potencia que le su-ministra una carga elctrica, para -como ya se mencion- ejecutar un trabajomecnico o producir luz o calor, en tanto que un aparato electrnico fundamen-talmente aprovecha las cualidades de la corriente elctrica para convertir, trans-portar y procesar informacin (figura 5).De lo anterior podemos deducir que la electrnica como parte de la electricidadtiene un campo de estudio bien delimitado, aunque las dos reas estn relacio-nadas con el estudio del comportamiento de las cargas elctricas. Especficamente, la electricidad se ocupa del estudio de la corriente elctrica

(esto es, su generacin, distribucin y aprove-chamiento directo), mientras que la electrni-ca es la ciencia que aprovecha la mismaenerga elctrica pero ya procesada en formade seales de audio, video, etc.Precisamente porque la electrnica es partede la electricidad, en este tomo y en algunosposteriores se analizan algunos fenmenoselctricos.

Un Acercamiento a la Historia de la Electricidad

La electricidad es un fenmeno asociado alas cargas elctricas y su interaccin entreellas. Cuando una carga es estacionaria o es-ttica produce fuerzas sobre objetos en regio-nes adyacentes, y cuando est en movimien-to produce efectos magnticos. Como tal, la


La electrnica puede definirse co-mo la ciencia que estudia el com-portamiento de los electronescuando stos viajan a travs de tu-bos al vaco o de gases raros.

Figura 4

Figura 5


electricidad es una de las manifestaciones de energa quems beneficios ha dado al ser humano.Con ella ha producido luz, calor, movimiento, sonido, etc,aunque lograrlo no ha sido nada fcil. Tuvieron que pasar2000 aos desde su descubrimiento para que fuera aprove-chada en algo realmente til: el telgrafo, inventado porMorse en el siglo XIX.El resplandor de la antigua Grecia en su perodo clsico,produjo un efecto profundo sobre la cultura en el mbitomundial; incluso, sus alcances perduran en nuestros das.Dentro de sus mltiples contribuciones, se atribuye a losgriegos el descubrimiento de la electricidad; la Historia re-gistra que experimentaron con este fenmeno al frotar unpedazo de mbar (resina fsil de color amarillo) contra lapiel de un animal; observaron que como resultado de estaaccin, el mbar atraa pedazos pequeos de hojas secas y virutas de made-ra.De hecho, el mismo principio puede seguirse para comprobar el fenmeno dela electricidad. As que como experimento, frote una regla de plstico en su ca-bello y luego acrquela a pequeos pedazos de papel; observar cmo sonatrados por ella (figura 6).El trmino "electricidad" proviene de la palabra griega elektrn, que significa"mbar"; pero no fue propuesto por los griegos, sino por William Gilbert en el si-glo XVI. Gilbert, de nacionalidad inglesa, hizo una modesta clasificacin de losmateriales: si al frotarlos atraan pedazos de otros materiales ligeros, los deno-minaba "elctricos"; si no era as, los llamaba como "no elctricos".Despus, en el siglo XVII Charles Du Fay comprob que el vidrio poda atraer,al igual que el mbar, pequeos trozos de materiales ligeros. Sin embargo, tam-bin descubri que a partir de un segundo intento, los materiales mostraban re-pulsin en vez de atraccin hacia elvidrio; entonces dedujo que podanexistir dos clases de electricidad. Astas, el estadounidense BenjaminFranklin las llam finalmente elec-tricidad positiva y electricidad nega-tiva.Para entender correctamente elconcepto de electricidad y las cla-ses propuestas por Benjamin Fran-klin (negativa y positiva), es nece-sario conocer primero los compo-nentes estructurales de la materia,que es de lo que nos ocuparemosenseguida. Le sugerimos que antesconsulte el cuadro 1, donde se des-criben algunos datos relacionadoscon la historia de la electricidad.Hasta aqu hemos dado una pe-quea parte de la historia de laelectricidad y la electrnica. Recuerde que esta enciclopediaest destinada a estudiantes, afi-cionados, docentes y todos losamantes de la electrnica que de-seen tener una obra de consulta



Un aparato elctrico aprovecha laenerga que le suministra una car-ga elctrica, para ejecutar un tra-bajo mecnico o producir luz o ca-lor, en tanto que un aparato elec-trnico aprovecha las cualidadesde la corriente elctrica para con-vertir, transportar y procesar infor-macin .

Figura 6

Figura 7: Se comenzar a publicar la Enciclopedia de Electrnica Bsica, obra que Ud.est leyendo y est destinada a estudiantes, aficionados y docentes. Por otra parte, ya es-t en los mejores puestos de peridicos el fascculo 19 de la enciclopedia Teora, Servicioy Montajes que ensea a realizar el servicio a equipos electrnicos y contiene gran canti-dad de proyectos y montajes (vea en el texto cmo conseguir todos los fascculos de estaobra).

permanente. Por otra parte, tambin les recordamos que Editorial Quark esteditando otra enciclopedia, nos referimos a Teora, Servicio y Montajes queposee 24 tomos, 6 CDs y abundante informacin adicional que se actualiza pe-ridicamente. Esta segunda enciclopedia lo prepara para la reparacin de equi-pos electrnicos y si bien ensea los conceptos de la electrnica en los prime-



Cuadro 1

ros fascculos, se orienta ms a la tecnologa, mantenimiento y servicio de equi-pos de audio, TV, video y comunicaciones. Si bien en los puestos de peridico hoy se encuentra el fascculo 19 de la En-ciclopedia Teora, Servicio y Montajes (vea la figura 7), Ud. puede conse-guir los 18 fascculos y los 3 primeros CDs de la obra por slo $300 M.N. (enMxico) llamando al (0155) 5882-5664 o dejar su mensaje al (0155) 5787-8140para que nos comuniquemos con Ud. (no olvide dejar su telfono, sin importarla localidad de la Repblica desde donde llame) y le enviamos la obra a su do-micilio. En Argentina puede llamar al 4301-8804 y para otros pases puede con-sultar al distribuidor autorizado en www.webelectronica.com.ar

LAS BASES DE LA ELECTRNICA

Estructura Atmica

Atomos: protones, electrones y neutronesLa corriente elctrica es el paso de electrones por un conductor. Dichos elec-trones estn en todas las cosas pero arraigados a la estructura de un tomoconstituyente de un elemento qumico.Para aclarar el tema, digamos que todos los cuerpos estn formados por ele-mentos qumicos (el agua, por ejemplo, est formada por los elementos qumi-cos hidrgeno y oxgeno), y que un tomo es la parte ms pequea a la quepuede ser reducido un elemento qumico.

Constitucin del tomo: Si se pudiera dividir el tomo de un elemento, tendramos pequesimas part-culas que son las que dan a los tomos sus particulares caractersticas. Debemos saber que un tomo de un elemento se diferencia de un tomo deotro elemento en el nmero de ciertas partculas subatmicas que tiene cadauno de ellos, y stos son los electrones. En el centro del tomo est el ncleo, que tiene dos clases de partculas: losprotones y los neutrones; alrededor del ncleo giran los electrones en rbitaselectrnicas, as como ocurre con los planetas que giran en torno al Sol. Unacaracterstica importantsima de los protones y neutrones es que tienen cargaelctrica, vale decir: tienen una energa intrnseca y natural, puesta de manifies-to por las fuerzas que pueden ejercer sobre otras partculas del mismo tipo yque originan fenmenos de atraccin y repulsin entre partculas cargadaselctricamente. Se ha constatado que dos electrones o dos protones se repe-len entre s; es indudable que las dos partculas tienen cargas elctricas de dis-tinto signo: se las denomin carga elctrica positiva (+) al protn y, al electrn,carga elctrica negativa (-). Sin embargo, los neutrones del ncleo son partculas que tienen igual cantidadde carga positiva que de negativa; por lo tanto, tiene un efecto neutro por laanulacin mutua entre los dos, el neutrn no ejerce fuerza elctrica sobre unelectrn o protn y tiene la funcin de separar los protones que estn en el n-cleo. Un tomo es elctricamente neutro y eso quiere decir que la cantidad deelectrones es igual al nmero de protones; ese nmero de electrones se deno-


Las Bases de la Electrnica

La electricidad se ocupa del estu-dio de la corriente elctrica, mien-tras que la electrnica es la cien-cia que aprovecha la misma ener-ga elctrica pero ya procesada enforma de seales de audio, video,etc.

El trmino "electricidad" provienede la palabra griega elektrn, quesignifica "mbar"; pero no fue pro-puesto por los griegos, sino porWilliam Gilbert en el siglo XVI. Gil-bert, de nacionalidad inglesa, hizouna modesta clasificacin de losmateriales: si al frotarlos atraanpedazos de otros materiales lige-ros, los denominaba "elctricos";si no era as, los llamaba como "noelctricos".

Figura 1

mina "NUMERO ATOMICO". Los neutrones tienen intervencin en la masa at-mica, que est prcticamente en el ncleo; el resto es espacio vaco donde loselectrones giran a grandes velocidades (figura 1).

Iones positivos y negativosCuando por cualquier circunstancia un tomo gana o pierde electrones, se di-ce que dicho tomo se ha ionizado. Se denomina ION POSITIVO cuando el tomo tiene ms protones que electro-nes e ION NEGATIVO cuando tiene ms electrones que protones. Como car-gas de distinto signo se atraen, cuando estn cerca iones negativos y positivos,stos se unen, pero tambin puede ocurrir que solamente se desprendan loselectrones que tiene de ms el in negativo y se dirijan hacia el in positivo pa-ra neutralizar su carga. Cuando esto ocurre, se dice que el paso de los electro-nes "neutralizadores de carga" constituyen una CORRIENTE ELECTRICA.

Conductores, semiconductores y aislantesExisten materiales que permiten el paso de los electrones con mayor facilidadque otros. Se denomina conductor de la corriente elctrica a todo aquel mate-rial que ofrece muy poca resistencia al paso de los electrones (cobre, plata, oro,platino, etc.) Un aislante de la corriente elctrica es todo aquel material queofrece una elevada resistencia al paso de los electrones. Existen otros materia-les que, segn como se los trate, se comportan como conductores o como ais-lantes. Dicho de otra manera, son materiales sobre los cuales se puede "regu-lar" el paso de la corriente elctrica; a dichos materiales se los denomina SE-MICONDUCTORES.

Flujo de electronesSe denomina corriente elctrica al paso de los electrones por un conductor dela corriente elctrica (o semiconductor). Su unidad es el ampere (A) y "mide" lacantidad de electrones que atraviesan a un elemento en una unidad de tiempo.Para que pueda establecerse una corriente elctrica tiene que existir algo queimpulse a los electrones a circular de un lado a otro.

Diferencia de potencial, tensin, fuerza electromotrizComo hemos dicho, para que se establezca una corriente elctrica debe exis-tir algo que impulse a los electrones para que se muevan. Por ejemplo, colo-cando iones negativos de un lado de un conductor e iones negativos del otro,se establecer una corriente elctrica que ser ms grande cuanto mayor seala "diferencia de cargas entre los iones". Se dice que para que exista un flu-jo de electrones debemos aplicar "energa al conductor". Cuando la energaproviene de una fuerza del tipo elctrico, se la denomina "fuerza electromo-triz" porque permite el desplazamiento de electrones al desprenderse de lostomos.Esa fuerza electromotriz puede originarla una batera. Ejemplo: el acumuladorde un auto, una pila o un generador para alimentar una ciudad, como los queusan las compaas de electricidad. Estas fuentes de energa tienen 2 termina-les, o polos negativo y positivo, y se dice que existe una tensin elctrica o di-ferencia de potencial, que produce la fuerza elctrica ya mencionada.Consideremos a una tensin o diferencia de potencial como un "desnivel" quedebe existir entre 2 puntos de un conductor para que se produzca un movimien-to de electrones y, entonces, una corriente elctrica (figura 2).Algo parecido es lo que sucede en un ro, para que ocurra un desplazamientode agua: el terreno tiene que estar en desnivel; de una misma forma, si hay unadiferencia de potencial en electricidad, sta es comparable a una diferencia depresin entre 2 extremos de una caera que lleva agua o cualquier fluido, y es



La electrnica es como un lengua-je: quien conoce sus principios,domina sus tcnicas.

Un conductor de la corriente elc-trica es aquel material que ofrecemuy poca resistencia al paso delos electrones (cobre, plata, oro,platino, etc.) Un aislante de la co-rriente elctrica es todo aquel ma-terial que ofrece una elevada re-sistencia al paso de los electro-nes.

Figura 2

producida por una bomba. En la atmsfera, el viento es similar a una corrienteelctrica, que se produce por una diferencia de presin que existe entre una zo-na ciclnica y otra anticiclnica. La unidad denominada VOLT, se utiliza paramedir la tensin elctrica; se abrevia "V". Una pila de carbn genera entre bor-nes una tensin de 1,5V, un acumulador de auto genera una tensin de 12V yla que genera la compaa de electricidad es de 220V, en Argentina. Muchasveces, en electrnica usaremos tensiones ms pequeas que el VOLT, peroen electricidad industrial es comn hablar de KILOVOLT (kV), que equivale a1.000V.

1 volt = 1.000 milivolt1V = 1.000mV

1 volt = 1.000.000 microvolt1V =1.000.000V

1 volt = 0,001 kilovolt1V = 0,001kV

Corriente Elctrica

Un flujo de electrones en movimiento como causa de la aplicacin de unafuerza electromotriz o fuente de tensin a un conductor elctrico es lo que lla-mamos corriente elctrica. El flujo est formado por electrones libres que, an-tes de aplicarles la tensin, eran electrones que estaban sujetos por la atrac-cin de los ncleos de los tomos que constituyen el conductor. En sus trayectos, los electrones libres chocan contra los iones positivos del ma-terial y retroceden y vuelven a ser acelerados por la fuerza electromotriz. Loschoques son el motivo por el cual el conductor se calienta cuando lleva corrien-te elctrica, ya que cualquier choque entre 2 cuerpos ocasiona un desprendi-miento de energa en forma de calor.La corriente elctrica por un conductor se define como:"el nmero de electrones libres que pasa una seccin cualquiera del con-ductor en un momento especfico". Los electrones llevan una carga elctrica medida en COULOMB y podemos de-cir que la corriente elctrica es la carga elctrica transportada por esos electro-nes durante el intervalo de tiempo considerado. Si la carga elctrica es de 1Cby el tiempo es de 1s, se obtendr una corriente elctrica de 1A (inicial de AM-PERE, por el fsico francs AMPERE), siendo la unidad de corriente elctrica.En electrnica, esta unidad de medicin resulta grande, por tal motivo se utili-zan los submltiplos del ampere.

1mA = 0,001A1A = 1.000mA (miliampere)1A = 0,000001A1A = 1.000.000A (microampere)1A = 0,001mA1mA = 1.000A

Resistencia Elctrica

Definamos la resistencia elctrica de un conductor como una propiedad del ma-terial que representa la oposicin del mismo frente al paso de la corriente elc-



La corriente elctrica es el paso deelectrones por un conductor. Di-chos electrones estn en todas lascosas pero arraigados a la estruc-tura de un tomo constituyente deun elemento qumico.

Los protones y neutrones tienencarga elctrica y son los autoresprincipales de la electrnica.

Para conocer cmo se conduce lacorriente elctrica es preciso sa-ber las propiedades de la materia.

Es preciso saber qu materialesconducen la corriente elctrica ycules son aislantes.

trica. La oposicin se origina como consecuencia de los choques entre los elec-trones libres de la corriente y los iones positivos del metal. La causa de estoschoques es el calentamiento del conductor, el que, a su vez, lo transmite al me-dio ambiente.La resistencia se mide en OHM, llamado as por el fsico alemn que lo descu-bri. La resistencia elctrica del material depender de tres factores: la longitud, laseccin transversal y la resistividad del material. Veamos cmo es la frmulamatemtica:

r x lR = ______ (ver fig. 3)

S

La resistividad del material (r) es un nmero y su valor nos muestra si es bue-no, o no, pequeo o grande; o sea, cmo es el material como conductor deelectricidad, y se mide en x m (fig. 4). Cabe aclarar que, normalmente, la re-sistividad de un metal aumenta con la temperatura.CONDUCTANCIA: se denomina as a la inversa de la resistencia, se simbolizacon la letra G y se mide en mho (al revs de ohm) o en SIEMENS.

1G = ____ =R

La unidad es: mho = SIEMENS

Clasificacin de los ResistoresVeamos una definicin de los resistores. Son compo-nentes electrnicos fabricados especialmente paraque tengan ciertos valores de resistencia. En varioscasos, los valores en ohm de los resistores son muyaltos, utilizando mltiplos del ohm, como, por ej., elkilo-ohm, igual a 1.000 ohm, que tiene una abrevia-tura k, y el mega-ohm, igual a 1.000.000 ohm, quetiene una abreviatura M. Entonces:

1k = 10001M = 1000000 = 1000k

Podemos agrupar a los resistores (figura 5) en:1) Resistores de composicin de carbn

2) Resistores de pelcula metlica3) Resistores de alambre

1) Resistores de composicin de carbnEstos se fabrican mezclando polvo de carbn y un aglomerante hasta darle for-ma de barrita, para fijar los terminales. El conjunto se encapsula con una resi-na fenlica o baquelita para protegerlo de la humedad y la temperatura, tieneun rango de valores de resistencia entre 1 y 22M. En electrnica son los resistores ms usados por su bajo costo (figura 6).

2) Resistores de pelcula metlicaEstos se fabrican depositando una pelcula metlica, que est a alta tempera-



Los semiconductores a veces secomportan como conductores yotras veces como aislante. Tododepende de cmo se los excite.

Figura 4

Figura 5

Figura 3

tura, sobre un tubito de vidrio, al que se fijan los terminales y se los encapsulacomo dijimos anteriormente. Tienen un alto costo y se usan solamente cuandose necesita una gran exactitud en el valor de resistencia; ejemplo: instrumentoselectrnicos (figura 7).

3) Resistores de alambreSe fabrican arrollando un alambre hecho de aleaciones de cromo, nquel, etc,sobre un cilindro de cermica. El conjunto se recubrir de barniz, as se prote-ge el alambre de la influencia de la humedad y temperatura. Estos son grandesy se utilizan para la conduccin de altas corrientes. El rango de valores de re-sistencia est entre 1 y 100k (figura 8).

Cdigo de Colores para Resistores

Por el cdigo de colores se lee el valor de resistencia, que est impreso sobreel cuerpo del resistor. Cada color representa un dgito decimal: las 2 primerasbandas de colores, que estn ubicadas ms cercanas de un extremo, represen-tan el valor en ; la 3 banda representa el nmero por el que hay que multipli-car el valor anterior para obtener el valor final de resistencia; la 4 banda repre-senta la tolerancia, cuyo valor se explicar ms adelante (figura 9).La correspondencia entre un color y su valor se muestra en la tabla 1.La tolerancia de un resistor es un nmero expresado en porcentaje, que repre-senta el margen superior o inferior que puede tomar un valor nominal (por el c-digo de colores) del resistor. Ejemplificando, diremos que para resistores decarbn se tienen tolerancias del 5%, 10% y 20%. Si el valor nominal es de100 y la tolerancia de 10%, el valor real estar comprendido entre 100 y 90;finalmente, para una tolerancia de 20%, el valor real ser entre 120 y 80.

La tolerancia nos indica hasta cunto puede estar el valor por encima opor debajo del componente.

Es un mtodo prctico del fabricante para asegurar al usuario los lmites mxi-mos y mnimos del valor de un resistor. Como el proceso de fabricacin no per-mite establecer valores precisos con anterioridad, en los resistores de compo-sicin de carbn la convencin es sta:

COLOR DE LA TOLERANCIA4 BANDA

DORADO 5 %PLATEADO 10 %SIN COLOR 20 %

La potencia de un resistor no viene impresa en el resistor,pero se reconoce por su tamao. Esa potencia tiene unsignificado de la mxima cantidad de calor que puede darel resistor por el paso de corriente y, si sta excede, sequemar por la alta temperatura obtenida. Se mide en watt(W). Los resistores de carbn se fabrican de 1/8W; 1/4W;1/2W; 1W y 2W, y el tamao aumenta gradualmente con lapotencia. Para mayores potencias se utilizan resistores dealambre; los de pelcula metlica pueden disipar hasta 1W.Los resistores de composicin de carbn se fabrican con



Figura 6

Figura 7

Figura 8

Figura 9

Tabla 1

COLOR DIGITO MULTIPLICADOR

NEGRO 0 1MARRON 1 10ROJO 2 100NARANJA 3 1000AMARILLOAMARILLO 4 10000VERDE 5 100000AZUL 6 1000000VIOLETA 7 10000000GRISGRIS 8BLANCOBLANCO 9DORADODORADO 0,1PLAPLATEADOTEADO 0,01

valores nominales de resistencia ya normaliza-dos y el nmero depender del valor de la to-lerancia. Para una tolerancia del 20%, las ci-fras significativas de los valores nominalesson: 10, 15, 22, 33, 47, 68.Las cifras significativas para una tolerancia del10% son: 10, 12, 15, 18, 22, 27, 33, 39, 47, 56,68, 82. Para una tolerancia del 5% las cifrassignificativas de los valores nominales son: 10,11, 12, 13, 15, 16, 18, 20, 22, 24, 27, 30, 33,36, 39, 43, 47, 51, 56, 62, 68, 75, 82, 91. En lafigura 10 se dan ejemplos de valores de resis-tores de composicin de carbn mediante elcdigo de colores. Vea ejemplos de valores de

resistores en la figura 10.Digamos que a los resistores se los puede clasificar tambin en variables; s-tos estn representados por los potencimetros y los presets o preajustes (figu-ra 11).La constitucin de los potencimetros se debe a una pista circular de carbndesplazndose por un contacto mvil (cursor) solidario a un eje vertical. Los extremos de la pista de carbn y el cursor tienen una conexin a termina-les, es decir, que la resistencia entre uno de los terminales y el cursor dependede la posicin de ste (figura 12).En el primer caso, los potencimetros pueden ser lineales o logartmicos; la va-riacin de resistencia es proporcional al ngulo girado por el cursor, y en el 2caso la variacin es logartmica, esto hace que, al comienzo, la resistencia va-re con rapidez con el ngulo de giro; despus la variacin ser ms lenta y ten-dr un uso comn en el control de volumen de radios y TV. Llamamos presetsa los resistores variables que se ajustan una sola vez, hasta lograr una perfec-ta posicin, y que no tienen posibilidad de ser variados por los usuarios. El tamao es reducido y tiene un ajuste con un pequeo destornillador, que esaplicado a una ranura que tiene el contacto mvil.

Pilas y bateras

Los componentes bsicos capaces de suministrar una tensin continua establea un circuito electrnico son las pilas, con la capacidad de generar una tensinelctrica por medios qumicos.La ms comn est formada por un electrolito (sal, cido o base disuelto enagua) y 2 electrodos. Veamos cmo se comporta un electrolito cualquiera, dilui-do en agua; ej. el cloruro de sodio (fig. 13).La sal es elctricamente neutra, pero cuando se disuelve en el agua se disociaen los iones que la componen, es decir, en iones positivos de sodio y en ionesnegativos de cloro. Si sumergimos 2 electrodos consistentes en 2 metales diferentes A y B, una de-terminada cantidad de iones negativos ser atrada por el electrodo A y otra por-cin de iones positivos ser atrada por el electrodo B; entonces, A se carga ne-gativamente y B, positivamente (figura 14).A la diferencia de carga elctrica que existe entre A y B, se la denomina dife-rencia de potencial o tensin de la pila. La tensin V depender de los materia-les de los electrodos y del electrolito. Por ejemplo, una pila de cinc-carbn tiene una tensin: V = 1,5V.Si conectamos una lamparita entre los electrodos, sta iluminar ya que se pro-



Figura 10

Figura 11

Figura 12

Figura 13

ducir el pasaje de los electrones desde A hasta B a travs de ella, y se cerra-r el circuito por medio de la solucin electroltica. Mientras este fenmeno su-cede, uno de los electrodos (B) se va consumiendo, mientras que el otro se vaengrosando por la deposicin de material sobre su superficie. La reaccin qu-mica continuar hasta que B se consuma en su totalidad; en ese momento, lalamparita se apagar porque la corriente se detuvo (figura 15).En una pila seca, el electrolito es una pasta hmeda (pilas comunes) mientrasque se denominan hmedas cuando el electrolito es un lquido (acumulador deplomo utilizado en los autos). La pila seca ms comn es la de cinc-carbn y la desarroll Le Clanch (1869),tiene un bajo costo y es de uso general.

CONDUCCIN DE LA CORRIENTE ELCTRICA

Conductores y Aislantes

El hecho de que algunos cuerpos pueden retener la electricidad y que otros per-miten que se escape, nos revela que en la naturaleza existen dos comporta-mientos de este "fluido" representado por las cargas. De hecho, los dos gru-pos de cuerpos sern estudiados en esta leccin. Veremos que en un caso setrata de los denominados aislantes y, en el otro, de los conductores. Los dos ti-pos de material tienen igual importancia en la electricidad electrnica moder-nas y son utilizados en una infinidad de aplicaciones. Conocer las propiedadesde estos materiales es muy importante en el estudio de la electrnica.

La electricidad como fluidoVimos que podemos sacar con cierta facilidad electrones de un cuerpo (de sustomos) y llevarlos a otro que quedar con exceso de estas partculas.El pasaje de electrones de un cuerpo a otro, cuando puede ser establecido, tie-ne mucha importancia en nuestro estudio, pues eslo que puede llevar energa de un punto a otro, aspermiten la aplicacin prctica de la electricidad. Lo importante para nosotros es saber que las car-gas elctricas, constituidas por los electrones, pue-den no slo saltar de un cuerpo a otro en forma dechispas, como vimos en el caso del rayo, sino tam-bin moverse a travs de ciertos materiales, comoen el caso del cable utilizado en el pararrayos o dela cadena fijada al camin de combustibles (figura1).Mientras tanto, existen tambin cuerpos en quela electricidad queda "atrapada", como en el casodel peine frotado, en que los electrones ganadosse mantienen en la posicin en que son colocados,o la falta de electrones permanece en el lugar dedonde fueron retirados (figura 2). El movimiento de


Conduccin de la Corriente Elctrica

La corriente elctrica est formadapor electrones libres que, antes deaplicarles la tensin, eran electro-nes que estaban sujetos por laatraccin de los ncleos de lostomos que constituyen el conduc-tor.

Figura 14

Figura 15

Figura 1

electrones en un cuerpo es posible si tienen una cierta libertad en el interior delmaterial que lo constituye. Luego veremos de qu modo ocurre sto. Para no-sotros, entonces, es importante saber que existen tipos de materiales, en losque las cargas no se puede mover, que son denominados aislantes, y materia-les en los que las cargas se mueven con facilidad, que son denominados con-ductores.Sabemos que existen materiales que pueden ser electrizados de diferentes for-mas (serie triboelctrica), lo que revela que existen tomos que tienen ms di-ficultades en perder sus electrones que otros.As, para los materiales en que los elementos estn firmemente unidos a lostomos, existe mucha dificultad para que ocurra un movimento de cargas.Si sacamos un electrn de un lugar, este lugar quedar libre, pues aunque elcuerpo posee otros electrones disponibles, sos no pueden ocupar el lugarvaco. Del mismo modo, si agregamos un electrn al material, se quedar en ese lu-

gar, pues no tiene facilidad para moverse (figura 3).Por otro dado, existen materiales en los que los electrones son libres ypueden moverse con mucha facilidad en su interior. Esto ocurre, por ejem-plo, en los metales. Si cargamos un cuerpo metlico con una cierta canti-dad de cargas, agregando electrones libres, por ejemplo, estos electronesse pueden mover "saltando de tomo en tomo hasta distribuirse de ma-nera ms o menos uniforme (figura 4). Si por otro lado, sacamos una cier-ta cantidad de electrones apenas de un punto de este cuerpo, los electro-nes de las cercanas "corren" a llenar el vaco formado y forman "nuevosvacos" en otros puntos con una distribucin tambin uniforme de las car-gas positivas (vacos). Figura 5.Cuando hablamos de un cuerpo cargado negativamente, las cargas quese mueven o que participan del proceso, los que se pueden mover, sonelectrones. Pero, cuando hablamos de un cuerpo cargado positivamente,o sea, en que existe una falta de electrones, en verdad nada existe quese pueda mover! Podemos, sin embargo, para ayudarnos en nuestro ra-zonamiento, hablar de "falta de electrones" o lagunas (vacantes o vacos)que se mueven. As, mientras en un cuerpo cargado negativamente loselectrones se distribuyen en su superficie, en un cuerpo cargado positiva-mente son las lagunas las que se distribuyen en su superficie (figura 6).Los electrones pueden saltar de tomo en tomo, mientras que las lagu-nas son llenadas por tomos adyacentes que saltan libremente y provo-can su desplazamiento (figura 7). Entre los materiales considerados ais-lantes, en que los electrones tienen grandes dificultades para moverse, te-nemos: el vidrio, el papel seco, el plstico, la mica, la porcelana, la cer-mica, etc. Entre los materiales considerados conductores tenemos: losmetales, el grafito, etc.

Tipos de Conductores

Podemos clasificar los materiales conductores en tres grupos:

a) SlidosLos materiales slidos que conducen la electricidad, o sea, en los que las car-gas se pueden mover, son los metales (que son los mejores conductores) y elgrafito.

b) LquidosDeterminados lquidos tambin permiten que las cargas elctricas se muevan.



Figura 2

Figura 3

Figura 4

Figura 5

Figura 6

Estas cargas, en verdad, se mueven junto al propio tomo que puede "nadar",por as decirlo, y desplazarse en el medio lquido. Estos tomos, que puedentener falta o exceso de electrones y que se desplazan en un medio lquido, sondenominados "iones" (expresin griega que traducida es "caminante"). Los io-nes positivos se llaman "cationes" y los negativos "aniones" (figura 8).Las cargas elctricas no se mueven a travs del agua, por ser aislante. Sinembargo, si disolvemos en esta agua una sustancia como la sal de cocina,que est formada por tomos de cloro y sodio (NaCI), las partculas de sodioy cloro se disocian en aniones de cloro(CI-) y cationes de sodio (Na+), figura9. Con esto, los aniones y cationes existentes en solucin pueden servir de"medio de transporte" para las cargas elctricas y el agua en estas condicio-nes se vuelve conductora. Muchas sustancias del tipo sal (cloruro de sodio, bicarbonato de sodio, sulfatode cobre), del tipo cido (cido sulfrico, cido clorhdrico, etc.) o bien de tipobase (hidrxido de sodio, o sea soda custica) cuando se disuelven en aguatambin se disocian y forman as una solucin conductora.Vea que, en el total, cuando disolvemos sal en agua, separamos partculas po-sitivas y negativas, pero en cantidades iguales, lo que quiere decir que el aguaque tenemos mantiene su neutralidad.

c) GaseososLos gases, en condiciones normales, o sea neutros, son excelentes aislantes yno permiten que las cargas elctricas se muevan con facilidad. Pero, si por me-dio de una buena cantidad de energa conseguimos arrancar electrones de losgases, de modo que pasen a quedar en un estado de electrizamiento denomi-nado "ionizacin", entonces se convierten en excelentes conductores.En los gases ionizados ocurren fenmenos interesantes, como por ejemplo, laemisin de luz, lo que es aprovechado para la fabricacin de las lmparas fluo-rescentes (figura 10). El aire, que es aislante en condiciones normales, se vuel-ve conductor por accin de una descarga fuerte como la producida por el rayo,que entonces puede atravesarlo con facilidad.

Un poco de clculosHasta ahora dimos interesantes explicaciones sobre cmo funcionan las cosasen lo que se refiere a cargas elctricas y su movilidad. El nico valor numricoque vimos fue la llamada carga elemental, que era:

e = 1,60 x 10-19 C

A partir de este valor y de otros que dare-mos a continuacin, vamos a "jugar" un po-co con los clculos para aprender cosas in-teresantes sobre la electricidad.Como vimos, cada tipo de sustancia simple(elemento) posee un tomo con cantida-



Tambin podemos definir a la co-rriente elctrica como el nmerode electrones libres que pasa unaseccin cualquiera del conductoren un momento especfico.

Figura 7

Figura 8

Figura 9

Figura 10

des diferentes de partcu-las internas (protones yneutrones). As, en fun-cin de esta cantidad po-demos saber exactamen-te cuntos tomos de unacierta sustancia existenen una cantidad cualquie-ra que tomamos de ella.

Verificamos entonces que, si dividimos esta cantidad de una sustancia por el"peso" relativo de las partculas que forman el tomo, obtenemos un nmeroconstante.De este modo 1 gramo de hidrgeno tiene la misma cantidad de tomos que 16gramos de oxgeno, que a su vez, tiene la misma cantidad de tomos que 108gramos de plata y 197 gramos de oro (figura 11).El nmero de partculas (tomos) es enorme:n = 6,02 x 1023

Esto significa 6 seguido de 23 ceros! Todos esos tomos en apenas algunosgramos de material!Suponiendo que en un metal, como el oro, cada tomo pueda contribuir con unelectrn libre, en un trocito de, digamos, 1 gramo, tendremos nada ms y nadamenos que 1022 electrones disponibles (10 seguido de 22 ceros, para los queno estn familiarizados con la anotacin exponencial). Estos electrones forman,en el interior del metal, una especie de "nube" que se est "agitando" constan-temente. Verificamos que los electrones pueden incluso ver aumentada su can-tidad con la elevacin de la temperatura, fenmeno de gran importancia enelectrnica.Qu ocurre si multiplicamos la cantidad de electrones libres que tenemos enun trocito de metal por la carga de cada electrn?Evidentemente, obtenemos la carga total, en Coulombs, del pedacito de metalen cuestin.Suponiendo que nuestro trocito de metal tenga 10 electrones y que la carga decada uno sea de = 1,60 x 10-19 C, tenemos:Q = 1022 x 1,6 x 10-19Q = 1,60 x 103CQ = 1.600 CoulombSer mucho o poco, esto?, se preguntar el estudiante.A ttulo de curiosidad, si la lmpara de su cuarto est encendida en este mo-mento consume energa a razn de apenas una carga de 1/Coulomb por se-gundo. Una carga de 1.600 Coulomb, ciertamente, quemara esta lmpara y si los elec-trones no estuvieran "equilibrados" en el interior del metal y pudieran revelartoda su "fuerza", bastara que usted tocara un trocito de oro para morir instan-tneamente fulminado! En verdad, en la prctica, no podemos manejar sino una parte muy pequea delos electrones que estn libres en el metal, para agregar o quitar algunos. Deningn modo podemos contar con todos en los procesos elctricos.

Campo Elctrico y Corriente Elctrica

Qu hace que las cargas elctricas se muevan en un cuerpo? Qu estadoespecial existe en torno de un cuerpo cargado, para que su influencia se haga



La unidad de la corriente elctricaes el ampere.

La resistencia elctrica de un con-ductor es una propiedad del mate-rial que representa la oposicindel mismo frente al paso de la co-rriente elctrica.

Los aislantes impiden el paso de lacorriente elctrica u ofrecen unaoposicin muy grande.

Figura 11

sentir a distancia? Qu ocurre cuando una gran cantidad de cargas elctricasse mueve en un material conductor? Veremos de qu modo la "influencia" de las cargas en un cuerpo se "propaga"por el espacio y provoca el movimiento de cargas incluso a la distancia y de qumodo un flujo de cargas forma una corriente, un movimiento muy especial pa-ra las aplicaciones prcticas.

El campo elctricoUn cuerpo cargado de electricidad, ya sea positiva o negativa, se comporta demanera muy especial. Otros cuerpos tambin poseedores de cargas elctricas,colocados en las proximidades de aqullos, quedarn sujetos a la accin defuerzas.Si las cargas de los cuerpos prximos fueran de signos opuestos, la fuerza se-r de atraccin, mientras que si las cargas fueran del mismo signo, la fuerza se-r de repulsin, como ilustra la figura 12. Podemos decir que el espacio en tor-no de un cuerpo cargado queda lleno de algo invisible, algo que corresponde ala accin de naturaleza elctrica sobre los cuerpos que tambin estn carga-dos. El espacio en torno de un cuerpo cargado goza de propiedades especiales quepueden explicarse por la presencia de una entidad llamada "campo elctrico",normalmente representada por la letra E.El campo elctrico no es algo fsico, en el sentido que podamos verlo, pero suna entidad fsica que describe un estado alrededor de un cuerpo cargado.Para representar este estado usamos entonces lneas imaginarias, denomina-das lneas de campo. El conjunto de estas lneas imaginarias alrededor de uncuerpo cargado representan su campo elctrico.Por una convencin, las lneas se orientan saliendo de los cuerpos cargadospositivamente y entrando en los cuerpos cargados negativamente, como mues-tra la figura 13. En el primer caso, tenemos la representacin del campo de una carga positiva(a); en el segundo, el campo de una carga negativa (b) y, en el tercero, el cam-po provocado por dos cargas de signos opuestos prximos, lo que se llama "di-polo". Vea que las lneas se diluyen cuando estn ms lejos de las cargas, loque indica el debilitamiento del campo. Una carga elctrica (un electrn, por ejemplo) colocado en el campo elctricode una carga cualquiera, queda sujeta a una fuerza que est siempre orienta-da en el sentido de coincidir o ser tangente (tocar la lnea de fuerza del campoen el lugar considerado), figura 14. Las propiedades principales que poseen laslneas de fuerza son:

* Siempre salen de los cuerpos positivos y llegan a los negativos.* Nunca se cruzan.* Estn ms concentradas donde el campo es ms fuerte.

La intensidad del campo elctrico en un determinado punto del espacio, a unacierta distancia de la carga que lo produce, puede ser calculada. Este clculo tiene gran importancia en los estudios de electroesttica y en con-secuencia para la electrnica.Teniendo como base la ilustracin de la figura 15, la frmula que nos permitecalcular la intensidad del campo elctrico en el punto P del espacio es:

1 QE = _____ . ___

4e0 d2



Figura 12

Figura 13

Figura 14

Figura 15

Donde: E es la intensidad del campo medida en N/C (Newtons por Coulomb).1/4e0 es la constante que vale 9 x 109 N. m2/C2Q es la carga que provoca el campo en Coulombd es la distancia de la carga al punto P. Como vimos, una carga elctrica colocada en un punto del espacio, sujeta a laaccin de un campo, es forzada a moverse. La fuerza que aparece en el caso puede ser calculada por la expresin:

F = Q x E

donde: F es la fuerza en Newtons,Q es el valor de la carga que es colocada enel punto P en Coulombs y d es la distanciaen metros hasta la carga que produce elcampo.

La Corriente Elctrica

Si tuviramos dos cuerpos cargados con cargas de signos opuestos, el campoelctrico que existe en torno de ellos es tal que procurar mover las cargas deuno hacia el otro en el sentido de establecer su neutralidad. Los electrones tendern a salir del cuerpo cargado negativamente y dirigirse alcuerpo cargado positivamente (figura 16).Si hubiera un medio conductor entre los dos cuerpos que permita el movimien-to de estas cargas, los electrones podrn desplazarse con cierto orden, pasan-do de un cuerpo hacia el otro. Los electrones saltarn de tomo en tomo, asformarn un flujo de cargas.Decimos que el movimiento ordenado de cargas elctricas que ocurre en estecaso se denomina "corriente elctrica" (figura 17).En el caso especfico que tomamos de ejemplo, en que el conductor es el me-tal, el movimiento real es de cargas negativas (electrones), pero puede ser deotro tipo de partculas, como por ejemplo, los iones, en los casos de los gasesy soluciones. Est claro que slo los protones no pueden moverse en realida, por estar pre-sos en los ncleos de los tomos.Por otro lado, los electrones que se mueven de un cuerpo hacia otro, no lo ha-cen todos instantnemente. Existe un lmite para la cantidad y la velocidad con que ocurre el pasaje. La can-tidad y la velocidad son establecidas por la intensidad del campo y, naturalmen-te, por la capacidad que el conductor tenga de permitir que las cargas se mue-van. Si consideramos un intervalo de tiempo en que no hay alteracin percep-tible en la carga total de las esferas, vemos que el flujo de cargas en el conduc-tor se mantiene constante.Podemos entonces hablar de una intensidad para este flujo, que va a corres-ponder a la intensidad de la corriente elctrica (figura 18). La intensidad de unacorriente corresponde entonces a la cantidad total de carga que pasa en cadasegundo por un conductor (figura 19)

Corriente electrnica y corriente convencionalObserve un hecho interesante: como las nicas cargas que se pueden mover,en realidad, son los electrones, las corrientes elctricas fluyen desde los cuer-pos negativos hacia los cuerpos positivos (figura 20). Esta corriente se denomi-na corriente electrnica, pero no siempre es considerada en el estudio de la



El valor de un resistor se expresa,en el componente, mediante ban-das de colores.

Figura 16

Figura 17

Figura 18

Figura 19

Figura 20

electricidad. De hecho, sabemos que los nmeros negativos son menores quelos positivos, lo que vuelve muy extrao decir que el agua fluye de un lugar demenos presin (negativo) hacia uno de mayor presin (positivo), cuando enrealidad ocurre todo lo contrario. Si las cargas que se mueven fueran las positivas, las cosas podran ser expli-cadas del mismo modo y no tendramos este problema.Pero, si no podemos ver los electrones o cargas de ninguna especie, qu nosimpide "imaginar" el fenmeno como si ocurriera en sentido "contrario"?De hecho, cuando una carga negativa sale de un cuerpo (electrn) y va a neu-tralizar otra positiva en un cuerpo cargado de este modo, el efecto final es ce-ro, lo mismo que si considerramos una carga positiva que sale del que estcargado de este modo y va hacia el otro (figura 21).En verdad, el efecto de considerar que los electrones saltan hacia la esferade la derecha, como muestra la figura 22, corresponde exactamente a la for-macin de "vacos" o "agujeros" que se desplazan hacia la izquierda, que asu vez corresponden justamente al movimiento "contrario" de cargas positi-vas. Todo esto significa que podemos perfectamente representar corrienteselctricas que salen de cuerpos positivos (polos positivos) y van hacia cuer-pos negativos, sin que esto est equivocado. En verdad, es comn hacer es-te tipo de representacin. En este caso, decimos que estamos representando la corriente convencional yno la corriente real o electrnica.

Velocidad de la corrienteUsted acciona el interruptor de la luz y zas!, la luzse enciende instantneamente. Por ms largo quesea el cable, no conseguir notar retraso algunoentre los dos momentos: el accionamiento del in-terruptor y el encendido de la lmpara son simul-tneos. En verdad, lo que ocurre es que el fenmeno de laaccin de la electricidad es instantneo, mientrasque la velocidad de las cargas en s no lo es.Analicemos el fenmeno: Cuando usted acciona elinterruptor el establecimiento del campo elctrico(accin) en el conductor se propaga con una velocidad muy grande, del ordende los 300.000 km por segundo... o sea la velocidad de la luz! Esta accinhace que prcticamente todos los electrones que tienen movilidad pasen a sal-tar de tomo en tomo en la direccin que corresponde a la circulacin de lacorriente (figura 23). Pero la velocidad media de los electrones en este movi-miento es muy pequea comparada con la velocidad con que se establece lacorriente.

RESISTENCIA

Introduccin

La cantidad de agua que sale de un cao, como se muestra en la figura 1, de-pende de la altura del tanque (comparable a la "presin" o tensin) y del espe-sor del cao. La analoga elctrica de este fenmeno se estudiar enseguida.



La tolerancia nos indica hastacunto puede estar el valor por en-cima o por debajo del componente.

La potencia de un resistor no vieneimpresa en el resistor, pero se re-conoce por su tamao.

Figura 21

Figura 22

Figura 23

Pensando en la analoga con un depsito de agua, vemos que el flujo por elcao depende en gran parte del espesor del mismo. En un cao ms gruesoel agua encuentra menor "resistencia" y puede fluir con ms facilidad. El re-sultado es un flujo mucho ms intenso y por consiguiente una cantidad mayorde agua, con la electricidad ocurre lo mismo.Si tenemos una fuente cualquiera de energa elctrica capaz de proporcio-nar cargas en cantidades limitadas, que a la vez hace de tanque, la unincon un cable conductor entre los polos de la fuente hace que la corrientepueda fluir y eso nos lleva a un comportamiento semejante al del tanque deagua (figura 2).La intensidad de la corriente que va a fluir, es decir, el nmero de "amperes"no depende slo de la tensin de la fuente sino tambin de las caractersticasdel conductor. Estudiamos que los materiales se comportan de modo diferen-te en relacin a la transmisin de cargas. No existen conductores perfectos. Yadems, el cable conductor puede ser fino o grueso, largo o corto.

Si el cable fuera fino y largo, de material mal conductor de la electricidad, el flu-jo ser muy pequeo. La corriente encontrar una gran "resistencia" u "opo-sicin" a su circulacin. Si el cable fuera de un buen material conductor, cortoy grueso, la oposicin al pasaje de corriente ser mnima y la corriente intensa(figura 3).El efecto general de un cable o de un cuerpo cualquiera que es recorri-do por una corriente se denomina Resistencia Elctrica.Podemos definir la resistencia elctrica como: "Una oposicin al pasaje de la corriente."La resistencia elctrica de un conductor depende de diversos factores, como lanaturaleza del material de que est hecho el conductor y del formato (longitud,espesor, etc.).

Unidad de resistenciaSi conectamos un conductor a un generador (pila) u otra fuente de energa que

establezca una tensin de 1V y verificamos que es un recorridopor una corriente de 1A (1 ampere) de intensidad, podemos deci-dir entonces que el conductor presenta una resistencia de 1 ohm().El ohm, abreviado , es la unidad de resistencia. La letra griegaomega mayscula se utiliza para la abreviatura (figura 4).Podemos, como en el caso de la corriente y la tensin, usar ml-tiplos y submltiplos del ohm para representar resistencias gran-des y chicas. Es ms comn el uso de mltiplos.Es as que si tuviramos una resistencia de 2.200 ohms, pode-

mos, en lugar de ese nmero, escribir 2k2 2,2k, donde k significa "kilo" o1.000 ohm. Vea que podemos usarlo al final del nmero o en lugar de la co-ma decimal. Del mismo modo, si tuviramos una resistencia de 1.500.000 ohmpodemos escribir 1M5 1,5M donde M significa "Mega" o millones de ohm. Vea en este caso que tambin la letra M puede usarse al final del nmero oen lugar de la coma decimal.

La Ley de Ohm

Una de las leyes ms importantes de la electricidad es la Ley de Ohm.Para enunciarla, conectemos a la fuente de energa elctrica que establezcatensiones diferentes, un cable conductor que presente cierta resistencia y mi-


Resistencia

Figura 1

Figura 2

Figura 3

Figura 4

damos las corrientes correspondientes, comprobaremos que se dan de-terminadas situaciones que permitirn verificar esta importante ley (figu-ra 5).Lo que hacemos entonces es aplicar al conductor diferentes tensiones yanotar las corrientes correspondientes.Si tenemos una tensin de 0V la corriente ser nula.Si tenemos una tensin de 1V, la corriente ser de 0,2A.Si tenemos una tensin de 2V, la corriente ser de 0,4A.Podemos ir anotando sucesivamente las tensiones y las corrientes co-rrespondientes para este conductor determinado y formar una tabla:

Tensin Corriente (V).......................................................(A)0.............................................................01..........................................................0,22..........................................................0,43..........................................................0,64..........................................................0,85..........................................................1,06..........................................................1,27..........................................................1,48..........................................................1,69..........................................................1,810........................................................2,0

Analizando la tabla sacamos dos conclusiones importantes:

1) Dividiendo la tensin por cualquier valor de la corriente obtenemos siempreel mismo nmero:

1/0,2 = 55/1,0 = 58/1,6 = 5El "5", valor constante, es justamente la resistencia.La resistencia depende, por lo tanto, de la tensin y de la corriente y puede cal-cularse dividiendo la tensin (V) por la corriente (I). (En las frmulas represen-tamos las tensiones por E o V y las corrientes por I). Podemos establecer la im-portante frmula que expresa la Ley de Ohm:

VR = ____ (1)

I

Para calcular la resistencia de un conductor (o de otro elemento cualquiera)basta dividir la tensin entre sus extremos por la corriente que circula en el ele-mento. De la frmula obtenemos otras dos:

V = R x I (2)

I = V/R (3)

La primera nos permite calcular la "cada de tensin en un cable" o cuntosvolt cae la tensin a lo largo de un conductor en funcin de su resistencia. La segunda nos da la corriente, cuando conocemos la tensin y la resistenciade un conductor.


Resistencia

Los componentes bsicos capacesde suministrar una tensin conti-nua estable a un circuito electrni-co son las pilas, con la capacidadde generar una tensin elctricapor medios qumicos.

En una pila seca, el electrolito esuna pasta hmeda (pilas comunes)mientras que se denominan hme-das cuando el electrolito es un l-quido .

El pasaje de electrones de un cuer-po a otro, cuando puede ser esta-blecido, es lo que puede llevarenerga de un punto a otro, as per-miten la aplicacin prctica de laelectricidad.

Figura 5

2) Graficando los valores de las tensiones y co-rrientes de un conductor obtenemos la representa-cin siguiente (figura 6).Unidos los puntos obtenemos una recta inclinada.Esta recta es la "curva caractersticas de una resis-tencia".Si se tienen dos conductores con otras resisten-cias, podemos hacer los grficos y obtener "cur-vas" con inclinaciones diferentes (figura 7).La inclinacin de la "curva" se mide por la tangen-te (tg) del ngulo. Esa tangente es justamente el valor dado de la ten-sin por la corriente correspondiente, como mues-tra la figura 8. La tangente del ngulo A (tgA) co-rresponde entonces a la resistencia del conductor.Es importante que recuerde que:- El cociente de la tensin y la corriente en un con-ductor es su resistencia.\- En un conductor la corriente es directamente pro-porcional a la tensin.- La "curva caracterstica" de un conductor que pre-sente una cierta resistencia, es una recta.

Vea que todos los conductores presentan curvascomo las indicadas. Los componentes o elementoque presentan este tipo de comportamiento se de-nominan "dipolos lineales" y podemos citar a losresistores y a los conductores como ejemplos.Existen tambin dipolos no lineares cuyas "curvas"pueden presentar configuraciones diferentes.

CONTENIDO DEL CDLa obra est dirigida a todo el pblico en general interesado en aprender electrnica bsica y saber cmo se ma-nejan los instrumentos (multmetro, osciloscopio, generador de funciones, inyector de seales, analizador din-mico, fuente de alimentacin, etc.) pero sobre todo est orientado a estudiantes, aficionados y docentes, dadoque cada tema se explica desde el comienzo, presumiendo que el lector no posee conocimientos previos de laespecialidad. La Enciclopedia se complementa con CDs (ste es uno de ellos) y bibliografa adicional a la quepuede acceder por Internet dirigindose a:

www.webelectronica.com.arDebe hacer click en el cono PASSWORD y luego ingresar las claves que se dan en los CDs. El contenido delCD que acompaa a este primer tomo es el siguiente:

a) Un a) Un Archivo LEAME: Indispensable leer de comienzo a fin de explorar el CD con xitoArchivo LEAME: Indispensable leer de comienzo a fin de explorar el CD con xitob) Programas b) Programas ACROBAACROBAT READER y WINDOWS MEDIAT READER y WINDOWS MEDIA PLAPLAYERYERc) Vc) Video Presentacinideo Presentacind) Enciclopedia Vd) Enciclopedia Visual Parte 1isual Parte 1e) Curso de Electrnica con Prcticase) Curso de Electrnica con Prcticasf) 80 Montajesf) 80 Montajesg) Vg) Video Manejo del Multmetroideo Manejo del Multmetroh) Programas de Electrnicah) Programas de Electrnicai) CDs, Libros y Vi) CDs, Libros y Videos.ideos.

Muchos archivos estn comprimidos, siendo necesario el WINZIP. Si no lo posee puede ejecutarlo desde la op-cin PROGRAMAS del men de este CD.


Resistencia

Figura 6

Figura 7

Figura 8

PPrrooggrraammaass AACCRROOBBAATT RREEAADDEERR yy WWIINNDDOOWWSS MMEEDDIIAA PPLLAAYYEERREstos programas son indispensables para explorar el CD, ver los archivos de texto que contiene y visualizar losvideos. Si no estn instalados en su PC hgalo cuando el CD se lo pregunte.

VViiddeeoo PPrreesseennttaacciinnEn este video el Ing. Horacio Vallejo, realizador de la obra, lo gua paso a paso para que pueda explorar el CDde la forma ms rpida y efectiva. Le sugerimos ver este video para obtener el mayor provecho posible.

EEnncciiccllooppeeddiiaa VViissuuaall PPaarrttee 11Se dan los primeros 4 fascculos de la ENCICLOPEDIA VISUAL DE LA ELECTRONICA, obra complementariaque ensea con mayor profundidad los conceptos vertidos en cada tomo escrito de la obra.

CCuurrssoo ddee EElleeccttrrnniiccaa ccoonn PPrrccttiiccaassEste Curso de Electrnica es el primer sistema de enseanza a distancia con seguimiento personal a travs deInternet. El curso se compone de 14 lecciones, 5 series de prcticas y 6 evaluaciones. Los exmenes son la par-te del curso (quiz la ms tediosa para muchos) en la que el alumno deber responder y si lo desea, enviar a lasdirecciones que se mencionan en el CD para su correccin. Sin embargo, Ud. posee la respuesta a cada examenen Internet. En cualquier momento puede realizar consultas por medio de los formularios que hemos habilitadoen Internet para tal fin.Cabe aclarar que en este CD se encuentran las primeras 4 lecciones, la Prctica nmero 1 y los exmenes 1 y2. En lo sucesivo se continuar con este currso.

8800 MMoonnttaajjeessEn este archivo Ud. cuenta con 80 circuitos electrnicos para armar y disfrutar construyendo mientras aprendeelectrnica. Entre los proyectos que contiene esta seccin podemos mencionar los siguientes:

Amplificadores, Osciladores, Mezcladores, Preamplificadores, Generadores, Interruptores, Adaptadores, Instru-mentos, Protecciones, Fuentes, Conversores, Controles de Velocidad, etc.

VViiddeeoo MMaanneejjoo ddeell MMuullttmmeettrrooEste es un video de unos 15 minutos de duracin que muestra qu es un multmetro y cmo se realizan las me-diciones bsicas. Con l aprender a realizar medidas de resistencia, tensin y corriente.

PPrrooggrraammaassEsta es una de las secciones ms importantes de nuestro CD dado que contiene muchos utilitarios para realizardiferentes tareas. Al acceder a este MENU, se encuentran los programas que hemos seleccionado que son:

1) Manual de Componentes: Este es un manual que posee caractersticas de ms de 96.000 componentes quese ejecuta desde DOS. Al hacer click sobre esta opcin aparece la carpeta que contiene varios archivos. Copieesta carpeta en el disco rgido de su PC y lea el archivo lame, posteriormente abra la carpeta MANUAL y eje-cute el cono MANUAL.COM para saber el contenido y cmo se usa el programa. Por ltimo ejecute el programaIC.EXE que est dentro de la misma carpeta y acceder al programa.2) Construccin de Circuitos Impresos: Ejecute esta opcin y copie la carpeta dentro del disco rgido de suPC. Debe leer el archivo en Word y seguir las instrucciones que all se brindan, incluso para ejecutar el progra-ma. Este programa es una aplicacin que le ensea a disear circuitos impresos.3) MPLAB: Este es un programa editor, simulador y emulador para utilizar con microcontroladores de la familiaMICROCHIP. Con este programa se pueden construir proyectos que le permitirn realizar programas de micro-controladores y cargarlos en el circuito integrado. Para usarlos copie la carpeta dentro del disco rgido de su PC,ejecute los archivos. Mayores instrucciones de uso e instalacin puede obtenerlos de la direccin: www.micro-chip.com.4) Winzip: Es el clsico utilitario necesario para comprimir y descomprimir archivos.5) ICTV: Programa para el tcnico. Si no posee conocimientos de electrnica espere a tenerlos para usar esteprograma, dado que posee un banco de datos para la reparacin de televisores.6) ICPROG: Utilitario para la carga de microprocesadores. Su uso queda explicado en Saber Electrnica.7) Lector de Tarjetas: Utilitario para leer datos de tarjetas telefnicas. La teora y el uso se explicaron en SaberElectrnica.

UUttiilliittaarriioossGran cantidad de utilitarios para probar y optimizar computadoras. Lea el archivo apropiado para saber cmo em-plearlos. .

Nota:Cabe aclarar que en el CD encontrar ms informacin y catlogos de productos para que est enterado de lasofertas existentes en plaza y cmo puede acceder a ellas.Como nota adicional les comentamos nuevamente que esta obra se compone de 6 entregas y que siempre es-taremos a su disposicin a travs de Internet.

Hasta la prxima!


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