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MEDICIONES ELCTRICAS BSICAS

Guatemala, 20 de abril de 2005

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MEDICIONES ELCTRICAS BSICAS

COPYRIGHTInstituto Tcnico de Capacitacin y Productividad

-INTECAP- 2004

Esta publicacin goza de la proteccin de los derechos de propiedad intelectualen virtud de la Convencin Universal sobre Derechos de Autor. Las solicitudesde autorizacin para la reproduccin, traduccin o adaptacin parcial o total desu contenido, deben dirigirse al Instituto Tcnico de Capacitacin y ProductividadINTECAP de Guatemala. El Instituto dictamina favorablemente dichas solicitudesen beneficio de la Formacin Profesional de los interesados. Extractos breves deesta publicacin pueden reproducirse sin autorizacin, a condicin de que semencione la fuente.

MDULO No. 2MEDICIONES ELCTRICAS BSICAS

Cdigo: MT.3.4.2-37/04Edicin 01

Las denominaciones empleadas en las publicaciones del Instituto Tcnico deCapacitacin y Productividad, y la forma en que aparecen presentados los datos,contenidos y grficas, no implican juicio alguno por parte del INTECAP ni de susautoridades. La responsabilidad de las opiniones en los artculos, estudios y otrascolaboraciones, incumbe exclusivamente a sus autores.

La serie es resultado del trabajo en equipo del Departamento de Industria de laDivisin Tcnica, con el asesoramiento metodolgico del Departamento deTecnologa de la Formacin bajo la direccin de la jefatura de Divisin Tcnica.

Las publicaciones del Instituto Tcnico de Capacitacin y Productividad, as comoel catlogo lista y precios de los mismos, pueden obtenerse solicitando a la siguientedireccin:

Instituto Tcnico de Capacitacin y ProductividadDivisin Tcnica - Departamento de Industria

Calle del Estadio Mateo Flores, 7-51 zona 5. Guatemala, Ciudad.Tel. PBX. 23310117 Ext. 644, 647

www.intecap.org.gt divisiontecnica@intecap.org.gt

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MEDICIONES ELCTRICAS BSICAS

Serie Modular

ELECTRICISTA INSTALADOR DOMICILIARCon los contenidos de los manuales quecomprenden esta serie modular, el participanteadquirir los conocimientos requeridos paradesempear las funciones de instalar y proveermantenimiento a equipo y mquinaselctricas, as como a circuitos elctricos demando, alumbrado, fuerza y sealizacin en

edificios industriales, de acuerdo a especificacionestcnicas de fabricantes y a normas de la Empresa Elctrica de

Guatemala y de la Comisin Nacional de la Energa.

La serie comprende:

MDULO TTULO

1

2

3

4

5

Mcanica de ajustes para electricidad

Mediciones Elctricas BsicasInstalaciones Elctricas Residenciales

Circuitos Elctricos de SealizacinInstalacin de Acometidas Elctricas

Instalacin y Mantenimiento de Motores ElctricosMonofsicos

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MEDICIONES ELCTRICAS BSICAS

PrerrequisitoObjetivo del manualPresentacinDiagrama de contenidos

Indice

Unidad 1:Mediciones elctricas bsicasObjetivos de la unidad 13

1.1 La Electricidad1.2 Formas de producir Electricidad1.3 Efectos de la Electricidad1.4 Magnitudes bsicas de la Electricidad1.5 Mltiplos y submltiplos de las unidades de medida1.6 Tipos de tensin Elctrica1.7 Circuito elctrico simple1.8 La ley de OHM1.9 Proceso de conexin de un circuito elctrico simple1.10 Instrumentos de medicin anlogos y digitales1.11 Manejo adecuado de los instrumentos de medicin elctrica1.12 Materiales conductores de la electricidad1.13 Materiales no conductores de electricidad1.14 Proceso de medicin de continuidad de materiales con

multmetro digital1.15 Resistencias elctricas1.16 Cdigo de colores para resistencias elctricas y otras

formas de indicar su valor1.17 Conexin de resistencias puras1.18 Clculo de conductancia, conductibilidad, resistividad y

resistencia especfica1.19 Clculo de la caida de tensin1.20 Lectura de escalas y rango1.21 Medidas de tensin e intensidad de la corriente continua y

alterna1.22 Medidas de seguridad al trabajar en instalaciones elctricas1.23 Precauciones en el rea de alta tensin1.24 Proceso de aplicacin de primeros auxilios

ActividadesResumenEvaluacin

14 19 29 34 35 36 37 39 43 45 55 57 59

61 62

67 70

74 76 77

81 96 103 105

109 112 114

7 7 9 11

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Unidad 2:Medicin de potencia y trabajo elctricomonofsicoObjetivos de la unidad 123

2.1 Trabajo elctrico2.2 Ley de watt2.3 Unidades de medida de potencia y trabajo elctrico2.4 El contador elctrico2.5 Proceso de lectura de un contador elctrico2.6 Trabajo y costo de la energa elctrica2.7 Medicin de potencia en forma indirecta2.8 Medicin de potencia en forma directa2.9 Proceso de medicin del trabajo elctrico

ActividadesResumenEvaluacin

124 125 127 127 130 131 132 132 132

134 136 137

130

140 142 143 145 153 155 155

156 157 158 161 167

Unidad 3:Medicin de intensidad lumnicaObjetivos de la unidad

3.1 Iluminacin3.2 Unidades de medida3.3 Luxmetro3.4 Luminosidad3.5 Tipos de iluminacin3.6 Proceso de medicin de la intensidad lumnica3.7 Medida de seguridad

ActividadesResumenEvaluacinGlosarioBibliografa

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MEDICIONES ELCTRICAS BSICAS

Con los contenidos de este manual, usted adquirirlos conocimientos necesarios para realizar medicioneselctricas de tensin, intensidad, resistencia, potencia,trabajo monofsico e intensidad lumnica, basndoseen especificaciones del fabricante y normas de laE.E.G.S.A..

OBJETIVO

del Manual

Para poder estudiar este mdulo, usted deber poseerconocimientos generales y/o experiencia en mecnicade ajustes. As mismo, para asegurar un entendimientoreal de las tcnicas presentadas en el presente manualy poder lograr un desempeo eficiente en un contextolaboral determinado es necesario que se cumplan lossiguientes requisitos:

Haber aprobado el 6 Ao de Educacin Primaria

No tener impedimentos fsicos que puedan limitar el desempeo normal en el trabajo

Ser mayor de 14 aos

Dominar las operaciones aritmticas bsicas

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MEDICIONES ELCTRICAS BSICAS

PresentacinEl presente manual de Mediciones Elctricas Bsicas constituye material de apoyopara el paquete didctico del evento del mismo nombre, cuyo contenido sedetermin a partir de Normas tcnicas de competencia Laboral establecidas porgrupos de trabajo conformados por personal tcnico del INTECAP.

Las Mediciones Elctricas Bsicas se refieren a todas las tcnicas que se utilizan paradeterminar magnitudes elctricas bsicas, en circuitos elctricos con corrientecontinua y con corriente alterna.

Su finalidad es proporcionar la informacin necesaria para realizar los procedimientosadecuados de medicin.

Este segundo mdulo de la serie de Electricidad Domiciliar contiene las tcnicasque se deben aplicar para la medicin de magnitudes elctricas bsicas en circuitoselctricos con DC y AC.

A travs del estudio y la prctica de los contenidos de este manual, el participanteadquirir los conocimientos, habilidades y destrezas necesarias para desempeareficientemente las funciones de realizar mediciones de magnitudes elctricas: bsicas,de potencia, de trabajo elctrico monofsico y de intensidad lumnica, en circuitoselctricos.

El manual consta de tres unidades. En la primera unidad se explican los principiosbsicos de la electricidad, el manejo adecuado de los instrumentos de medicinelctrica, los procesos de medicin de resistencia, voltaje e intensidad de corriente,tanto en corriente continua, como en alterna

En la segunda unidad se describen los procesos de lectura de contadores de energaelctrica y de medicin del trabajo elctrico monofsico.

En la tercera y ltima unidad se presentan los principios de iluminacin, incluyendosus tipos, y el proceso de medicin de intensidad lumnica.

Cada una de las tres unidades corresponde a una funcin especfica dentro del reade Mediciones Elctricas Bsicas, de la ocupacin de Electricista Instalador Domiciliar,por lo que el estudio del presente manual podra enfocarse nicamente a una ovarias de sus unidades, y no necesariamente extenderse a todo el mdulo. Estodepender, lgicamente de las funciones que se realicen en el lugar de trabajo.

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MEDICIONES ELCTRICAS BSICAS

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MEDICIONES ELCTRICAS BSICAS

Diagramade Contenidos

UNIDAD 2

MEDICIN DE POTENCIA YTRABAJO ELCTRICO

MONOFSICO

UNIDAD 3

MEDICIN DE INTENSIDADLUMNICA

Tiempo aproximadode estudio: 35 horas

La estimacin del tiempo para el estudio del presente manual es de 35 horas,aunque depende directamente del ritmo individual de aprendizaje. De acuerdo alplan de formacin correspondiente al presente mdulo, el tiempo total de clasestericas y de prcticas en taller correspondientes al perodo de formacin en elcentro de capacitacin o en la empresa es de 200 horas.

UNIDAD 1

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MEDICIONES ELCTRICAS BSICAS

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MEDICIONES ELCTRICAS BSICAS

UNIDAD 1

MEDICIONESELCTRICAS

BSICAS

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Con el contenido de esta unidad, usted ser competentepara:

Demostrar las formas de producir electricidad y susefectos, de acuerdo a tcnicas y mtodos establecidos.

Construir un circuito elctrico simple, tomando en cuentamedidas de seguridad y proteccin ambiental.

Realizar mediciones de continuidad de materialesconductores y no conductores, en base a procedimientostcnicos establecidos y medidas de seguridad.

45

6

Realizar lectura de resistencias, de acuerdo al cdigointernacional de colores.

Medir tensin, corriente y resistencia con aparatos anlogosy digitales, tomando en cuenta procedimientos tcnicosestablecidos, las recomendaciones del fabricante y medidasde seguridad.

Realizar conexiones serie y paralelo de resistencias, segnlas leyes de cada conexin.

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MEDICIONES ELCTRICAS BSICAS

El hombre lleg a conocer en el rayo la electricidadcomo fenmeno de la naturaleza.

El rayo es un fenmeno que recuerda las fuerzasnaturales y los peligros de la electricidad.

1.1.1 DEFINICIN DEELECTRICIDAD

La electricidad es una forma de energa, como lo es elcalor, la luz, la energa mecnica y la energa qumica.

La electricidad se debe a la separacin o movimientode los electrones que forman los tomos. Loselectrones son partculas elementales que estnpresentes en todos los tomos, por lo que laelectricidad es una propiedad de todos los materiales.

Figura 1La diferencia de potencial entre las nubes o entre una nube y el suelo,

produce cargas elctricas atmosfricas o rayos.

LA ELECTRICIDAD1.1 1.1.2 CARACTERSTICAS DE LAELECTRICIDAD

La energa elctrica presenta, frente a otras formas deenerga, caractersticas que la hacen especial yventajosa, entre las cuales se tiene:

Puede ser transportada fcilmente. Las centraleselctricas suministran energa a amplios territorios,mediante conducciones a grandes distancias.

Puede transformarse fcilmente en otras formasde energa, por ejemplo en calor, luz, energamecnica, etc.

Por las anteriores caractersticas la electricidad esempleada con facilidad en hogares, talleres y grandesindustrias. Pero, es muy peligrosa y mortal para el serhumano, si no se toman en cuenta las medidas deseguridad.

1.1.3 ESTRUCTURA DE LAMATERIA

La materia es el material fsico del universo, es cualquiercosa que ocupa un espacio y que tiene una masa,ejemplos: mesa, carro, rbol, agua, aire, pelo, cuero,etc.

La materia puede existir en estado lquido, slido ygaseoso.

Toda la materia est constituida por elementos simples,llamados tambin elementos qumicos.

a. Elementos qumicos: es la sustancia que no puedeser descompuesta o dividida en sustancias mssimples por medios qumicos ordinarios.

Por ejemplo; hidrgeno, oxigeno, carbono, hierro, aluminio, etc.

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Los elementos son los materiales bsicos queconstituyen toda la materia. Se conocen ms de 100elementos qumicos en el Universo. Los elementos nopueden descomponerse en otras sustancias ni porprocedimientos qumicos ni por procedimientosmecnicos.

Los elementos estn formados por un slo tipo detomos, que reciben el mismo nombre que el delelemento. Es decir, el elemento hidrgeno estcompuesto de varios tomos de hidrgeno, elelemento aluminio est compuesto de varios tomosde aluminio y as sucesivamente.

b. Compuesto qumico: es una sustancia formadapor dos o ms elementos que se combinan enproporcin invariable. Ejemplo de compuestosqumicos son: el agua, formada por el elementohidrgeno y el elemento oxgeno, la sal formadapor el elemento cloro y el elemento sodio y elbronce que es una aleacin del elemento estao ydel elemento cobre. Tanto los elementos comolos compuestos son sustancias puras.

c. Mezclas: una mezcla est formada porcombinaciones diferentes de elementos ycompuestos sin interaccin qumica entre ellos.Ejemplos de mezclas son: el agua azucarada y elaire, que es una mezcla de diferentes gases.

d. Molcula: es la partcula ms pequea de unasustancia, que mantiene las propiedades qumicasespecficas de esa sustancia. Si una molcula sedivide en partes an ms pequeas, stas tendrnuna naturaleza diferente de la sustancia original.Por ejemplo, una muestra de agua puede dividirseen dos partes, y cada una dividirse a su vez enmuestras de agua ms pequeas. El proceso dedivisin y subdivisin finaliza al llegar a la molculasimple de agua, que si se divide, dar lugar a algoque ya no es agua; esto es, hidrgeno y oxgeno.

Ver figura 1-2.

e. El tomo: es la partcula ms pequea a la que sepuede reducir un elemento y que conserva laspropiedades de ese elemento.

Los tomos son tan pequeos que no se pueden ver asimple vista. Por ello se han desarrollado modelostericos de su estructura, con lo que pueden explicarselos resultados de los experimentos.

Bsicamente, un tomo est formado de trestipos de partculas subatmicas que son de intersen el estudio de la electricidad:

Electrones con carga elctrica negativa. Protones con carga elctrica positiva. Neutrones sin carga elctrica.

Los protones y los neutrones se localizan en el centroo ncleo del tomo y los electrones giran en rbitasalrededor del ncleo, formando la corteza (figura3 en la siguiente pgina).

Los electrones se mueven alrededor del ncleo a granvelocidad y dan con ello la impresin de formar unacorteza.

La diferencia entre los diferentes elementos consistesimplemente en el nmero de partculas que poseen.As por ejemplo, el cobre presenta 29 protones, y elzinc 30 en el ncleo. En las figuras 4 y 5 estnrepresentados en un plano, algunos modelos atmicossimplificados.

Figura 2Mlecula de agua (H2O).

tomo de oxgeno

tomo dehidrgeno

tomo dehidrgeno

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MEDICIONES ELCTRICAS BSICAS

En un tomo el nmero de electrones es siempre igualal nmero de protones. El nmero de neutrones sueleser diferente del de protones.

En un tomo el nmero de electrones es siempre igualal nmero de protones.

RECAPITULANDO

En un tomo haynormalmente el mismo

nmero de electrones y deprotones, y un nmero igual. o

superior, de neutrones.

Ncleo con6 protones y6 neutrones

Corteza con6 electrones

Forma esfrica

Figura 3Partes del un tomo y forma esfrica exterior.

Hidrgeno:

1 protn1 electrn

Figura 4Representacin grfica plana del tomo del hidrgeno.

Carbono:6 protones6 neutrones6 electrones

Cobre:29 protones34 neutrones29 electrones

Los electrones describen sus rbitas en determinadaszonas alrededor del ncleo, zonas que se llaman capasy se caracterizan mediante letras correlativas. En lasiguiente tabla se muestran los nombres de las capasde los electrones alrededor del ncleo, y el nmeromximo posible de electrones.

Los electrones que se encuentran en la ltima capa deun tomo reciben el nombre de electrones de valencia.Ejemplo: en un tomo de cobre (Figura 5), empezandode la capa ms prxima al ncleo hasta las ms lejanas,los electrones estn distribuidos de la siguiente forma:

Figura 5Representacin plana de tomos

de los elementos Carbono y Cobre.

Tabla 1Capas de electrones alrededor del ncleo

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Capa K 2 electronesCapa L 8 electronesCapa M 18 electronesCapa N 1 electrn de

valencia. Total 29 electrones.

Si se aplica suficiente energa a un electrn de valencia,el electrn se desligar de su tomo, ya que no existerbita inmediata superior.

La electricidad se produce cuando los electrones se liberande sus tomos respectivos. Sin embargo, la energasuministrada a una capa de valencia se distribuye entre loselectrones en dicha capa. Por lo tanto, para determinadacantidad de energa, mientras ms electrones de valenciaexistan, menor ser la energa que tendr cada uno de ellos.

La energa suministrada para separar los electrones de sutomo puede ser: calorfica, lumnica, magntica, etc., comose ver mas adelante en la seccin formas de producir electricidad.

Esto indica que entre menos electrones tenga untomo en su capa de valencia, ms fcil serdesprenderle un electrn, pues se necesita menorcantidad de energa. Los materiales conductores tienenun electrn de valencia, los semiconductores tienencuatro y los aislantes tienen 6 ms.

Energa

Figura 6La energa aplicada al tomo

se distribuye entre los dos electrones de valencia.

1.1.4 CARGAS ELCTRICAS

Los electrones pueden separarse de los tomos. Alsepararse dan origen a la carga elctrica.

Cuando se transfieren los electrones, que tienen carganegativa, los tomos de los que proceden se conviertenen iones positivos, o cationes, mientras que aquellosa los que se aaden se convierten en iones negativos,o aniones.

Los electrones tienen una masa en reposo de9.109 x 10-31 kg y una carga elctrica negativa de1.602 x 10-19 coulumbios.

Debido a que la carga es una propiedad de la materia,todo tiene carga, pero no se manifiesta, no se ve ni sesiente porque est en equilibrio. Una de las formascon las que usted puede comprobar la existencia decargas elctricas es caminando sobre una alfombra entiempo seco, es muy probable que se produzca unachispa al tocar la perilla metlica de la puerta.

La neutralidad elctrica de la mayora de los objetosen el mundo visible oculta el contenido de cantidadesenormes de carga positiva y negativa que, en su mayorparte, se cancelan entre s y no se observa ningn efecto

Tabla 2Capas de electrones de un tomo de cobre

Figura 7La energa aplicada al tomo

se distribuye entre los cuatro electrones de valencia.

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MEDICIONES ELCTRICAS BSICAS

externo. Slo cuando este equilibrio se perturba, lanaturaleza revela los efectos de una carga positiva onegativa no compensada o desbalanceada. Cuando sedice que un cuerpo est cargado se quiere decir que,tiene un desbalance de carga, aun cuando la carga netarepresente una pequea fraccin de la carga positivao negativa total contenida en el cuerpo.

Existen dos tipos de carga elctrica que son positiva ynegativa.

Las cargas positivas se atraen con las negativas, lasnegativas repelen a las negativas, al igual que lo hacenlas cargas positivas con las positivas.

Entre objetos elctricamente neutros no aparecenfuerzas de atraccin ni de repulsin.

Con esto, usted puede ahora entender lo que sucedecuando se frota una varilla plstica con un pao de lana,o una varilla de vidrio con un pauelo de seda.

Al frotar la varilla de plstico con el pao de lana loselectrones pasan del pao a la varilla, quedando cargadanegativamente (exceso de electrones).

Repulsin

Atraccin

Figura 8Cargas elctricas.

Cargas de igual signo se repelen,cargas de signo contrario se atraen.

Cuando usted frota la varilla de vidrio con el pauelode seda, hay electrones que se separan de la varilla ypasan al pauelo, con lo que en la varilla quedarn mscargas positivas que negativas (defecto de electrones).

Luego de estar cargadas las dos varillas y al suspenderlibremente, sobre un hilo, una de las dos varillas yacercrsele la otra, observar el efecto de atraccinentre las dos varillas. Esto es debido a que tienen cargaselctricas contrarias.

Varilla de plstico

Exceso deelectrones

Pao de lana

Defecto deelectrones

Figura 9Al frotar la varilla de plstico con el pao de lana hay electrones que

pasan del pao a la varilla. El pao queda cargado positivamente(defecto de electrones).

Figura 9Al frotar la varilla de plstico con el pao de lana hay electrones que

pasan del pao a la varilla. El pao queda cargado positivamente(defecto de electrones).

Varilla de plstico

Defecto deelectrones

Pauelo de seda

Exceso deelectrones

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Luego de estar cargada la varilla de plstico y acercarlaa recortes de papel, ver la forma en que son atradospor ella.

Al frotar dos varillas de vidrio con un pauelo de seday luego colocarlas como muestra la figura 11 observarel efecto de repulsin. Este es debido a que tienencargas elctricas iguales.

Otra caracterstica de las cargas es que neutralizan susefectos, dando lugar con ello a las fuerzas de atraccinentre los cuerpos cargados con distinto signo.

Despus de frotar el vidrio con la seda, ambos secargan con electricidad. Pero, si la varilla de vidrio y laseda se juntan nuevamente, entonces por la atraccinde cargas positivas en la varilla, los electrones salende la seda, hasta que ambos materiales quedan denuevo elctricamente neutros. Ver figura 12.

Para producir electricidad existen varias formas.El proceso de producir electricidad es convertir energade cualquier tipo en energa elctrica. Algunos mediospermiten obtener mayor potencia que otros, y es porello, que para grandes potencias se usan unos y parapequeas aplicaciones y para lugares alejados se usanotros de menor capacidad, debido a que su demandaes menor.

F

Figura 11Dos varillas de vidrio cargadas elctricamente

con el mismo signo, se repelen.

FORMAS DE PRODUCIRELECTRICIDAD

1.2

Figura 12Al juntar dos cargas diferentes, estas se neutralizan.

Figura 13Distintas formas de producir la electricidad.

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La forma de producir electricidad se puede clasificaren seis grandes categoras:

Por friccin Por reacciones qumicas Por presin Por calor Por luz Por magnetismo

ELECTRICIDAD PRODUCIDA1.2.1 POR FRICCIN O FROTAMIENTO

Una carga elctrica se separa cuando se frotan dospiezas de ciertos materiales, como por ejemplo seday vidrio.

Despus de frotar los materiales, en la superficie deuno, existen muchos tomos que no puedencombinarse con otros, en la misma forma en que lohacen cuando estn dentro del material, por lo tanto,los tomos superficiales contienen algunos electroneslibres, sta es la razn por la cual los aisladores, comopor ejemplo el vidrio y el caucho, pueden producircargas de electricidad esttica.

La energa calorfica producida por el frotamiento esdebido a la friccin la cual se imparte a los tomossuperficiales que entonces liberan los electrones.

PROCESO DE PRODUCCIN DEELECTRICIDAD POR FRICCIN OFROTAMIENTO

Los cuerpos cargados elctricamente presentan unacaracterstica que usted puede comprobar fcilmentey es que, los cuerpos cargados ejercen fuerzas entres. Para comprobar la existencia de cargas elctricas,usted puede realizar los siguientes procesos:

1. Frote en su ropa (de preferencia un suter delana) o en su propio cabello un globo inflado; puedeponer el globo contra la pared y ah permanecer.

Por qu? Cuando es frotado, el globo tomaelectrones del suter o del cabello y adquiere unaligera carga negativa, la cual es atrada por la cargapositiva de la pared.

2. Ahora, frote usted dos globos inflados, a cada unode ellos teles un hilo y trate de que se acerquenuno al otro. Qu ocurre? Los globos evitan tocarseentre s. Por qu? La explicacin es que ambostienen cargas negativas y stas se repelen. Esta esuna de las caractersticas de la electricidad, lascargas positivas se repelen y las cargas negativastambin lo hacen. En cambio, las cargas dediferente signo se atraen. Esto mismo ocurre conlos polos de un imn: el "norte" tiende a unirsecon el "sur", pero los polos iguales siempre serepelen entre s.

3. Frote una varilla de plstico (lapicero plstico)con un pao de lana, vea la Fig. 14. Hay electronesque pasan del pao a la varilla, la cual queda cargadanegativamente (exceso de electrones), vea laFig. 15. Luego de cargar la varilla de plstico,acrquela a recortes de papel, ver como los atrae,vea la Fig. 16.

Figura 14Fotacion de una varilla de plstico

Figura 15Varilla de plstico cargada negativamente.

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4. Frote dos varillas de vidrio con un pauelo de seda, hay electrones que se separan de las varillas

y se pasan al pauelo, con lo que en las varillasquedarn ms cargas positivas que negativas(defecto de electrones). Luego de estar cargadaslas dos varillas y colocarlas como muestra la figura1-17, ver el efecto de repulsin. Esto es debido aque ambas tienen cargas elctricas iguales.

1.2.2 ELECTRICIDAD PRODUCIDA POR REACCIONES QUMICAS

Las sustancias qumicas se combinan con ciertosmetales, para iniciar una actividad qumica en la cualhabr transferencia de electrones, producindosecargas elctricas. Esta es la forma en la que funcionauna batera o pila ordinaria. Las bateras o pilas sonfuentes que transforman la energa qumica en energaelctrica.

Figura 16Atraccin de recortes de papel

con la varilla de plstico cargada.

F

Figura 17Dos varillas de vidrio cargadas elctricamente

con cargas del mismo signo, se repelen.

La corriente elctrica no solo puede circular porconductores metlicos, sino tambin, a travs dedeterminados lquidos.

El agua qumicamente pura es un lquido que nocontiene ningn tipo de sustancias extraas y es muymala conductora de la electricidad. Sin embargo, elagua corriente no es qumicamente pura. Segn laregin de la que se obtenga, el agua contendrcantidades diversas de sales y otras sustancias.

Todas las sales y cidos aumentan la conductividad delagua. Los lquidos que conducen la corriente elctricase llaman electrolitos.

Para producir electricidad por medios qumicos senecesitan dos electrodos de diferentes materiales yun electrolito.

Colocando los dos electrodos dentro del electrolito,uno de los electrodos cede electrones (defecto deelectrones) y el otro los recibe (exceso de electrones).Al estar cargados los dos electrodos, aparece unafuerza entre ellos llamada tensin elctrica.

La tensin elctrica se origina por la separacin entrelas cargas, las cuales tienden a compensarse.

El smbolo empleado para la tensin elctrica es "U",su unidad de medida es el voltio "V" y se mide con unaparato llamado Voltmetro.

La tensin entre los electrodos vara, segn losmateriales utilizados como electrodos.

Se ha medido la tensin de electrodos de diversassubstancias dentro de la solucin, con sus sales en unaconcentracin constante.

En segundo lugar se ha empleado un electrodo patrn(electrodo de hidrgeno). De ah se obtiene la llamadaescala o serie de tensiones.

A continuacin se presenta una escala de tensioneselectroqumicas de diferentes materiales, con unelectrodo patrn de hidrgeno a 25 gradoscentgrados.

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Oro + 1.50 VPirolusita + 0.9 VPlatino + 0.86 VPlata + 0.80 VMercurio + 0.79 VCarbn + 0.74 VCobre + 0.34 VBismuto + 0.28 VAntimonio + 0.14 VHidrgeno 0 VPlomo - 0.13 VEstao - 0.14 VNquel - 0.23 VCobalto - 0.29 VCadmio - 0.40 VHierro - 0.44 VCromo - 0.56 VZinc - 0.76 VManganeso - 1.10 VAluminio - 1.67 VMagnesio - 2.40 VSodio - 2.71 VPotasio - 2.92 VLitio - 2.92 V

Un electrodo de oro (+ 1.50 V) y otro de litio(- 2.92 V) sumergidos en un electrolito, dan comoresultado una tensin entre los dos electrodos de4.34 V (1.50 + 2.92), siendo el electrodo de oro elpolo positivo y el electrodo de litio el polo negativo.

Los materiales de los electrodos a utilizar para lasbateras o pilas, dependen del costo, de los efectos dela corrosin electroqumica y de otras propiedades delos materiales.

En las pilas de 1.66 V se utilizan electrodos de zinc ypirolusita (bixido de manganeso).

La tensin depende tambin, del tipo de electrolitoutilizado y de su concentracin.

Si ambos electrodos son del mismo material no puedeoriginarse una tensin entre ellos.

A las fuentes que transforman la energa qumica enenerga elctrica se les llama pilas galvnicas o pilaselectrolticas. Las pilas electrolticas a su vez, seclasifican en pilas primarias y pilas secundarias oacumuladores.

Los procesos electroqumicos que se desarrollan enlas pilas primarias son irreversibles. Las pilas no puedenvolver a utilizarse una vez descargadas, es decir, nopueden cargarse de nuevo.

En las pilas secundarias, s es posible invertir el sentidode los procesos electroqumicos. Esto se consiguesuministrando energa elctrica. Por tanto, losacumuladores pueden almacenar energa elctrica enforma de energa qumica y volver a suministrarlacuando se necesite.

a. PILAS PRIMARIAS

Una gran cantidad de pilas electrolticas que se utilizandiariamente tienen electrodos de zinc y dixido demanganeso, carbono como electrodo de contacto yun electrolito de cloruro amnico. Todas estas pilasdifieren simplemente en su aspecto exterior y por elnmero de pilas conectadas en serie.

Descarga

Figura 18Divisin de las pilas electrolticas.

Pilas electrolticas

Pilas primarias

Pilas secundariasacumulador de energa

Descarga

Consumo deenerga.

p. ej., calor

Suministro deenerga elctrica

Carga

Tabla 3

M E D I C I O N E S E L C T R I C A S B S I C A S 23

MEDICIONES ELCTRICAS BSICAS

La figura 19 muestra la estructura de una pila.El revestimiento de zinc es el polo negativo de lafuente. El polo positivo es de dixido de manganeso,conectado mediante una varilla de carbn. Entreambos electrodos se encuentra una solucin espesade cloruro amnico (no mostrada en la figura) que seimpregna con sustancias absorbentes, como porejemplo el almidn.

El revestimiento de zinc se disuelve lentamente en elelectrolito, dando lugar a iones positivos. Mientras elrevestimiento de zinc se vuelve negativo, el dixidode manganeso se hace positivo, pues cede electrones.

Al cerrar el circuito elctrico exterior, los electronesdel recipiente de zinc pasan al electrolito a travs delelectrodo positivo, con lo que circular una corriente.Para poder trabajar adecuadamente con pilaselectrolticas es importante que tome en cuenta lassiguientes tensiones:

1. Tensin en circuito abierto

Es la tensin que existe en los electrodos cuando nose conecta ninguna carga. En las pilas de zinc y dixidode manganeso el valor de esta tensin se encuentraentre 1.35 a 1.72 Voltios.

2. Tensin nominal

Es el valor en nmeros redondos, que se define como1.5 voltios por pila. Se considera que una pila estdescargada cuando su tensin de trabajo, vale la mitadde la tensin nominal.

Figura 19Estructura de una pila primaria.

3. Tensin en los terminales

La tensin en los terminales de una pila no es constante,pues decrece al aumentar el tiempo de descarga.

Una fuente de tensin electroqumica slo puedeproporcionar una determinada intensidad de corriente,durante un tiempo limitado. Cada fuente tiene unacapacidad diferente.

La capacidad K de una pila electroltica es la cantidadde carga Q que puede proporcionar, expresada enamperios-hora.

La capacidad depende fuertemente de la estructurade la pila y de la carga que se conecte. Es por ello quelos fabricantes no indican valores de capacidadconstante, sino valores indicativos para cada caso.

4. Tensin de trabajo

Es la tensin que aparece en los bornes de la pilacuando se conecta una carga. Su valor puede ser de1.2 a 1.5 Voltios.

Medidas de seguridad en lautilizacin de pilas primarias

Al cambiar las pilas de un determinado aparato debemontar siempre los tipos recomendados por elfabricante, pues slo en este caso estn garantizadasla potencia y la seguridad.

Debe vigilar que las pilas estn conectadas con lapolaridad adecuada. Si se conectan con la polaridadequivocada se producir una descarga propia, y sobretodo, se correr peligro de una fuga del lquidoelectroltico.

Si conecta todas las pilas con polaridad opuestapodra incluso, estropearse el aparato.

Debe siempre cambiar todas las pilas, pues si no, secorre el peligro de que las pilas "viejas" se descarguenexcesivamente, dando lugar a fugas qumicas.

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24 M E D I C I O N E S E L C T R I C A S B S I C A S

MEDICIONES ELCTRICAS BSICAS

Todos los materiales de las pilas son txicos, evite elcontacto directo con ellos.

b. PILAS SECUNDARIAS

La pila secundaria ms utilizada es el acumulador deplomo.

Cuando se descarga se puede volver a cargar con unacorriente elctrica.

Los acumuladores de plomo se utilizan eninnumerables campos.

Sirven, por ejemplo, como bateras de arranque paralos motores de combustin interna (Vea la Fig. 21).

En instalaciones fijas se emplean como fuentesenergticas o grupos electrgenos de emergencia eninstalaciones telefnicas o de sealizacin.

PROCESO DE PRODUCCIN DEELECTRICIDAD POR REACCIONESQUMICAS

A continuacin, realice cada paso como se le pide, paraque pueda producir electricidad con reaccionesqumicas.

Paso 1: Prepare un vaso de vidrio conagua, un poco de sal, una placa decobre, una placa de zinc, dosconectores tipo lagarto, un trapo paralimpiar y un voltmetro con una escalade 3 voltios con sus cables demedicin.

Paso 2: Disuelva un poco de sal enun recipiente con agua. La mezcla desal y agua forma un electrolito.

Paso 3: Introduzca en el agua con saldos placas de cobre, una en elextremo derecho y la otra en elizquierdo.

Paso 4: Conecte cada borne deconexin del voltmetro (escala de 3voltios) a las placas de cobre,utilizando los cables de medicin delvoltmetro y los conectores tipolagarto.

Paso 5: Observe que el voltmetrono muestra medicin de tensin. Estoes debido a que las dos placasutilizadas como electrodos son delmismo material.

Paso 6: Sustituya una de las placasde cobre por una de zinc, tomandoen cuenta la polaridad del voltmetro(borne positivo del voltmetro a placade cobre y borne negativo a placa dezinc).

Figura 20Pila daada

Aislamiento depapel

Recipiente de zinc

Ampollamiento

Desgastamientodel recipiente

Cloruro de zinc

Figura 21Acumulador de plomo.

M E D I C I O N E S E L C T R I C A S B S I C A S 25

MEDICIONES ELCTRICAS BSICAS

Paso 7: Observe que el voltmetromuestra una medicin de tensin.

Paso 8: Segn la escala de tensioneselectroqumicas de los materiales elcobre tiene + 0.35 V y el Zinc - 0.76V, lo que da una tensin total de 1.1V. Compare este valor con el delvoltmetro.

Paso 9: El agua con sal es unelectrolito que no daa el ambientey puede desecharla en el drenaje.

Paso 10: Limpie, ordene y guarde loutilizado en este proceso, incluyendosu rea de trabajo.

As se originan cargas positivas y negativas en los ladosopuestos (Fig. 23). Cuando cesa la presin, loselectrones regresan a sus rbitas. Los materiales secortan en determinadas formas para facilitar el controlde las superficies que habrn de cargarse; algunosmateriales reaccionan a una presin de flexin, en tantoque otros respondern a una presin de torsin.

PIEZOELECTRICIDAD O EFECTO PIEZOELCTRICO

Fenmeno fsico por el cual aparece una diferencia depotencial elctrico entre las caras de un cristal, cuandoste se somete a una presin mecnica. El efectopiezoelctrico se produce en varias sustanciascristalinas como el bario, el titanio o la turmalina.El efecto se explica por el desplazamiento de iones encristales que tienen una celda unitaria asimtrica(la celda unitaria es el poliedro ms simple quecompone la estructura de un cristal). Cuando secomprime el cristal, los iones de las celdas se desplazan,provocando la polarizacin elctrica de la misma.Debido a la regularidad de la estructura cristalina, estosefectos se acumulan, produciendo una diferencia depotencial elctrico entre determinadas caras del cristal.Dada su capacidad de convertir la deformacinmecnica en voltaje elctrico y un voltaje elctrico enmovimiento mecnico, los cristales piezoelctricos seutilizan en dispositivos como los transductores, quese emplean en la reproduccin de discos, y micrfonos.Los cristales piezoelctricos tambin se usan comoresonadores en osciladores electrnicos yamplificadores de alta frecuencia, ya que si se tallanestos cristales de una determinada manera, lafrecuencia de resonancia es estable y bien definida.

Figura 22Produccin de electricidad por efecto qumico, utilizando una placa

de cobre y una de zinc introducidas en agua con sal.

Figura 23Produccin de electricidad por presin.

Fuerza

CobrePolo positivo

Placa negativa(catodo)

Burbujas dehidrgeno Electrolito

Placa positiva(anodo)

Vaso

Polo negativo

Zinc

1.2.3 ELECTRICIDADPRODUCIDA POR PRESIN

Cuando se les aplica presin a algunos materiales, lafuerza de la presin pasa a travs del material, a sustomos, desalojando los electrones de sus rbitas yempujndolos en la misma direccin que tiene lafuerza. Estos se alejan de un lado del material y seacumulan en el lado opuesto.

26 M E D I C I O N E S E L C T R I C A S B S I C A S

MEDICIONES ELCTRICAS BSICAS

1.2.4 ELECTRICIDADPRODUCIDA POR CALOR

Debido a que algunos materiales liberan fcilmente suselectrones y otros materiales los aceptan, puede habertransferencia de electrones, cuando se unen dosmetales distintos, por ejemplo: con materialesparticularmente activos, la energa calorfica delambiente a temperatura normal, es suficiente para questos metales liberen electrones, ejemplos de estosmetales son el cobre y el zinc. As pues el zinc adquiereun exceso de electrones, por lo que se carganegativamente. El cobre, despus de perderelectrones, tiene una carga positiva. Sin embargo, lascargas originadas a la temperatura ambiente sonpequeas, debido a que no hay suficiente energacalorfica para liberar ms que unos cuantos electrones.Pero si se aplica calor a la unin de los dos metalespara suministrar ms energa, se liberan mselectrones. Este mtodo es llamado termoelectricidad(Fig. 24). Mientras mayor sea el calor que se aplique,mayor ser la carga que se forme. Al retirar la fuentede calor, los dos metales se enfriarn y las cargas sedisiparn. El dispositivo descrito recibe el nombre determopar. Cuando se unen entre si varios termopares,se forma una termopila.

Para una pareja de materiales determinada, ladiferencia de tensin es directamente proporcional ala diferencia de temperaturas. Esta relacin puede

emplearse para la medida precisa de temperaturasmediante un termopar. A temperaturas moderadas(hasta unos 260 C) suelen emplearse combinacionesde hierro y cobre, hierro y constantn (una aleacinde cobre y nquel), y cobre y constantn. Atemperaturas mayores (hasta unos 1.650 C) se utilizaplatino y una aleacin de platino y rodio. Como losalambres de los termopares pueden tener dimensionesmuy pequeas, tambin permiten medir con precisin,las temperaturas locales en un punto. El aparato paramedir temperaturas, combinando el termopar y elmilivoltmetro se llama pirmetro.

La corriente generada puede aumentarse empleandosemiconductores en lugar de metales, y puedealcanzarse una potencia de unos pocos vatios, coneficiencias de hasta el 6%. Estos generadorestermoelctricos, calentados con quemadores dequeroseno, son muy utilizados en zonas remotas paraalimentar radiorreceptores.

a. PROCESO DE PRODUCCIN DEELECTRICIDAD POR CALOR

A continuacin realice cada paso para producirelectricidad por calor.

Paso 1: Prepare un conductor decobre, un conductor de constantn,una candela o mechero, fsforos, unalicate, pinzas, navaja y un voltmetromuy sensible (milivoltmetro) paratensin continua.

Paso 2: Empalme los extremos de dosconductores, uno de constantn y elotro de cobre, utilizando un alicate yuna pinza.

Paso 3: Conecte los otros dosextremos de los conductores a losbornes del milivoltmetro. El cobre alpolo positivo y el constantn al polonegativo del voltmetro. Si elvoltmetro o multmetro es de variasescalas, seleccione la escala demilivoltios. (Consulte a su facilitadoro lea la leccin de medicin de tensinen este manual).

Figura 24Si coloca dos materiales distintos y calienta la unin, aparecer un

pequeo voltaje en los otros extremos de los materiales.

TermoelectricidadCobre

Junta

Zinc

La energa calorifica hace que el cobre libere electrones hacia el zinc

M E D I C I O N E S E L C T R I C A S B S I C A S 27

MEDICIONES ELCTRICAS BSICAS

Paso 4: Encienda la candela omechero.

Paso 5: Acerque la llama de lacandela o mechero a los extremostrenzados de los conductores paraaplicarles calor. (Fig. 25).

Paso 6: Observe la medida detensin en el voltmetro.

Paso 7: Apague la candela omechero, desconecte losconductores del voltmetro ydesempalme.

Paso 8: Limpie, ordene y guarde loutilizado en este proceso, incluyendosu rea de trabajo.

b. MEDIDAS DE SEGURIDAD DELPROCESO DE PRODUCCIN DEELECRICIDAD POR CALOR

Tome las precauciones para no quemarse o provocarun incendio.

Figura 25Produccin de electricidad, aplicando calor

a una unin de un conductor de cobrey un conductor de constantn.

c. MEDIDAS DE PROTECCINAMBIENTAL

El cobre es un metal que se puede reciclar en nuestromedio. Gurdelo en el recipiente donde almacena losdems restos de cobre.

1.2.5 ELECTRICIDAD PRODUCIDAPOR LUZ

La luz en s misma es una forma de energa, constituidapor pequeos paquetes de energa llamados fotones.Cuando los fotones de un rayo luminoso inciden sobreun material, liberan su energa. En algunos materiales,la energa procedente de los fotones puede ocasionarla liberacin de algunos electrones de los tomos.Materiales tales como potasio, sodio, cesio, litio,selenio, germanio, cadmio y sulfuro de plomoreaccionan a la luz en esta forma. El efecto fotoelctricose puede usar de tres maneras:

1. Fotoemisin: la energa fotnica de un rayo de luz,puede causar la liberacin de electrones de lasuperficie de un cuerpo que se encuentra en un tuboal vaco. Entonces una placa recoge estos electrones.

2. Fotovoltaica: la energa luminosa que se aplicasobre una de dos placas unidas, produce latransmisin de electrones de una placa a la otra.Entonces las placas adquieren cargas opuestas, enla misma forma que una batera.

3. Fotoconduccin: la energa luminosa aplicada aalgunos materiales que normalmente son malosconductores, causa la liberacin de electrones enlos materiales, de manera que stos se vuelvenmejores conductores.

Por ejemplo, en slo un metro cuadrado de una azoteasoleada de una casa, se recibe como promedio, lacantidad de 150 kWh al mes en energa solar, lo queequivale a la energa elctrica que consumemensualmente un hogar normal.

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MEDICIONES ELCTRICAS BSICAS

Existe otro mtodo que cada da se desarrolla ms ytiene grandes perspectivas: la conversin directa de laluz solar en electricidad por medio del uso de celdassolares, llamada comnmente conversin fotovoltaicade la radiacin solar.

Las clulas solares hechas con obleas finas de silicio,arseniuro de galio u otro material semiconductor enestado cristalino, convierten la radiacin enelectricidad, de forma directa. Ahora se dispone declulas con eficiencias de conversin superiores al30%. Por medio de la conexin de muchas de estasclulas en mdulos, el costo de la electricidadfotovoltaica se ha reducido mucho. El uso actual delas clulas solares se limita a dispositivos de bajapotencia, remotos y sin mantenimiento, comocalculadoras solares, boyas y equipamiento de navesespaciales. Las instalaciones fotovoltaicas sonampliamente utilizadas en las reas rurales.

1.2.6 ELECTRICIDAD PRODUCIDA POR MAGNETISMO

Usted ya conoce los imanes y los ha manejado algunaque otra vez. Por lo tanto, habr observado que enalgunos casos, los imanes se atraen y en otros serepelen. La razn de esto es que los imanes tienencampos de fuerza magntica que actan uno sobreotro.

La fuerza de un campo magntico tambin se puedeusar para desplazar electrones. ste fenmeno recibeel nombre de magneto electricidad, este es el principioque utilizan los generadores para producir electricidad.Cuando un buen conductor como el cobre, se hacepasar a travs de un campo magntico, la fuerza delcampo suministrar la energa necesaria para que lostomos de cobre liberen sus electrones de valencia.Todos los electrones se movern en la mismadireccin. El mismo efecto se obtiene si se hace pasarel campo magntico a lo largo del conductor. El nicorequisito es que haya un movimiento relativo entrecualquier conductor y un campo magntico.Este fenmeno recibe el nombre deelectromagnetismo. (Fig.. 26)

Todos los mtodos para producir electricidad queutilizan generadores, se basan en el principio delelectromagnetismo.

a. PROCESO DE PRODUCCIN DEELECTRICIDAD POR INDUCCIN

A continuacin realice cada paso para producirelectricidad por induccin.

Paso 1: prepare 5 metros de conductorde cobre esmaltado numero 24, un imnpermanente de barra, un pedazo depapel de lija fina y un ampermetro muysensible (miliamperios).

Paso 2: dle varias vueltas al conductorde cobre esmaltado. Esto forma unabobina.

Paso 3: lije los extremos del conductorde cobre esmaltado.

Paso 4: conecte los dos extremos delconductor de cobre esmaltado, a losbornes del ampermetro. Si elampermetro o multmetro es de variasescalas, seleccione la escala demiliamperios. Si tiene dudas consulte asu facilitador.

Paso 5: mueva la bobina alrededor delimn permanente de barra como lomuestra la siguiente figura.

Figura 26Cuando un conductor se mueve a travs de un campo magntico

experimenta una separacin de cargas que produceun voltaje en sus extremos.

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MEDICIONES ELCTRICAS BSICAS

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Paso 6: observe la lectura en elampermetro. El resultado de lamedicin depende del nmero devueltas de la bobina, de la fuerza delcampo magntico del imn y delmovimiento realizado por la bobina.

Paso 7: desconecte los conductores delampermetro.

Paso 8: el cobre es un metal que sepuede reciclar en nuestro medio.Gurdelo en el recipiente dondealmacena los dems restos de cobre.

Paso 9: limpie, ordene y guarde loutilizado en este proceso, incluyendo surea de trabajo.

Para que la electricidad sea til, es necesariotransformarla a otro tipo de energa. Los efectos de latransformacin son los que le interesan al ser humano.Los efectos que produce la electricidad son lossiguientes:

Calorfico Luminoso Magntico Qumico Fisiolgico

Figura 27Produccin de electricidad por induccin.

Cada uno de estos efectos encuentra una diversidadde aplicaciones especficas. A continuacin, ustedaprender la forma en la que se obtienen estosefectos.

1.3.1 EFECTO CALORFICO DE LA ELECTRICIDAD

Cuando la corriente elctrica pasa a travs de unconductor, y es de una intensidad relativamentegrande, el conductor se calienta. El calor es producidopor el choque de los electrones en el materialconductor.

El efecto calorfico de la energa elctrica se utiliza paracalentar algn objeto o material.

Un calentador elctrico sumergible utiliza el efectocalorfico para calentar un lquido, y el cautn, unmaterial slido como el estao, para realizarsoldaduras. (Fig. 28)

La plancha elctrica, la estufa elctrica, el hornoelctrico, la pistola para soldar (Fig. 29), tostadoresde pan, etc., son aparatos donde el efecto calorficode la electricidad es aplicado para facilitar el trabajodel ser humano.

EFECTOSDE LA ELECTRICIDAD

1.3

Figura 28Cautn elctrico. El efecto calorfico de la electricidad

se utiliza para calentar cosas.

Figura 29La pistola para soldar transforma

la energa elctrica en calor en su punta.

30 M E D I C I O N E S E L C T R I C A S B S I C A S

MEDICIONES ELCTRICAS BSICAS

El efecto calorfico de la pistola para soldar se utilizapara hacer soldaduras con estao. (Fig. 30)

a. PROCESO DE PRODUCCIN DE CALOR POR LA ELECTRICIDAD

Realice los siguientes pasos, para observar la formaen la que la electricidad produce calor.

Paso 1: Prepare 25 centmetros dealambre de hierro o constantn deaproximadamente 0.3 mm dedimetro, una fuente de poderregulable, dos soportes de porcelanapara fijar cables, cables de conexin ytiras de papel.

Paso 2: Coloque entre los dos soportesel alambre de hierro o constantn, yencima cuelgue tiras de papel dobladas.

Paso 3: Asegrese de que la fuente estapagada y conecte los terminales delalambre de hierro o constantn a lafuente regulable. (Fig. 31)

Paso 4: Encienda la fuente y aumentepoco a poco el voltaje. Asegrese deque nadie toque el alambre de hierroo constantn para que no se queme.Tambin, tome todas las precaucionescontra incendios.

Figura 30El efecto calorfico de la electricidad en una pistola para soldar, se utiliza

para derretir el estao en la soldadura blanda.

Paso 5: observe que al aumentar latensin, el alambre se calienta y las tirasde papel se queman. La corrienteelctrica calienta los alambres oconductores.

Paso 6: baje el voltaje y apague lafuente de poder.

Paso 7: desconecte el alambre dehierro o constantn y las conexionesde la fuente regulable.

Paso 8: el alambre de hierro oconstantn gurdelo para poderutilizarlo en otro proceso. No lodeseche para no contaminar elambiente.

Paso 9: limpie, ordene y guarde loutilizado en este proceso, incluyendosu rea de trabajo.

1.3.2 EFECTO LUMINOSO DE LA ELECTRICIDAD

Cuando la intensidad de la corriente elctrica pasa atravs de un filamento, y es de una intensidad grande,el filamento se calienta hasta la incandescencia yaparece junto al efecto calorfico, un efecto luminoso.ste efecto se utiliza en las lmparas incandescentes(Fig. 32).

Figura 31Efecto calorfico de la electricidad.

Alambre de hierroo constantn

Cable de conexin

Tiras de papeldoblas

Cable de conexin

Fuente de poder

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MEDICIONES ELCTRICAS BSICAS

En una lmpara incandescente, la corriente elctricafluye a travs de un delgado hilo de volframiodenominado filamento.

La corriente lo calienta hasta alcanzar unos 3,000 C,lo que provoca que emita tanto calor, como luz.

La bombilla o foco debe estar rellena con un gas inertepara impedir que el filamento arda.

Durante muchos aos, las lmparas incandescentes serellenaron con una mezcla de nitrgeno y argn.

Desde hace un tiempo comenz a utilizarse un gaspoco comn, el criptn, que permite que el filamentofuncione a una temperatura mayor, lo que da comoresultado una luz ms brillante.

Los gases tambin conducen una corriente elctricabajo determinadas condiciones.

En los tubos fluorescentes y en la lmpara de vaporde sodio, se utiliza este efecto para la obtencin deluz.

Para ver el efecto luminoso de la electricidad, bastacon que accione el interruptor para encender lalmpara o foco de su casa.

Figura 32Lmpara incandescente, bombillo o foco.

Filamento

Gas inerte

Ampolla de vidrio

Corrienteelctrica

Fuente de electricidad

Circuito1.3.3 EFECTO MAGNTICO DE LA ELECTRICIDAD

Todo conductor recorrido por una corriente elctricacrea a su alrededor, un campo magntico. Este efectopuede aumentarse enrollando los conductores paraformar bobinas (Fig. 34). El efecto magntico se utilizaen electroimanes, generadores y motores elctricos.

El campo magntico en una bobina recorrida por unacorriente elctrica es mayor en su centro, debido aque en el centro se suman los campos producidos porcada uno de los conductores.

Las bobinas recorridas por una corriente forman unelectroimn. Los electroimanes tienen innumerablesaplicaciones, ya que constituyen un imn controladoy se pueden construir de gran potencia.

Figura 33Lmpara incandescente, bombillo o foco incandescente.

Figura 34Campo magntico de un conductor

recorrido por una corriente elctrica.

Sentido de lacorriente elctrica

Lneas del campomagntico

Conductor

32 M E D I C I O N E S E L C T R I C A S B S I C A S

MEDICIONES ELCTRICAS BSICAS

a. PROCESO PRODUCCIN DEMAGNETISMO POR LA ELECTRICIDAD

A continuacin realice cada paso como se le pide, paraque pueda producir magnetismo con la electricidad.

Paso 1: Prepare un acumulador obatera de automvil, una bobina dehilo de cobre, cables de conexin ypequeos trozos de metal (clavos,tornillos grapas).

Paso 2: Asegrese de que la bobinatenga la capacidad de soportar elvoltaje del acumulador o batera delautomvil. Si tiene dudas consulte consu facilitador.

Paso 3: Conecte la bobina de hilo decobre a los bornes del acumulador,usando los cables de conexin.

Paso 4: Mantenga la bobina sobre lostrozos de hierro (clavos, tornillos,grapas).

Paso 5: Observe que todos losobjetos metlicos son atrados por labobina, en cuanto pasa por ella lacorriente elctrica. La bobina actacomo un imn.(Fig. 35)

Paso 6: Desconecte la bobina delacumulador.

Paso 7: Limpie, ordene y guarde loutilizado en este proceso, incluyendosu rea de trabajo.

1.3.4 EFECTO QUMICO DE LA ELECTRICIDAD

Cuando una corriente elctrica circula a travs de unlquido en el que hay sales disueltas (electrolito), lodescompone. De este modo pueden recuperarse loselementos que componen las sales que se encuentranen el lquido, pues se depositan en los electrodos.El depsito tiene lugar sobre la superficie de loselectrodos. En determinadas condiciones puedeproducirse adherencia, y por lo tanto, un acabadosuperficial.

El efecto qumico se utiliza para el revestimiento desuperficies metlicas, mediante recubrimientosmetlicos, se le llama galvanostegia.

De especial importancia son, por ejemplo, losrevestimientos de zinc, cobre, nquel, plata, oro ycromo.

a. PROCESO DE PRODUCCIN DEREACCIONES QUMICAS CON LAELECTRICIDAD

A continuacin realice cada paso como se le pide, paraque pueda producir reacciones qumicas con laelectricidad.

Figura 35Efecto magntico de la electricidad.

M E D I C I O N E S E L C T R I C A S B S I C A S 33

MEDICIONES ELCTRICAS BSICAS

Paso 1: Tenga preparado un acumuladoro batera de carro, conductores, cidosulfrico, una cuchara de porcelana y unvaso con agua.

Al mezclar cido sulfrico con aguase libera una considerable cantidad decalor. A menos que la mezcla se agitebien, el agua aadida puede calentarsems all de su punto de ebullicin y laformacin repentina de calor puedehacer saltar el cido fuera delrecipiente. El cido concentradodestruye la piel y la carne, y puedecausar ceguera si se introduce en losojos. El mejor tratamiento en caso deaccidente es eliminar el cido congrandes cantidades de agua. El cidosulfrico se utiliza en las bateras deplomo de los automviles.

Paso 2: Deje caer unas 15 gotas decido sulfrico en el vaso con agua yluego disuelva bien con la cuchara deporcelana. Tome las precaucionesnecesarias para evitar accidentes. Sitiene duda con respecto a este paso,consulte con su facilitador.

Paso 3: Conecte los dos conductorescon los bornes del acumulador.

Paso 4: Sumerja los terminales sinforro de los conductores, en el aguacon cido sulfrico.

Paso 5: Observe que en losterminales de los cables se formanburbujas. El agua se descompone Doxgeno e hidrgeno.(Fig. 36)

Paso 6: Saque los conductores dellquido y desconctelos delacumulador.

Paso 7: Limpie, ordene y guarde loutilizado en este proceso, incluyendosu rea de trabajo.

1.3.5 EFECTO FISIOLGICO DE LA ELECTRICIDAD

El efecto fisiolgico de la corriente elctrica, sepresenta cuando esta circula a travs del cuerpohumano o el de los animales, dando lugar aconvulsiones de la musculatura.

Si una persona roza o toca un conductor elctricodesnudo, la corriente elctrica puede circular a travsde su cuerpo y recibir lo que se llama una descargaelctrica.Aparte del efecto perjudicial, la corriente elctricapuede tener un efecto curativo si se dosificaadecuadamente. En medicina se trabaja conintensidades de corriente del orden de microamperios.El efecto fisiolgico de la corriente elctrica se aplicaen la Electromedicina, por ejemplo en el electroshock.Igualmente se aplica el efecto fisiolgico en las mallasy alambradas elctricas.

El efecto fisiolgico de la electricidad puede causar lamuerte, por eso en el manejo de la electricidad debentomarse las prevenciones necesarias, y adems, loscircuitos y aparatos elctricos deben tener su debidaproteccin.Figura 1-36

Efecto qumico de la electricidad.

34 M E D I C I O N E S E L C T R I C A S B S I C A S

MEDICIONES ELCTRICAS BSICAS

Para sentir el efecto fisiolgico de la electricidad, toquecon la lengua los bornes de una pila o batera de unalinterna de bolsillo (1.5 voltios). Sentir un cosquilleoligero.

Para hablar de electricidad es necesario tener claroslos conceptos de tensin elctrica, intensidad decorriente elctrica y resistencia elctrica. Estostrminos se definen a continuacin.

1.4.1 TENSIN ELCTRICA

La fuerza elctrica que "empuja" los electrones se llamatensin elctrica, su smbolo es U y se mide en voltios(smbolo V).

La tensin elctrica es la diferencia de potencial entredos puntos.

La tensin elctrica en ocasiones se denominadiferencia de potencial, fuerza electromotriz (fem)o voltaje.

LA TENSIN ELCTRICA es una medida de ladiferencia de cargas que se establece en los extremosde un elemento del circuito. En general, se puededefinir como la diferencia de los valores de voltaje entredos puntos arbitrarios de un circuito.

Toda partcula elctricamente cargada crea a sualrededor un campo de fuerzas. Para mover otrapartcula cargada de un punto a otro del campo, hayque realizar trabajo. La cantidad de energa necesariapara efectuar ese trabajo sobre una partcula de cargaunidad, se conoce como diferencia de potencial entreambos puntos. Esta magnitud se mide en voltios.La tierra, un conductor de gran tamao que puedesuponerse sustancialmente uniforme a efectoselctricos, suele emplearse como nivel de referenciacero para la energa potencial. As, se dice que elpotencial de un cuerpo cargado positivamente es detantos voltios por encima del potencial de tierra, y elpotencial de un cuerpo cargado negativamente es detantos voltios por debajo del potencial de tierra.Un generador de corriente elctrica permite manteneruna tensin elctrica constante, y en consecuencia, unacorriente elctrica permanente entre los extremos deun conductor.

La electricidad esttica es una carga elctrica enreposo. Pero, por lo general, una carga elctricaesttica no puede desempear una funcin til. Si sequiere usar energa elctrica para realizar algn trabajo,es necesario que la electricidad se "ponga en marcha".Esto sucede cuando se tiene una corriente elctrica.

1.4.2 INTENSIDAD DE LA CORRIENTE ELCTRICA

La intensidad de corriente elctrica es la cantidad decarga elctrica que, por segundo, pasa a travs de uncable o elemento de un circuito. La letra utilizada paraidentificar la intensidad de la corriente elctrica es I ysu unidad de medida es el amperio (A).

La corriente elctrica es el flujo ordenado de electronesa travs de un conductor.

MAGNITUDES BSICASDE LA ELECTRICIDAD

1.4

Figura 37Usos prcticos de la electricidad.

A.= Fusible de proteccincontra corto circuitos.

R. = Lmpara incandescente.I. = Motor elctrico.E. = TimbreL. = Tostador de pan.

M E D I C I O N E S E L C T R I C A S B S I C A S 35

MEDICIONES ELCTRICAS BSICAS

1.4.3 RESISTENCIA ELCTRICA

La oposicin que los electrones encuentran al pasarpor el conductor se llama resistencia elctrica.

El movimiento de los electrones en el conductor sedificulta por los choques con los tomos vecinos. Estapropiedad se denomina resistencia elctrica. Al chocarlos electrones ceden parte de su energa de velocidada los tomos, con lo que stos vibran fuertemente,hecho que se manifiesta con un calentamiento.

La letra para identificar la resistencia elctrica es R ysu unidad de medida es el ohmio, cuyo smbolo es .

Para indicar distancias grandes se dice que hay ciertonmero de "kilmetros", y de manera similar, que lapotencia de un generador es de algunos "megavatios".Conociendo los mltiplos y submltiplos de lasunidades de medida internacional, usted realizarfcilmente conversiones de medidas.

1.5.1 MLTIPLOS

Cuando se hace una medicin de algo grande se utilizanlos mltiplos. Los mltiplos son prefijos que seanteponen a una unidad de medida y que tienen unsignificado numrico. Por ejemplo, si usted dice 1kilmetro (o sea 1000 metros), kilo significa que tienemil de lo que sigue en la palabra, o sea, tiene milmetros.

Los prefijos se indican en potencias de 10. Laspotencias de diez son nmeros 10 elevados a unapotencia o a un exponente.

Por ejemplo 102 se lee diez a la dos o diez al cuadrado.El nmero pequeo se llama exponente y le indicacuantas veces debe multiplicar el nmero base que esel diez. En el ejemplo, usted debe multiplicar 2 vecesel nmero diez: 102 = 10x10 =100.

Si usted tiene 106 necesita multiplicar 6 veces elnmero diez.

106 = 10x10x10x10x10x10 = 1000000 = un milln.

Cuando usted multiplica por diez, lo que debe haceres agregar al nmero, un cero.

20x10 = 200, copia el 20 y le agrega un cero.

De esta forma usted puede simplificar la forma demultiplicar potencias de diez.

Si usted tiene 103 y desea obtener su valor total,agregue al nmero 1 el nmero de ceros que le indicael exponente (el nmero pequeo). Por ejemplo, sitiene 102, agrguele dos ceros al nmero 1 y tendr100, de esta forma usted podr saber el valor de lossiguientes prefijos.

El prefijo es la palabra que usted agrega a su unidadde medida.

1000 metros= 103 metros= 1 kilometro1000000 Watt= 106 Watt= 1 megawatt

Cuando se indica en forma abreviada lamedida, usted debe utilizar el smbolo.

1000 m = 1 Km (un kilmetro)100000 W = 1 MW (un megavatio)

MLTIPLOS YSUBMLTIPLOS DE LASUNIDADES DE MEDIDA

1.5

NMERO PREFIJO SMBOLO

10 18 exa E10 15 peta P10 12 tera T10 9 giga G10 6 mega M10 3 kilo k

Tabla 4

36 M E D I C I O N E S E L C T R I C A S B S I C A S

MEDICIONES ELCTRICAS BSICAS

1.5.2 SUBMLTIPLOS

Para indicar cantidades pequeas se utilizan lossubmltiplos, que tambin son potencias de diez sloque negativas.

Si usted tiene 10-2, lo que debe hacer para saber elvalor total del nmero es dividir uno entre el nmeroque resulta, al agregarle al uno, el nmero de cerosque indica el exponente.

Si tiene 10-3 divida 1 entre 1000 y tendr10-3 = 1/1000 = 0.001

Si tiene 10-6 divida 1 entre 1000000 ytendr 10-6 = 1/1,000,000 = 0.000001

Ejemplos del uso de submltiplos

10 centmetros = 0.10m = 10-2 m25 micrmetros= 0.0000025 m= 10-6 m15 miliamperios= 0.015 A= 10-3 A

Usted debe utilizar el smbolo para indicaren forma abreviada la medida.

25 miliamperios = 25 mA.30 microamperios = 30 m.

Cuando utilice los smbolos, tenga cuidado derepresentar los mltiplos con mayscula y lossubmltiplos con minscula. La "M" significa mega yla "m" significa mili, lo cual puede hacer una grandiferencia de millones.

Para todos los prefijos se aplica el mismoprocedimiento. Puede ser que le suene raro decirnanmetros, pero se va a dar cuenta que algunas cosasse miden en unidades pequeas como nanofaradiosque es una medida comn al medir capacitores. Esnecesario que usted se familiarice con estos trminos.

Para satisfacer las necesidades elctricas, se handesarrollado diferentes tipos de fuentes de tensinelctrica.

La tensin elctrica se clasifica en tres tipos:

Tensin continua en la que se produce una corrientedirecta o continua (CC).

Tensin alterna en la que se produce una corrientealterna (CA)

Tensin mixta en la que se produce una corrientecombinada.

Esta clasificacin es por el comportamiento de lapolaridad en funcin del tiempo. A continuacin sedefine cada una de ellas.

1.6.1 TENSIN DIRECTA

La tensin continua tiene un valor que siemprepermanece constante, desde que usted la conecta,hasta que la desconecta. La polaridad de la tensindirecta no vara.

TIPOS DE TENSINELCTRICA

1.6

NMERO PREFIJO SMBOLO

10 -1 deci d10 -2 centi c10 -3 mili m10 -6 micro 10 -9 nano n10 -12 pico p10 -15 femto f10 -18 atto a

Tabla 5

M E D I C I O N E S E L C T R I C A S B S I C A S 37

MEDICIONES ELCTRICAS BSICAS

La tensin directa tiene una sola polaridad al transcurrirel tiempo. El tipo de fuente de tensin directa mscomn es la batera. Usted puede observar en unabatera que siempre tiene un polo positivo y unonegativo fijos.(Fig 38)

1.6.2 TENSIN ALTERNA

La tensin alterna, cambia de polaridadconstantemente, y con ella, el sentido de la corriente.La tensin que las centrales elctricas suministran asu casa, es una tensin alterna. Un tomacorriente de120 voltios, utilizado para energizar televisores,licuadoras, refrigeradoras, etc, es de tensin alterna.Aunque, este tomacorriente tiene una lnea viva y otraneutral, no significa que sea de una polaridad definida.La siguiente figura muestra la forma de una tensinalterna sinusoidal.

1.6.3 TENSIN MIXTA

Una tensin mixta se compone de una tensin continuay una tensin alterna simultneamente. La siguientefigura muestra una posible forma. El valor de la tensinno es constante, pues oscila alrededor de un valormedio o central, el caso representado, entre los valoresde +3 y +17 voltios. La tensin continua media vale+10 voltios.

1.7 CIRCUITO ELCTRICO SIMPLE

Por s misma, la electricidad no es ms que unfenmeno interesante. Para aprovecharla en algn usoprctico, debe hacrsele que desempee algn trabajoo funcin. Generalmente, esto requiere controlar laelectricidad y con frecuencia, convertirla en otrasformas de energa. El medio fsico para lograr estatransicin de fenmeno a aplicacin prctica, es elcircuito elctrico.

Figura 38La tensin directa no cambia de polaridad

con el paso del tiempo.

Figura 39La tensin alterna cambia

constantemente de polaridad.

Figura 40La tensin mixta cambia de valor constantemente

sin necesidad de cambiar la polaridad.

38 M E D I C I O N E S E L C T R I C A S B S I C A S

MEDICIONES ELCTRICAS BSICAS

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1.7.1 DEFINICIN DE CIRCUITO ELCTRICO

Un circuito elctrico es un conjunto de elementoselctricos interconectados para la realizacin de untrabajo.

1.7.2 ESTRUCTURA DE UN CIRCUITO ELCTRICO SIMPLE

Un circuito elctrico est formado por los siguienteselementos o componentes:

La fuente de energa, El consumidor o carga, El interruptor y Los conductores.

En la fuente de energa se transforman diferentes tiposde energa en energa elctrica, obtenindose unatensin elctrica.

Las fuentes de tensin pueden ser: generador,acumulador, batera, pila, etc.

La polaridad de la fuente de tensin determina ladireccin en la que habr de fluir la corriente en elcircuito y la cantidad de tensin suministrada por lafuente, determina cual ser el valor de la corrienteque fluya.

En el consumidor o carga se transforma la energaelctrica en la forma de energa deseada. Para ello seconsume energa elctrica y se produce otra forma deenerga. Por lo tanto, el consumidor es un convertidorde energa. Esta conversin se realiza en el consumidor,mediante una oposicin al movimiento de loselectrones, que en el caso ms sencillo puededeterminarse mediante una magnitud elctricadenominada resistencia elctrica.

Un foco elctrico es una carga, como lo es un motor,un tostador, un calefactor, etc. El tipo de cargaempleada determina la cantidad de energa tomada dela fuente de tensin.

Los consumidores generalmente son resistencias.

Los conductores son los medios de transporte de lacorriente elctrica. Son los cables (conductor flexiblede varios hilos) y alambres (conductor rgido de unsolo hilo) que se utilizan para hacer las conexionesentre las fuentes y los consumidores.

Los elementos de un circuito se interconectanmediante conductores. Los conductores o cablesmetlicos se utilizan bsicamente para conectar puntosque se desea estn al mismo potencial (es decir,idealmente la cada de potencial a lo largo de un cableo conductor metlico es cero). Ver Fig. 41.

Un circuito elctrico debe tener un medio para que lacorriente fluya solamente cuando se necesita energaelctrica en la carga.

En cualquier otro caso, el circuito se mantiene"abierto", y entonces no hay flujo de corriente. A estemedio se le llama interruptor. (Fig. 42).

Figura 41Circuito elctrico y sus partes.

M E D I C I O N E S E L C T R I C A S B S I C A S 39

MEDICIONES ELCTRICAS BSICAS

La apertura o cierre de un circuito elctriconormalmente se efecta por medio de un interruptor.En su forma ms sencilla, un interruptor consta dedos piezas de metal conductor que se conectan a losconductores del circuito. Estas dos piezas de metalconductor estn colocadas de manera que sea fcilhacer que hagan contacto o que se separen. Cuandose separan los contactos del interruptor no puede fluircorriente y el circuito queda abierto. Existen diferentestipos de interruptores (Fig. 43).

Los circuitos elctricos para su rpida interpretacin,comprensin y diagramacin deben ser dibujados consmbolos normalizados.(Figs. 44 y 45).

La Ley de Ohm define una relacin entre las tresmagnitudes bsicas de la electricidad: Tensin,Intensidad de la corriente y resistencia.

1.8.1 DEFINICIN DE LA LEY DE OHM

George Simon Ohm encontr que si la resistencia enun circuito se mantiene constante y aumenta la tensinde la fuente, se produce un aumento correspondienteen la corriente. As mismo, una disminucin en tensinproduce una disminucin en la corriente.

Figura 42El interruptor sirve para poder

conectar y desconectar la carga de la fuente.

Figura 43Diferentes tipos de interruptores.

a) Pulsador,

b) selector o de pastillas,

c) de palanca o simple y

d) de cuchilla.

Figura 44Dibujo de circuito elctrico simplesin utilizar smbolos normalizados.

Figura 45Dibujo de circuito elctrico simple utilizando

smbolos normalizados tipo europeo segn las normas DIN.

LA LEY DE OHM1.8

40 M E D I C I O N E S E L C T R I C A S B S I C A S

MEDICIONES ELCTRICAS BSICAS

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