PRÁCTICA #1

CORRIENTE ELÉCTRICA

Una corriente eléctrica es todo movimiento de carga de una región a otra.

Básicamente consiste simplemente en el movimiento de los electrones y los

efectos que este movimiento produce en un conductor, en el aire o en el entorno.

La corriente eléctrica o intensidad eléctrica es el flujo de carga eléctrica por unidad

de tiempo que recorre un material. Se debe al movimiento de las cargas

(normalmente electrones) en el interior del material. En el Sistema Internacional de

Unidades se expresa en C/s (culombios sobre segundo), unidad que se denomina

Amperio. Una corriente eléctrica, puesto que se trata de un movimiento de cargas,

produce un campo magnético, un fenómeno que puede aprovecharse en el

electroimán.

Las cargas eléctricas quietas dan lugar a fenómenos electrostáticos y las cargas

en movimiento a la corriente eléctrica y el electromagnetismo.

CORRIENTE DIRECTA

Es el flujo de corriente que se dirige a una sola dirección. La corriente directa es

un tipo de corriente la cual se le conoce como corriente continua. Esta corriente es

utilizada para energizar diferentes circuitos eléctricos y electrónicos. La corriente

directa es creada por reacciones químicas, por acción de la luz o por inducción

eléctrica.

CARRACTERISTICAS DE LA CORRIENTE DIRECTA:

• La CC tiene un flujo continuo que se mueve a una solo dirección y son

constantes en el tiempo.

• Su aspecto es la de una línea recta que no varía.

• Se produce a través de fuentes de energía, las baterías, fuentes de alimentación

y generadores de corriente continua.

• Los dispositivos fotovoltaicos como las células solares también generan energía

de CC.

EJEMPLOS DE APLICACIÓN:

• Automóviles.

• Metro y locomotoras de ferrocarriles.

• Celulares.

• Leds.

CORRIENTE ALTERNA

Es una forma de señal que tiene un comportamiento alterno (que cambia en

función del tiempo) es utilizado para transportar grandes cantidades de energía

desde los lugares donde se generan hasta los lugares donde se utiliza. Se

denomina corriente alterna (abreviado CA en español y AC en inglés, de

alternating current) a la corriente eléctrica en la que la magnitud y sentido cambia

cíclicamente. La forma de oscilación de la corriente alterna más comúnmente

utilizada es la de una oscilación senoidal, puesto que se consigue una transmisión

más eficiente de la energía. Sin embargo, en ciertas aplicaciones se utilizan otras

formas de oscilación periódicas, tales como la triangular o la cuadrada. Utilizada

genéricamente, la CA se refiere a la forma en la cual la electricidad llega a los

hogares y a las empresas. Sin embargo, las señales de audio y de radio

transmitidas por los cables eléctricos, son también ejemplos de corriente alterna.

En estos usos, el fin más importante suele ser la transmisión y recuperación de la

información codificada (o modulada) sobre la señal de CA.

CARACTERISTICAS DE LA CORRIENTE ALTERNA:

• La característica principal de la corriente alterna que durante un instante de

tiempo un polo es negativo y el otro positivo, mientras que en el instante siguiente

las polaridades se invierten tantas veces como ciclos por segundo o Hertz posee

esa corriente.

CORRIENTE ALTERNA MONOFASICA.

CORRIENTE ALTERNA TRIFASICA.

• EL CICLO: Es la variación completa de la tensión o la corriente de cero a un

valor máximo positivo y luego de nuevo a cero y de este a un valor máximo

negativo y finalmente a cero.

• FRECUENCIA: La frecuencia es el número de ciclos que se producen en un

segundo. Su unidad es el (Hertz) que equivale a un ciclo por segundo, se

representa con la letra f.

PERIODO: Tiempo necesario para que un ciclo se repita. Se mide en segundos y

se representa con la letra P. Frecuencia y periodo son valores inversos f=1/T y

T=1/f.

• CIRCUITO ELECTRICO: Camino que recorre una corriente eléctrica, movimiento

de cargas eléctricas (electrones). Este recorrido se inicia en una de las terminales

de la pila pasa a través de un conductor eléctrico (cable de cobre), llega a una

resistencia (foco), que consume parte de la energía eléctrica; continua después

por el conducto, llega a un interruptor y regresa a la otra terminal.

• No obstante, aunque se produzca un constante cambio de polaridad, la corriente

siempre fluirá de polo negativo al positivo.

El electrón

Un electrón es una partícula elemental

estable cargada negativamente que

constituye uno de los componentes

fundamentales del átomo. Forma parte del

grupo de los leptones.

El electrón (e-) es una partícula subatómica

con una carga eléctrica elemental negativa.

Fue la primera partícula elemental.

Modelo atómico de Bohr

El modelo de Bohr es muy simple y recuerda al modelo planetario de

Copérnico, los planetas describiendo órbitas circulares alrededor del Sol. El

electrón de un átomo o ión hidrogenoide describe también órbitas

circulares, pero los radios de estas órbitas no pueden tener cualquier valor.

Bohr unió la idea de átomo nuclear de Rutherford con las ideas de una

nueva rama de la Ciencia: la Física Cuántica. Así, en 1913 formuló una

hipótesis sobre la estructura atómica en la que estableció tres postulados:

- El electrón no puede girar en cualquier órbita, sino sólo en un cierto

número de órbitas estables. En el modelo de Rutherford se aceptaba un

número infinito de órbitas.

- Cuando el electrón gira en estas

órbitas no emite energía.

- Cuando un átomo estable sufre una

interacción, como puede ser el

impacto de un electrón o el choque

con otro átomo, uno de sus

electrones puede pasar a otra órbita

estable o ser arrancado del átomo.

TIPOS DE CONDUCTORES ELÉCTRICOS

Un conductor eléctrico es un material que ofrece poca resistencia al movimiento

de carga eléctrica.

Solidos conductores

En los conductores sólidos (generalmente metales) la corriente eléctrica es

transportada por el movimiento de los electrones.

Los mejores conductores de la corriente eléctrica son los metales, porque

ceden más fácil que otros materiales los electrones que giran en la última

órbita de sus átomos (la más alejada del núcleo). Sin embargo, no todos los

metales son buenos conductores, pues existen otros que, por el contrario,

ofrecen gran resistencia al paso de la corriente y por ello se emplean como

resistencia eléctrica para producir calor.

El más utilizado de todos los metales en cualquier tipo de circuito eléctrico

es el cobre (Cu), por ser relativamente barato y buen conductor de la

electricidad, al igual que el aluminio (Al). Sin embargo, los mejores metales

conductores son el oro (Au) y la plata (Ag), aunque ambos se utilizan muy

limitadamente por su alto costo.

Líquidos conductores

Al igual que ocurre con los materiales sólidos, hay algunos líquidos que

conducen la electricidad, mientras que otros, no. En términos generales, los

ácidos fuertes junto con las disoluciones de sus sales en agua y las bases

son buenos conductores. Por otra parte, los líquidos orgánicos son malos

conductores.

La conductividad electrolítica en medios líquidos (Disolución) está

relacionada con la presencia de sales en solución, cuya disociación genera

iones positivos y negativos capaces de transportar la energía eléctrica si se

somete el líquido a un campo eléctrico.

Estos conductores iónicos se denominan electrolitos o conductores

electrolíticos. El agua, con sales como cloruros, sulfuros y carbonatos que

actúan como agentes reductores (donantes de electrones), conduce la

electricidad.

Una verdad que muchos desconocen es que el agua potable, la cual es la

apropiada para el consumo humano, tiene una cierta cantidad de minerales

los cuales no son perjudiciales para la salud y diferentes iones como

cloruros, nitratos, nitritos, amonio, calcio, magnesio entre otros, lo que

quiere decir que esta agua no es pura, estos minerales son los que se

encargan conducir la mayor parte de la electricidad. El Mercurio es el mejor

conductor líquido.

Gases conductores

Valencias negativas (se ioniza negativamente). En los gases la condición

que implica el paso de una corriente se conoce como el fenómeno de

descarga o "ruptura" eléctrica del gas: paso de un comportamiento no

conductor (baja corriente) a conductor. Tienden a adquirir electrones y a

formar óxidos ácidos. Por ejemplo: Nitrógeno, cloro, Neón (ionizados).

En el aire y en otros gases corrientes por debajo del dominio de rotura, la

fuente dominante de conducción eléctrica es a través de un relativamente

reducido número de iones móviles producidos por gases radioactivos, luz

ultravioleta, o rayos cósmicos.

Dado que un vacío perfecto no contiene partículas cargadas, los vacíos

normalmente se comportan como aislantes perfectos (serían los mayores

aislantes conocidos). Pese a ello, las superficies de los electrodos de metal

pueden causar que una región de vacío se convierta en conductora por la

inyección de electrones libres o de iones a través tanto de emisiones de

campo como de emisiones termiónicas.

TIPOS DE AISLANTES ELECTRICOS (no

conductores)

Un aislante eléctrico es un material con escasa capacidad de conducción de la

electricidad, utilizado para separar conductores eléctricos evitando un cortocircuito

y para mantener alejadas del usuario determinadas partes de los sistemas

eléctricos que de tocarse accidentalmente cuando se encuentran en tensión

pueden producir una descarga.

El aislante perfecto para las aplicaciones electrónicas sería un material

absolutamente no conductor, pero este material no existe.

Solidos no conductores

La conductividad eléctrica de un sólido depende del espaciamiento y el

estado de ocupación de las bandas de energía.

En un aislante la brecha entre las bandas de conducción y de valencia es

considerablemente mayor que en un metal: en consecuencia, se requiere

mucha mayor energía para excitar un electrón a la banda de conducción. La

carencia de esta energía impide la libre movilidad de los electrones. El

vidrio, la madera y el hule son aislantes comunes.

En los equipos electrónicos y los transformadores se emplea en ocasiones

un papel especial para aplicaciones eléctricas. Las líneas de alta tensión se

aíslan con un material solido no conductor (vidrio, porcelana u otro material

cerámico).

Los sólidos aislantes más comunes son: Cerámicos, polímeros, concreto y

la madera seca.

Líquidos no conductores

Las propiedades físicas de los dieléctricos líquidos como por ejemplo: peso

específico, conductibilidad térmica, calor específico, constante dieléctrica,

viscosidad, dependen de su naturaleza, es decir de la composición química,

pero su rigidez dieléctrica, además está ligada a factores externos como por

ejemplo: impureza en suspensión, en solución, humedad, etc., que,

generalmente, reducen su valor, degradando la característica importante.

Los aislamientos con líquidos más utilizados son los aceites minerales,

especialmente para transformadores y reactores. El problema es que es

altamente inflamable. Otro líquido aislante muy utilizado es el Agua

destilada.

Gases no conductores

Los gases generalmente no son buenos conductores, pero sometidos a

tensiones eléctricas muy altas o a presiones muy bajas pueden conducir la

corriente eléctrica.

Los gases aislantes más utilizados en los transformadores son el aire y el

nitrógeno. Estos transformadores son generalmente de construcción

sellada. El aire y otros gases tienen elevadísima resistividad y están

prácticamente exentos de pérdidas dieléctricas.

El SF6 (hexafluoruro de azufre) es otro gas aislante que se caracteriza por

ser incoloro, inodoro, no toxico, química y fisiológicamente inerte, no

corrosivo no inflamable y no contaminante. Por sus características

dieléctricas es ideal como medio aislante, tiene una rigidez dieléctrica muy

elevada, tanto a la frecuencia industrial como a impulso, gracias a su

peculiar característica de gas electronegativo. Con la captura de los

electrones libres la molécula de SF6 se transforma en iones negativos

pesados, y por lo tanto poco móviles. Este gas tiene menor capacidad de

disipación de calor que el aceite mineral, situación que se puede mejorar

aumentando la presión del SF6 en el tanque del transformador.

- ¿Qué es el SF6?

El SF6 es un gas sintetizado. El gas SF6 está constituido de flúor y

azufre. Seis átomos de flúor y un átomo de azufre.

- ¿Es el SF6 perjudicial para la salud?

El SF6 en estado puro no presenta riesgos fisiológicos. Debido a su

peso (es cinco veces más pesado que el aire) puede desplazar el aire si

se acumulan grandes cantidades en zonas más profundas y no

ventiladas. La legislación sobre productos químicos no clasifica al SF6

como sustancia peligrosa.

- ¿Para qué se utiliza el gas SF6?

Se emplea sobre todo en aparallajes aislados con gas y en medios de

explotación como gas aislante y extintor. Sin embargo, también se usa

en aceleradores de partículas, microscopios de electrones, equipos de

rayos X y sistemas de radar.

- ¿Por qué se emplea el SF6 en equipos eléctricos?

El SF6 tiene un efecto aislante muy bueno y propiedades excelentes

como cámara de extinción, por lo que se utiliza en aparallajes aislados

con gas y en otros medios de explotación eléctricos, como juegos de

barras. Sus ámbitos de aplicación son aparallajes de media y alta

tensión y cables aislados con gas (GIL).

- Propiedades esenciales del gas SF6

1. Incoloro e inodoro

2. Cinco veces más pesado que el aire

3. Resistente hasta 500 °C

4. Químicamente estable

5. Antivenenoso

6. No inflamable

7. Excelente rigidez dieléctrica

- Campos de aplicación

1. Gas de aislamiento para componentes de media y alta tensión

2. Fabricación de semiconductores

3. Displays y microtecnología

4. Aparatos de rayos X

5. Sistemas de radar

6. Aceleradores de partículas

7. Microscopios electrónicos

- Composición química

Molécula de gas SF6: El gas SF6 está constituido de flúor y azufre. Seis

átomos de flúor y un átomo de azufre.

TIPOS DE SEMICONDUCTORES ELÉCTRICOS

Semiconductor es un elemento que se comporta como un conductor o como un

aislante dependiendo de diversos factores, como por ejemplo el campo eléctrico o

magnético, la presión, la radiación que le incide, o la temperatura del ambiente en

el que se encuentre. Los elementos químicos semiconductores de la tabla

periódica se indican en la siguiente tabla:

Numerosos elementos, en especial el Si y el Ge del grupo 4A, o grupo 14, tienen

propiedades intermedias entre las de los metales y las de los no metales y, por

ello se denominan elementos semiconductores. La capacidad de un metal para

conducir la electricidad disminuye al aumentar la temperatura, ya que se acentúa

la vibración de los átomos a mayores temperaturas y esto tiende a romper el flujo

de electrones.

Dentro de los sólidos semiconductores están el germanio y el silicio. Tanto uno

como el otro tienen cuatro electrones en la órbita externa, la que por su distancia

al núcleo correspondería que tuviese ocho electrones para lograr una

configuración estable.

La conductividad que presenta un semiconductor a temperatura ambiente se

denomina conductividad intrínseca y mejora con la temperatura. Si a un trozo de

Ge se le aplica una diferencia de potencial ésta logrará orientar los electrones de

manera tal que recorran el circuito dirigiéndose hacia el polo positivo mientras que

las lagunas se orientan recorriendo el circuito hacia el polo negativo.

Por supuesto que un electrón que se dirige al polo positivo saliendo del

semiconductor y creando una nueva laguna será compensado por otro electrón

que entra por el polo negativo llenando otra laguna y manteniendo de esta manera

el número de electrones y lagunas originales.

PRÁCTICA #2

MEDICIÓN ELÉCTRICA

Las mediciones eléctricas se realizan con aparatos especialmente diseñados

según la naturaleza de la corriente; es decir, si es alterna, continua o pulsante. Los

instrumentos se clasifican por los parámetros de voltaje, tensión e intensidad.

De esta forma, podemos enunciar los instrumentos de medición como el

Amperímetro o unidad de intensidad de corriente. El Voltímetro como la unidad de

tensión, el Ohmimetro como la unidad de resistencia y los Multimetros como

unidades de medición múltiples.

La importancia de los instrumentos eléctricos de medición es incalculable, ya que

mediante el uso de ellos se miden e indican magnitudes eléctricas, como corriente,

carga, potencial y energía, o las características eléctricas de los circuitos, como la

resistencia, la capacidad, la capacitancia y la inductancia. Además que permiten

localizar las causas de una operación defectuosa en aparatos eléctricos en los

cuales, como es bien sabidos, no es posible apreciar su funcionamiento en una

forma visual, como en el caso de un aparato mecánico.

La información que suministran los instrumentos de medición eléctrica se da

normalmente en una unidad eléctrica estándar: ohmios, voltios, amperios,

culombios, henrios, faradios, vatios o julios.

INSTRUMENTOS DE MEDICIÓN

Voltímetro

Instrumento para medir en voltios la diferencia de potencial eléctrico entre

dos puntos de un circuito.

- Su uso:

1. Es necesario conectarlo en paralelo con el circuito, tomando en

cuenta la polaridad si es C.C.

2. Se debe tener un aproximado de tensión a medir con el fin de usar el

voltímetro apropiado.

3. Cada instrumento tiene marcado la posición en que se debe utilizar:

horizontal, vertical o inclinada.

4. Todo instrumento debe ser inicialmente ajustado en cero.

Amperímetro

Es el instrumento que mide la intensidad de la Corriente Eléctrica. Su

unidad de medida es el Amperio y sus Submúltiplos, el miliamperio y el

micro-amperio. Los usos dependen del tipo de corriente, ósea, que cuando

midamos Corriente Continua, se usara el amperímetro de bobina móvil y

cuando usemos Corriente Alterna, usaremos el electromagnético.

- Su uso:

1. Es necesario conectarlo en serie con el circuito.

2. Se debe tener un aproximado de corriente a medir ya que si es

mayor de la escala del amperímetro, lo puede dañar. Por lo tanto, la

corriente debe ser menor de la escala del amperímetro.

3. Cada instrumento tiene marcado la posición en que se debe utilizar:

horizontal, vertical o inclinada. Si no se siguen estas reglas, las

medidas no serían del todo confiable y se puede dañar el eje que

soporta la aguja.

4. Todo instrumento debe ser inicialmente ajustado en cero.

5. Las lecturas tienden a ser más exactas cuando las medidas que se

toman están intermedias a la escala del instrumento.

6. Nunca se debe conectar un amperímetro con un circuito que este

energizado.

Óhmetro

Es un arreglo de los circuitos del Voltímetro y del Amperímetro, pero con

una batería y una resistencia. Dicha resistencia es la que ajusta en cero el

instrumento en la escala de los Ohmios cuando se cortocircuitan los

terminales.

- Su uso:

1. La resistencia a medir no debe estar conectada a ninguna fuente de

tensión o a ningún otro elemento del circuito, pues causan

mediciones inexactas.

2. Se debe ajustar a cero para evitar mediciones erráticas gracias a la

falta de carga de la batería. En este caso, se debería de cambiar la

misma.

3. Al terminar de usarlo, es más seguro quitar la batería que dejarla,

pues al dejar encendido el instrumento, la batería se puede

descargar totalmente.