ELECTRONICA BÁSICA

Naturaleza de la electricidad

Se ha comprobado por experimentos físicos que la electricidad se puede obtener de diversas maneras con experimentos tan sencillos como lo es el frotar un vidrio con seda, este se cargara eléctricamente, este fenómeno es demostrado cuando lo acercamos a bolitas de medula de suco, estas serán atraídas por el vidrio pero luego de un corto tiempo el vidrio y la bolita se repelaran entre si.

Por medio de esta clase de experimentos se puede deducir que cuando un elemento es atraído por otro se encuentran presentes cargas positivas y cargas negativas, es importante tener en cuenta que cuando un cuerpo pierde electrones adquiere carga positiva peo si por el contrario el cuerpo gana electrones va adquirir carga negativa; se dice además que cuando un cuerpo tiene el mismo numero de protones por el mismo numero de electrones este cuerpo va a tener una carga neutra.

Es de aclarar que el protón es la carga positiva y se simboliza así:
El electrón es una carga negativa y se simboliza así:
El neutrón es una carga neutra y se simboliza así:

Por otra parte la materia y sus estados se encuentran en todo el entorno en el que vivimos, la materia puede estar en estado puro, es decir, que sus partículas además de ser muy pequeñas son homogéneas y se les da el nombre de átomos, pero también se puede encontrar en estado compuesto es decir esta combinado con varios elementos puros que al separarlos su partícula mínima es heterogénea. A la materia compuesta también se le conoce como molécula.

El átomo es Una de las estructuras mas pequeñas de la materia también se le conoce como la partícula indivisible como parte de la materia.

Según a la teoría cuando un átomo pierde uno o varios electrones se convierte en un ion positivo, y cuando un átomo gana electrones de otro átomo este se convertirá en un ion negativo.

En la estructura de un átomo como lo es por ejemplo la del oxigeno los electrones que se encuentran mas cerca del núcleo serán fuertemente atraídos y estarán cargados positivamente, pero los electrones que se encuentran en la segunda orbita no serán atraídos tan fuertemente como en el caso de los de la primer orbita. El alto o bajo grado de atracción determina la dureza física del material.
La materia prima de la electrónica es la carga negativa o el electrón la cual se mueve a una velocidad de 300.000 k/s

En los Niveles de energía encontramos que cada orbita es un nivel de energía y que cuanto mas lejos esta el electrón al núcleo del átomo mayor será su grado de energía. Par obtener energía bastara con utilizar métodos como lo es el frotamiento, calor, reacción química, presión, influencia magnética, luz.

Algunos convertidores de energía son la energía mecánica, la luz, y el calor, que a su vez se transforman en energía eléctrica.


Como algunos ejemplos de estos convertidores de energía pueden ser: la fricción que las nubes realizan es decir las nubes se cargan de energía al moverse en la atmosfera y cuando chocan una con otra producen un rayo que es una clara demostración de cuanta energía transportan dos cuerpos cargados eléctricamente, un ejemplo de magnetismo podría ser cuando movemos un imán de arriba hacia abajo dentro de una bobina de alambre de cobre donde se producirá un flujo de electrones entre la bobina y el amperímetro, pero es importante conocer que para que se produzca electricidad por medio de magnetismo es indispensable que haya movimiento relativo entre las líneas de fuerza y un conductor que las corta.

Aprovechando las fuentes de luz o de calor como es el caso del sol se han implementado convertidores de energía como el termopar que es utilizado en los termómetros controles de temperatura en los hornos, o en las alarmas contra incendios, otro convertidor de energía es la celda fotoeléctrica que se conoce también como celda fotovoltaica, su uso mas conocido es el alumbrado en las vías publicas.

Existen dos tipos de corrientes las cuales son:

CORRIENTE DIRECTA: se le asignan las abreviaturas (C.D, D.C, C.C.) es aquella que sus electrones no cambian de dirección ni de sentido en la unidad de tiempo; y su dirección siempre será de negativo a positivo. De las fuentes de corriente directa más utilizadas tenemos, las pilas voltaicas, pilas secas y las baterías y dentro de los usos mas conocidos están las linternas, plantas telefónicas entre otras.

CORRIENTE ALTERNA: es aquella que el flujo de electrones varía de dirección y de sentido en la unidad de tiempo. La dirección del flujo de la corriente alterna se invierte periódicamente, la característica mas importante de la corriente alterna es la frecuencia representada en el numero de veces que la corriente cambia de dirección en un segundo, por consiguiente un generador de corriente alterna no se le puede determinar la polaridad así que a ningún terminal se le puede asignar el nombre de positivo o negativo. Las abreviaturas de corriente alterna son (A.C, C.A). La fuente de corriente alterna más utilizada es el generador de corriente alterna o alternador. Dentro de los usos mas conocidos de este tipo de corriente esta la energía eléctrica que llega a nuestros hogares. (60 Hertz).

OTROS TIPOS DE ELECTRICIDAD:

Electricidad estática: es la corriente que se encuentra en reposo o sin movimiento.

Electricidad dinámica: expresa los electrones en movimiento unos ejemplos claros son: encender las lámparas, energizar los televisores, hacer funcionar los teléfonos, etc.

Arco eléctrico: es aquella que se produce cuando se presenta diaria y constantemente la electricidad dinámica y carga a dos nubes las cuales se cargan estáticamente, una con un polo negativo (-), y la otra con polo positivo (+), las cuales se acercan y rompen el aislamiento que se interpone entre ellas (el aire) produciendo una corriente dinámica de gran magnitud conocido como arco eléctrico (rayo).

Rizado o Ripple: sin importar que tan continua sea una corriente en su nivel máximo puede sufrir una variación leve y rápida pero puede causar problemas en la calidad de la función del aparato a este reacción se le conoce como rizado.

Transientes: son aquellos cambios causados por la deficiencia de la fuente o exceso de carga o consumo por parte del receptor.

Es importante que conozcamos la ley de la conservación de la materia de Antoine Lavoisier:

“La materia no se crea ni se destruye solo se transforma”

Para que un material sea conductor de energía o no, depende de su estructura atómica y de que los electrones mas lejanos del átomo puedan ser atraídos por el mismo. Un átomo posee dos bandas: la banda de valencia (las mas cerca del núcleo) y la banda de de conducción (la mas lejana del núcleo), pero entre estas dos bandas existe una abertura o GAP lo cual es una región prohibida de energía.

Los elementos que poseen átomos sin gap, se consideran conductores eléctricos y también poseen gran cantidad de electrones en sus últimas órbitas.




Magnitudes eléctricas

El resultado de una medida se expresa mediante una cantidad numérica con la unidad de medida utilizada las cuales deben cumplir con unas normas y unos símbolos lo cual nos permitirá manejar un lenguaje universal.

Los comúnmente conocidos como rayos manejan una energía estática pero es posible que esa energía se convierta en energía dinámica al mover sus cargas por la razón de tener diferente magnitud y diferente polaridad.

En electrónica se manejan muchos patrones de medidas para los diversos fenómenos que en esta se producen por consiguiente cada uno de estos fenómenos se le da su propio nombre y símbolo.

Estos son algunos ejemplos de unidades eléctricas:

Magnitud: resistencia eléctrica
Nombre de la unidad: ohmio
Símbolo que lo diferencia:
Nombre del descubridor: OHM

Magnitud: corriente eléctrica
Nombre de la unidad: amperio
Símbolo que lo diferencia: A
Nombre del descubridor: Ampere

Diferencial de potencial

Todos los átomos de lo cuerpos en estado natural se encuentran equilibrados y se les conoce como átomo sin carga (neutro), pero cuando se encuentran en estado de desequilibrio es decir mayor numero de protones que electrones a estos átomos se les llama (átomos de potencia positiva o cargado positivamente) y cuando hay mayor cantidad de electrones que protones se les llama (átomos de potencia negativa o cargado negativamente)

Para que un cuerpo se desequilibre es decir pierda o gane protones o electrones debe ser por una causa externa lo cual hará que se produzca este fenómeno. El cual se divide en 3 casos:

1) que este en estad neutro
2) que este cargado positivamente
3) que este cargado negativamente

Si cuerpo tiene 8 protones y 8 electrones su potencial será (0), si el átomo tiene 8 protones y 6 electrones su potencial será (+2) y si por el contrario el cuerpo tiene 6 protones y 8 electrones su potencial será (-2).

A esta diferencia del número de protones con respecto al número de electrones se le denomina Tensión, fuerza electromotriz o voltaje las cuales se representan con las letras (U, E, V, F.E.M) y su unidad de medida es VOLTIO.


A los electrones que se encuentran en las orbitan mas lejanas del átomo se les conoce también como electrones libres, estos en la mayor parte son los responsables de los fenómenos eléctricos y electrónicos puesto que al estar poco atraídos por los protones del núcleo facilitan su movimiento y a su vez permiten el fácil desplazamiento de un átomo a otro. El electrón al desplazarse por un conductor que puede ser solidó líquido o gaseoso genera corriente eléctrica.

Para generar un flujo de electrones es necesario utilizar un dispositivo que se encargue de hacer saltar un electrón de un átomo a otro, lo cual producirá que ese electrón le quite el espacio a otro electrón y este otro electrón a otro electrón y así sucesivamente, van intercambiando posiciones, el dispositivo que se encarga de producir este fenómeno se denomina como Fuente de energía que puede ser una pila, una linterna etc.

Para mantener la corriente eléctrica es necesario una tensión (fuerza electromotriz) que saque los electrones libres de sus orbitas y reponga los que van saliendo. La tensión (F.E.M.) es suministrada por la fuente de energía eléctrica.

El conductor eléctrico como su nombre lo indica es el encargado de conducir los electrones de un Terminal de la fuente de energía a través de un receptor y luego que realice su trabajo llega finalmente al otro Terminal de la misma fuente. Es importante tener en cuenta que cuando en un conductor hay movimiento de electrones ya existe corriente eléctrica.

Cuando se utilizan muchos átomos, por el conductor que utilicemos pasara un flujo intenso de electrones, si tomamos la medida del numero de electrones que pasa por el conductor a esto se le llamara Intensidad de corriente. La unidad de medida de la intensidad es el amperio.

LA RESISTENCIA ELECTRICA sencillamente es un obstáculo que se interpone al paso de la corriente eléctrica, esta resistencia se debe a que cada átomo se opone cierta medida a que le quiten electrones por ser estos atraídos por el núcleo.

Existe una diferencia entre la resistencia y entre un resistor. El resistor es un elemento físico en algunas fuentes de calor como los calentadores, planchas etc.; la resistencia es la propiedad que tiene el resistor de oponerse al paso de corriente eléctrica.
La unidad de medida de la resistencia es el ohmio ( ).
En ocasiones tenemos la necesidad de manejar unidades de medida como lo son los múltiplos del ohmio para unidades de medida grandes y para unidades pequeñas se utilizan los submúltiplos del mismo.

Para la conversión de de unidades de resistencia es importante tener en cuenta las siguientes equivalencias:

Ejemplo:

Convertir 1000 ohmios a M ohmios

1.000 __
1.000.000 =0.001 M

Es importante que para realizar conversiones conozcamos las equivalencias y las unidades de medida existentes. Si la cantidad es superior a una inmediatamente inferior se deberá multiplicar por 1.000la unidad superior de lo contrario se deberá dividir del mismo modo.

Potencia eléctrica

La potencia eléctrica se mide en vatios en homenaje a su creador quien fue a su vez estableció el concepto de potencia y la ley de WATT.

La corriente eléctrica produce un trabajo el cual es trasladar una determinada carga la cual se le llama culombios a lo largo de un conductor. Para este trabajo es necesaria la potencia la cual a su vez depende de del tiempo en que dure desplazándose la carga. Es necesario reconocer que la unidad de medida de la carga eléctrica es el Culombio y su unidad de medida respecto al tiempo es el segundo.

Un culombio x un segundo es igual a un Amperio


GLOSARIO

VOLTIO: El voltio es la unidad derivada del SI para el potencial eléctrico, fuerza electromotriz y el voltaje. Recibe su nombre en honor de Alessandro Volta, quien en 1800 inventó la pila voltaica, la primera batería química. Es representado simbólicamente por V.
AMPERIO: El amperio o ampere es la unidad de intensidad de corriente eléctrica. Forma parte de las unidades básicas en el Sistema Internacional de Unidades y fue nombrado en honor de André-Marie Ampère. El amperio es la intensidad de una corriente constante que manteniéndose en dos conductores paralelos, rectilíneos, de longitud infinita, de sección circular despreciable y situados a una distancia de un metro uno de otro en el vacío, produciría una fuerza igual a 2•10-7 newton por metro de longitud. Su símbolo es A.
ÁTOMO: En química y física, átomo (del latín atomus, y éste del griego άτομος, indivisible) es la unidad más pequeña de un elemento químico que mantiene su identidad o sus propiedades y que no es posible dividir mediante procesos químicos.
WATIO: El vatio o watt es la unidad de potencia del Sistema Internacional de Unidades. Su símbolo es W. Es el equivalente a 1 julio por segundo (1 J/s) y es una de las unidades derivadas. Expresado en unidades utilizadas en electricidad, el vatio es la potencia producida por una diferencia de potencial de 1 voltio y una corriente eléctrica de 1 amperio (1 VA).

OHMIO: El ohmio u ohm es la unidad de resistencia eléctrica en el Sistema Internacional de Unidades. Se representa con la letra griega Ω (omega mayúscula). Su nombre se deriva del apellido del físico alemán George Simón Ohm, autor de la Ley de Ohm.
IÓN: Un ion o ión (del griego ión (ἰών), participio presente de ienai "ir", de ahí "el que va") es un átomo o una molécula cargada eléctricamente. Esto se debe a que ha ganado o perdido electrones de su dotación, originalmente neutra, fenómeno que se conoce como ionización.
PILA VOLTAICA: Generador de corriente eléctrica que utiliza la energía liberada en una reacción química.
BOBINA: Un inductor o bobina es un componente pasivo de un circuito eléctrico que, debido al fenómeno de la autoinducción, almacena energía en forma de campo magnético.
AMPERIMETRO: Un amperímetro es un instrumento que sirve para medir la intensidad de corriente que está circulando por un circuito eléctrico.
PIEZOELECTRICIDAD: La piezoelectricidad (del griego ppecho, "estrujar o apretar") es un fenómeno presentado por determinados cristales que al ser sometidos a tensiones mecánicas adquieren una polarización eléctrica en su masa, apareciendo una diferencia de potencial y cargas eléctricas en su superficie. El efecto piezoeléctrico es normalmente reversible: al dejar de someter los cristales a un voltaje exterior o campo eléctrico, recuperan su forma.
BORNE: es el nombre dado en Electricidad a cada uno de los terminales de metal en que suelen terminar algunas máquinas y aparatos eléctricos, y que se emplean para su conexión a los hilos conductores.
PILA SECA: Una pila seca esta formada por celdas electrolíticas galvánicas con electrolitos pastosos. Una pila seca común es la pila de zinc-carbono, que usa una célula llamada a veces célula Leclanché seca, con un voltaje nominal de 1,5 voltios, el mismo que el de las pilas alcalinas (debido a que ambas usan la misma combinación zinc-dióxido de manganeso).