Cartilla 2
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MANTENIMIENTO DE HARDWARE
Centro Gestión Comercial y Mercadeo Programa de Teleinformática 2008
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Sistema de Gestión de la Calidad
Fecha: 21 de abril de 2008
MANTENIMIENTO DE HARDWARE (TBT)
Control del Documento
Autores
Revisión
Nombre
Cargo
Monica L. Pacheco J.
Alumno
Ing. John Pérez
Dependencia Centro de Gestión de Mercados, Logística y Tecnologías de la Información
Firma
Fecha
Centro de Gestión de Mercados, Logística y Instructor Tecnologías de la Información
MONICA L. PACHECO J. 40063
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MANTENIMIENTO DE HARDWARE (TBT)
ELECTRONICA BASICA CARTILLA MODULO 1 INTRODUCCION La electrónica es hoy día uno de los campos de la tecnología que mas ha tenido desarrollo a nivel mundial, es ella la protagonista principal de todos los nuevos adelantos tecnológicos que tenemos hoy en día, reflejada en todos los campos del presente en absolutamente desenvolvemos
hoy
en
día
accionar humano, ella esta
todos los ambientes en los que nos y
claro
ejemplo
de ello
son
las
comunicaciones (audio, video, Internet, telefonia movil, etc), los procesos industriales (la sensorica, la telemetría, la electrónica industrial), la medicina (todos aquellos equipos que permiten realizar algún tipo de prueba diagnostica al paciente) y en general en todos los ramos del saber.
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La
electrónica
tiene
sus
orígenes
en
los
fenómenos eléctricos y electromagnéticos, de ahí que como primer paso para adentrarnos en el mundo de la electrónica es poder comprender los principios básicos y fundamentales de la electricidad. La electrónica como concepto es el campo de la ingeniería y de la física aplicada al diseño y aplicación de dispositivos cuyo funcionamiento depende del flujo de electrones para la
generación,
transmisión,
recepción
y
almacenamiento
de
información. Esta información puede consistir en voz o música (señales de voz) en un receptor de radio, en una imagen en una pantalla de televisión, o en números u otros datos en un computador. Asi pues bienvenido al mundo de la electrónica.
Modulo 1 CONCEPTOS BASICOS MATERIA En Física, la materia es aquello de lo que están hechos los objetos que constituyen el Universo observable. Si bien durante un tiempo se consideraba que la materia tenía dos propiedades que juntas la caracterizan: que ocupa un lugar en el espacio y que tiene masa, en el contexto de la física moderna se entiende por materia cualquier campo, entidad o discontinuidad que se propaga a través del espaciotiempo a una velocidad inferior a la de la luz y a la que se pueda asociar energía. CARACTERISTICAS DE LA MATERIA MONICA L. PACHECO J. 40063
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La manera más adecuada de definir materia es describiendo sus cualidades: a) Presenta dimensiones, es decir, ocupa un lugar en el espacio. b) Presenta inercia: la inercia se define como la resistencia que opone la materia a modificar su estado de reposo o movimiento. c) La materia es la causa de la gravedad o gravitación, que consiste en la atracción que actúa siempre entre objetos materiales aunque estén separados por grades distancias. ESTADOS DE LA MATERIA
La materia másica se presenta en las condiciones imperantes en el sistema solar, en uno de cuatro estados de agregación molecular: sólido, líquido, gaseoso y plasma. De acuerdo con la teoría cinética molecular la materia se encuentra formada por moleculas
y éstas se encuentran animadas de
movimiento, el cual cambia constantemente de dirección y velocidad cuando chocan o bajo el influjo de otras interacciones físicas. Debido a este movimiento presentan de energía cinética
que tiende a
separarlas, pero también tienen una energía potencial que tiende a juntarlas. Por lo tanto el estado físico de una sustancia puede ser:
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Sólido si la energía cinética es menor que la potencial. Líquido: si la energía cinética y potencial son aproximadamente iguales. Gaseoso: si la energía cinética es mayor que la potencial. EL ATOMO COMO UNIDAD MINIMA DE LA MATERIA
La teoría aceptada hoy es que el átomo se compone de un núcleo de carga positiva formado por protones y neutrones, en conjunto conocidos como nucleón, alrededor del cual se encuentra una nube de electrones de carga negativa. La estabilidad del átomo se debe a la acción de dos fuerzas opuestas que hacen mantenerse a distancia a los electrones del núcleo. Los protones están fuertemente cargados de electricidad positiva y los electrones negativamente. La interacción entre estas partículas hace que los electrones se sientan poderosamente atraídos por la carga eléctrica contraria de los protones, dando como resultado una centrípeta que tiende a atraer a los electrones hacia el núcleo. La existencia de una fuerza antagónica (fuerza centrífuga), la cual es debida a la increíble velocidad a la que gira el electrón sobre el núcleo, contrarresta a la fuerza de atracción y hace posible que los MONICA L. PACHECO J. 40063
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electrones se mantengan siempre a determinadas distancias del núcleo. La materia en su estado natural es neutra a nivel eléctrico. Nivel de valencia es el ultimo nivel de energía presente en un átomo. Ley del octeto :La regla del octeto fue enunciada por Lewis , basándose en que las estructuras más estables son las de los gases nobles , con 8 electrones en su capa más externa,a excepción del átomo de helio. Por lo tanto, ganando, cediendo o compartiendo electrones los átomos tienden a lograrla. CLASIFICACION DE LOS MATERIALES DE ACUERDO A SU CONDUCTIVIDAD ELECTRICA Conductor eléctrico
Cualquier
material
que
ofrezca
poca
resistencia
al
flujo
de
electricidad. La diferencia entre un conductor y un aislante, que es un mal conductor de electricidad o de calor, es de grado más que de tipo, ya que todas las sustancias conducen electricidad en mayor o en menor medida. Un buen conductor de electricidad, como la plata o el cobre, puede tener una conductividad mil millones de veces superior a la de un buen aislante, como el vidrio o la mica.
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La superconductividad eléctrica
El fenómeno conocido como superconductividad se produce cuando al enfriar ciertas sustancias a un temperatura cercana al cero absoluto su conductividad se vuelve prácticamente infinita.
En
los
conductores
sólidos
la
corriente
eléctrica
es
transportada por el movimiento de los electrones; y en disoluciones y gases, lo hace por los iones Semiconductor eléctrico
Semiconductor, material sólido o líquido capaz de conducir la electricidad mejor que un aislante, pero peor que un metal. La conductividad eléctrica, que es la capacidad de conducir la corriente eléctrica cuando se aplica una diferencia de potencial, es una de las propiedades físicas más importantes. Ciertos metales, como el cobre, la plata y el aluminio son excelentes conductores. Por otro lado, ciertos aislantes como el diamante o el
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vidrio son muy malos conductores. A temperaturas muy bajas, los semiconductores puros se comportan como aislantes. Sometidos a altas temperaturas, mezclados con impurezas o en presencia de luz, la conductividad de los semiconductores puede aumentar de forma espectacular y llegar a alcanzar niveles cercanos a los de los metales. Aislante eléctrico
El aislante perfecto para las aplicaciones eléctricas sería un material absolutamente no conductor, pero ese material no existe. Los materiales empleados como aislantes siempre conducen algo la electricidad, pero presentan una resistencia al paso de corriente eléctrica hasta 2,5 × 1024 veces mayor que la de los buenos conductores eléctricos como la plata o el cobre. Estos materiales conductores tienen un gran número de electrones libres (electrones no estrechamente ligados a los núcleos) que pueden transportar la corriente; los buenos aislantes apenas poseen estos electrones. Algunos materiales, como el silicio o el germanio, que tienen un número limitado de electrones libres, se comportan como semiconductores, y son la materia básica de los transistores. En los circuitos eléctricos normales suelen usarse plásticos como revestimiento aislante para los cables. Los cables muy finos, como los
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empleados en las bobinas (por ejemplo, en un transformador), pueden aislarse con una capa delgada de barniz. El aislamiento interno de los equipos eléctricos puede efectuarse con mica o mediante fibras de vidrio con un aglutinador plástico. En los equipos electrónicos y transformadores se emplea en ocasiones un papel especial para aplicaciones eléctricas. Las líneas de alta tensión se aíslan con vidrio, porcelana u otro material cerámico. La elección del material aislante suele venir determinada por la aplicación. El polietileno y poliestireno se emplean en instalaciones de alta frecuencia, y el mylar se emplea en condensadores eléctricos. También hay que seleccionar los aislantes según la temperatura máxima que deban resistir. El teflón se emplea para temperaturas altas, entre 175 y 230 ºC. Las condiciones mecánicas o químicas adversas pueden exigir otros materiales. El nylon tiene una excelente resistencia a la abrasión, y el neopreno, la goma de silicona, los poliésteres de epoxy y los poliuretanos pueden proteger contra los productos químicos y la humedad.
ELECTROMAGNETISMO
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El Electromagnetismo, de esta manera es la parte de la Física que estudia los campos eléctricos y campos partícula fundamental ligera que magnéticos, sus interaccionesLa con la materia y, enmás general, la lleva carga eléctrica es el electrón, que electricidad, el magnetismo y las partículas subatómicas que generan flujo de carga eléctrica.
transporta una unidad de carga. Los
átomos en circunstancias normales El electromagnetismo, por ende se comprende que estudia contienen electrones, y a menudo los conjuntamente los fenómenos físicos en los cuales intervienen cargas que están más alejados del núcleo se eléctricas en reposo y en movimiento, así como los relativos a los desprenden con mucha facilidad. En campos magnéticos y a sus efectos sobre diversas sustancias sólidas, algunas sustancias, como los metales, líquidas y gaseosas. proliferan los electrones libre.La cantidad de carga eléctrica transportada por todos los electrones del átomo, que por convención son negativas, esta equilibrada por la carga positiva localizada en el núcleo. Si un cuerpo ELECTRICIDAD
contiene un exceso de electrones quedará cargado negativamente. Por lo
La electricidad es un fenómeno físico originado por cargas eléctricas contrario, con la ausencia de electrones estáticas o en movimiento y por interacción. Cuando una carga se unsu cuerpo queda cargado positivamente, debido a que hay más MONICA L. PACHECO J. 40063 cargas eléctricas positivas en el núcleo.
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encuentra en reposo produce fuerzas sobre otras situadas en su entorno. Si la carga se desplaza produce también fuerzas magnéticas. Hay dos tipos de cargas eléctricas, llamadas positivas y negativas.
VARIABLES ELECTRICAS CORRIENTE ELECTRICA: Siempre que se mueven cargas eléctricas de igual signo se establece una corriente eléctrica. Para definir la corriente de manera más
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precisa, suponga que las cargas se mueven perpendiculares a una superficie de área A. La corriente es la tasa a la cual fluye la carga por esta superficie. También podemos definir la corriente como el paso de electrones a través de un conductor o como la cantidad de cargas eléctricas que pasan a través de un conductor en la unidad del tiempo. Existen dos tipos de corriente: Corriente alterna
Se denomina corriente alterna (abreviada CA en español y AC en inglés) a la corriente eléctrica en la que la magnitud y dirección varían cíclicamente. La forma de onda de la corriente alterna más comúnmente utilizada es la de una onda senoidal, puesto que se consigue una transmisión más eficiente de la energía. Sin embargo, en ciertas aplicaciones se Para lograr que una lámpara como la de la
utilizan otras formas de onda periódicas, tales como la triangular o la figura se encienda, debe circular por los
cuadrada
cables a los cuales está conectada, una corriente eléctrica. Para que esta corriente
Corriente continua (C.C)
circule por los cables debe existir una fuerza, llamada Fuente de fuerza electromotriz
La corriente continua (CC en español, en inglés DC, de Direct (f.e.m), tensión, diferencia de potencial (d.P)
Current) es el flujo continuo de electrones a través de un conductor o voltaje.
Por tanto el voltaje es la fuerza con que son
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impulsados los electrones a traves de un conductor.
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entre dos puntos de distinto potencial. A diferencia de la corriente alterna (CA en español, AC en inglés), en este caso, las cargas eléctricas circulan siempre en la misma dirección del punto de mayor potencial al de menor potencial. Aunque comúnmente se identifica la corriente continua con la corriente constante (por ejemplo la suministrada por una batería), es continua toda corriente que mantenga siempre la misma polaridad VOLTAJE:
¿ Que es el V, Tensión Eléctrica o Diferencia de Potencial ? EXISTEN: 12 VCD - 24 VCD
MBT. Muy baja Tension
220 VCA - 380 VCA
Baja Tensión.
1000 V - 3300 V Media Tensión. 13200 V 132000 V - 500000 V
Alta Tensión.
TENSION CONTINUA - (VCD). TENSION ALTERNA - (VCA). Max Tensión VCA + 0 Tiempo. MONICA L. PACHECO J. 40063
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Resistencia eléctrica: Se denomina resistencia eléctrica, R a la oposición que encuentra la corriente eléctrica para recorrerla. Su valor se mide en ohmios y se designa con la letra griega omega mayúscula (Ω). Esta definición es válida para la corriente continua y para la corriente alterna cuando se trate de elementos resistivos puros, esto es, sin componente inductiva ni capacitiva. De existir estos componentes reactivos, la oposición presentada a la circulación de corriente recibe el nombre de impedancia. La resistencia eléctrica se mide con el Ohmímetro es un aparato diseñado para medir la resistencia eléctrica en ohmios. LEY DE OHM Ley de Ohm, postulada por el físico y matemático alemán Georg Simon Ohm, es una de las leyes fundamentales de la electrodinámica, estrechamente vinculada a los valores de las unidades básicas presentes en cualquier circuito eléctrico como son: 1. Tensión o voltaje (E), en volt (V). 2. Intensidad de la corriente (I), en amper (A) o sus submúltipos. 3. Resistencia (R) de la carga o consumidor conectado al circuito en ohm ( ), o sus múltiplos. Debido a la existencia de materiales que dificultan más el paso de la corriente eléctrica que otros, cuando el valor de la resistencia varía, el valor de la intensidad de corriente también varía de forma inversamente proporcional. Es decir, si la resistencia aumenta, la corriente disminuye MONICA L. PACHECO J. 40063
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y, viceversa, si la resistencia disminuye la corriente aumenta, siempre y cuando, en ambos casos, el valor de la tensión o voltaje se mantenga constante. Por otro lado, de acuerdo con la propia Ley, el valor de la tensión es directamente proporcional a la intensidad de la corriente; por tanto, si el voltaje aumenta o disminuye el amperaje de la corriente que circula por el circuito aumentará o disminuirá en la misma proporción, siempre y cuando el valor de la resistencia conectada al circuito se mantenga constante.
LEY DE OHM: 1) v = I.R
Usar este triángulo para
obtener la incognita que se quiere encontrar.
2) I = V
U
Ejemplo: Si quiero saber
la corriente
R de un circuito donde conozco la (U)
3) R = V Tension y la (R) resistencia, tapo I corriente, y
I
R
en el triangulo la (I) Resulta que ella es
igual a V .
R
R = V/I
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Es decir, el valor de la tensión o voltaje "V", dividido por el valor de la corriente "A" en amper. El resultado será el valor de la resistencia "R" que deseamos hallar.
V = I*R El voltaje es igual a la corriente multiplicada por la resistencia que presenta el circuito.
I = V/R La Corriente es directamente proporcional al voltaje e inversamente proporciona la resistencia del circuito. Ejemplos –ley de ohm•
Determine la corriente que circula por un bombillo cuando esta conectado a un voltaje de 120 voltios y tiene una resistencia en su filamento de 50Ώ I = V/R I = 120v/50 Ώ
•
= 2.4 Amperes.
Cual es la resistencia de una plancha que se alimenta a 110voltios y pasa por su circuito 2.5 Amperios? R = V/I = 110V/2.5A = 44 Ώ
•
Determine el voltaje al que esta siendo alimentado un circuito de audio cuando pasa una corriente de 0.85 amperios y la resistencia de todo su circuito es de 4500 Ώ?
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V = I*R = (0.85A) (45 Ώ) = 38.25 Voltios
EJERCICIOS LEY DE OHM 1. Determine la corriente que pasa por un circuito eléctrico que se encuentra conectado a 50 Volts y presenta una resistencia de 450Ω. 2. Cual es el voltaje que alimenta a un circuito por el que pasan 8.5 amperios de corriente y presenta una resistencia de 100 Ω 3. El voltaje que entrega una pila es de 9 voltios y la corriente es de 0.008 amperios, determine
la resistencia que presenta el
circuito. 4. Una ducha eléctrica esta siendo alimentada por 220 voltios y la resistencia es de 400 Ω, determine la corriente que circula a través de ella. 5. Cual debe ser la resistencia que presenta el embobinado de un motor que se alimenta de 9 voltios en corriente directa y pasa una corriente de 0.425 amperios?. 6.
Cual es el valor de una resistencia por la que circula una corriente de 0.005A cuando el voltaje aplicado es de 2.0 V .
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MODULO No 2 POTENCIA ELECTRICA Potencia es la velocidad a la que se consume la energía. Si la energía fuese un líquido, la potencia sería los litros por segundo que vierte el depósito que lo contiene. La potencia se mide en joule por segundo (J/seg) y se representa con la letra “P”. Un J/seg equivale a 1 watt (W), por tanto, cuando se consume 1 joule de potencia en un segundo, estamos gastando o consumiendo 1 watt de energía eléctrica. La unidad de medida de la potencia eléctrica “P” es el “watt”, y se representa con la letra “W”. cálculo de la potencia de una carga activa (resistiva) La forma más simple de calcular la potencia que consume una carga activa o resistiva conectada a un circuito eléctrico es multiplicando el valor de la tensión en volt (V) aplicada por el valor de la intensidad (I) de la corriente que lo recorre, expresada en amperio. Para realizar ese cálculo matemático se utiliza la siguiente fórmula: (Fórmula 1)
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El resultado de esa operación matemática para un circuito eléctrico monofásico de corriente directa o de corriente alterna estará dado en watt (W). Por tanto, si sustituimos la “P” que identifica la potencia por su equivalente, es decir, la “W” de watt, tenemos también que: P = W, por tanto,
Si ahora queremos hallar la intensidad de corriente ( I ) que fluye por un circuito conociendo la potencia en watt que posee el dispositivo que tiene conectado y la tensión o voltaje aplicada, podemos despejar la fórmula anterior de la siguiente forma y realizar la operación matemática correspondiente (Fórmula 2) Si observamos la fórmula 1 expuesta al inicio, veremos que el voltaje y la intensidad de la corriente que fluye por un circuito eléctrico, son directamente proporcionales a la potencia, es decir, si uno de ellos aumenta o disminuye su valor, la potencia también aumenta o disminuye de forma proporcional. De ahí se deduce que, 1 watt (W) es igual a 1 ampere de corriente ( I ) que fluye por un circuito, multiplicado por 1 volt (V) de tensión o voltaje aplicado, tal como se representa a continuación. 1 watt = 1 volt · 1 ampere
Para hallar la potencia de consumo en watt de un dispositivo, también se pueden utilizar las dos fórmulas que aparecen a continuación:
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En el primer caso, el valor de la potencia se obtiene elevando al cuadrado el valor de la intensidad de corriente en ampere (A) que fluye por el circuito, multiplicando a continuación ese resultado por el valor de la resistencia en ohm ( ) que posee la carga o consumidor conectado al propio circuito. En el segundo caso obtenemos el mismo resultado elevando al cuadrado el valor del voltaje y dividiéndolo a continuación por el valor en ohm ( ) que posee la resistencia de la carga conectada. Ejemplo de potencia Cuál será la potencia o consumo en watt de una bombilla conectada a una red de energía eléctrica doméstica monofásica de 220 volt, si la corriente que circula por el circuito de la bombilla es de 0,45 ampere. Sustituyendo los valores en la fórmula 1 tenemos: P=V·I P = 220 · 0,45 P = 100 watt Es decir, la potencia de consumo de la bombilla será de 100 W
De acuerdo con esta fórmula, mientras mayor sea la potencia de un dispositivo o equipo eléctrico conectado a un circuito consumiendo energía eléctrica, mayor será la intensidad de corriente que fluye por dicho circuito, siempre y cuando el valor del voltaje o tensión se mantenga constante. El consumo de energía de un dispositivo eléctrico se mide en watt/hora (vatio/hora) o en kilowatt-hora (kW/h).
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Normalmente las empresas que suministran energía eléctrica a la industria y el hogar, en lugar de facturar el consumo en watt/hora, lo hacen en kilowatt/hora (kW/h). Si, por ejemplo, tenemos encendidas en nuestra casa dos lámparas de 500 watt durante una hora, el reloj registrador del consumo eléctrico registrará 1 kW/h consumido en ese período de tiempo, que se sumará después al resto del consumo anterior. Una bombilla de 40 W consume o gasta menos energía que otra de 100 W. Por eso, mientras más equipos conectemos a la red eléctrica, mayor será el consumo y más dinero habrá que abonar después a la empresa de servicios a la que contratamos la prestación del suministro de energía. Placa colocada al costado de un motor monofásico de corriente alterna, donde aparece, entre otros datos, su potencia en kilowatt (kW), o en C.V. (H.P.). El consumo en watt (W) o kilowatt (kW) de cualquier carga, ya sea ésta una resistencia o un consumidor cualquiera de corriente conectado a un circuito eléctrico, como pudieran ser motores, calentadores, equipos de aire acondicionado, televisores u otro dispositivo similar, en la mayoría de los casos se puede conocer leyéndolo directamente en una placa metálica ubicada, generalmente, en la parte trasera de dichos equipos. En los motores esa placa se halla colocada en uno de sus costados y en el caso de las bombillas de alumbrado el dato viene impreso en el cristal o en su base. CIRCUITO SIMPLE Para decir que existe un circuito eléctrico cualquiera, es necesario disponer siempre de tres componentes o elementos fundamentales: 1. Una fuente (E) de fuerza electromotriz (FEM), que suministre la energía eléctrica necesaria en volt.
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2. El flujo de una intensidad (I) de corriente de electrones en ampere. 3. Existencia de una resistencia o carga (R) en ohm, conectada al circuito, que consuma la
energía que proporciona la fuente
de fuerza electromotriz y la transforme en energía útil, como puede ser, encender una lámpara, proporcionar frío o calor, poner en movimiento un motor, amplificar sonidos por un altavoz, reproducir imágenes en una pantalla, etc.
Izquierda: circuito eléctrico compuesto por una fuente de fuerza electromotriz (FEM), representada por una pila; un flujo de corriente (I) y una resistencia o carga eléctrica (R). Derecha: el mismo circuito eléctrico representado de forma esquemática.
Si no se cuentan con esos tres componentes, no
se
puede
decir
que
exista
un
circuito
eléctrico.
Los circuitos pueden ser simples, como el de una bombilla de alumbrado o complejo como los que emplean los dispositivos electrónicos.
Unidades de medida de los componentes que afectan al circuito eléctrico. La tensión que la fuente de energía eléctrica proporciona al circuito, se mide en volt y se representa con la letra (V). La intensidad del flujo de la corriente (I), se mide en ampere y se
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representa con la letra (A). La resistencia (R) de la carga o consumidor conectado al propio circuito, se mide en ohm y se representa con la letra griega omega ( ). Estos tres componentes están muy íntimamente relacionados entre sí y los valores de sus parámetros varían proporcionalmente de acuerdo con la Ley de Ohm. El cambio del parámetro de uno de ellos, implica el cambio inmediato
de
parámetro
de
los
demás.
Las unidades de medidas del circuito eléctrico tienen también múltiplos y submúltiplos como, por ejemplo, el kilovolt (kV), milivolt (mV), miliamper (mA), kilohm (k ) y megohm (M ). Sentido de la circulación de la corriente de electrones en el circuito eléctrico. En un circuito eléctrico de corriente directa o continua, como el que proporciona una pila, batería, dinamo, generador, etc., el flujo de corriente de electrones circulará siempre del polo negativo de la fuente de fuerza electromotriz (FEM) al polo positivo de la propia fuente. En los circuitos de corriente alterna que proporcionan los generadores de las centrales eléctricas, por ejemplo, la polaridad y el flujo de la corriente cambia constantemente de sentido tantas veces en un segundo como frecuencia posea. En América la frecuencia de la corriente alterna es de 60 ciclos o hertz (Hz) por segundo, mientras que en Europa es de 50 Hz.
Componentes adicionales de un circuito
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Para que un circuito eléctrico se considere completo, además de incluir la imprescindible tensión o voltaje que proporciona la fuente de FEM y tener conectada una carga o resistencia, generalmente se le incorpora también otros elementos adicionales como, por ejemplo, un interruptor que permita que al cerrarlo circule la corriente o al abrirlo deje de circular, así como un fusible que lo proteja de cortocircuitos. 1.
Fuente de fuerza electromotriz (batería). 2. Carga o resis-
tencia ( lámpara). 3. Flujo de la corriente eléctrica. 4. Interruptor. 5. Fusible ¿Qué es un Corto circuito? Es posible también que por un error de diseño, configuración o descuido al trabajar dentro del circuito se genere un corto, cuyos efectos son destructivos. Se pude expresar también así: cto cxto. Para entender en qué consiste un corto circuito, contrastemos con los estados normales de operación cerrado y abierto, gracias a los cuales se logra la función de energizar y apagar el receptor o carga. Sin embargo, en los circuitos eléctricos, es posible un tercer estado que es conocido como corto circuito, el cual es anormal y desastroso para la fuente de alimentación, pues tiende a absorber toda la energía estableciendo una condición general de colapso.
Otro efecto en el circuito consiste, en el recalentamiento (Degeneración térmica) o destrucción en muchos de los casos, de los conductores eléctricos, estropeando sus propiedades de conductancia “G”, (propiedad que tienen los conductores de permitir sin dificultad, el paso de los electrones).
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¿Qué es una sobre carga? Las instalaciones eléctricas domiciliarias se configuran en circuitos paralelo. Es posible también que por un error de diseño, configuración o descuido al trabajar dentro del circuito, se genere una sobre carga, cuyos efectos son también como en el corto circuito, destructivos. Cada carga hace, por decirlo así, una exigencia a la fuente de alimentación del circuito, a sus conductores e interruptores. Si se multiplican las cargas será mayor la exigencia, en especial a la fuente de alimentación, es decir, el consumo se incrementa. Ahora bien, si la fuente duramente su trabajo se le exige demasiada corriente y no tiene la capacidad suficiente para proporcionarla (número de amperios) ésta, comienza a sufrir una degeneración térmica que finaliza con su destrucción. Igual efecto podría suceder a los conductores principales e interruptores.
CIRCUITO SERIE En un circuito en serie hay un solo camino para los electrones. Si una de las bombillas se funde (quema), las demás bombillas se apagan porque se interrumpe el circuito y deja de fluir la corriente eléctrica.
Las ecuaciones propias para un circuito serie son: RT = R1 + R2 + R3 + …Rn = MONICA L. PACHECO J. 40063
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IT = RT/RT =
A.
VR = Rn*IT =
V.
VT = Vr1 + Vr2 + Vr3
Ejemplo de circuito serie Dibujese un diagrama en el que se muestren dos resistencias, R1 y R2, conectadas en serie a una fuente de 100V a) Si la caida de voltaje IR a traves de R1 es de 60V, ¿Cuál es la caida de voltaje IR a travès de R2? B) Si la corriente que circule a lo largo de R1 es de 1 Amperio, ¿Cuál es la corriente que circula por R2? C) ¿Cuál es la resistencia total a través de la fuente de voltaje?, ¿Cuál es el voltaje a través de R1 y R2? Caida de voltaje en R2 es de 40 V Corriente que circula por R2 es de 1A RT =R1 + R2
RT = VT/IT
RT = 100V/1A = 100
R1 = Vr1/IT R1 = 60V/1A = 60 VT = VR1 + VR2
R2 = 40V/1A = 40
VT = 60V + 40V = 100V
CIRCUITOS DIVISORES DE TENSION. Frecuentemente, los circuitos de corriente continua están alimentados por un único generador o pila que suministra una diferencia de
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potencial constante que no es posible variar. Sin embargo, en ocasiones puede ser necesario obtener una diferencia de potencial inferior en una parte del circuito. Para evitar tener que poner tantos generadores como diferentes d.d.p. necesitamos en un circuito (cosa que por otra parte no es siempre posible con el empleo de pilas electroquímicas) se emplean los circuitos divisores de tensión. En la figura 4 se representa el divisor de tensión más sencillo, formado por una fuente con una tensión constante y dos resistencias R1 y R2. Por la aplicación de la ley de Ohm sabemos que la corriente total vale
CIRCUITO PARALELO con los circuitos paralelo, sucede algo diferente: si se desconectan uno o varios elementos receptores o cargas, los otros continúan funcionando. Analice la siguiente ilustración:
Como se puede apreciar, el circuito en paralelo se caracteriaza porque: •
El voltaje que entrega la fuente es el mismo para cada una de las resistencias presentes en el circuito.
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•
La corriente total que circula por el circuito se divide entra la cantidad de ramas que estén en paralelo.
•
La potencia total del circuito es la sumatoria total de las potencias individuales presentes en cada resistencia.
•
La resistencia total del circuito es aproximadamente igual a la resistencia de menor valor presente en el circuito.
En términos de ecuaciones se puede concluir lo siguiente: RT = (R1*R2*R3…*Rn)/ (R1+R2+R3 …Rn) VT = VR1 =VR2 = VR3 = …VRn IT = VT/Rt. IR = VR/R
MODULO No 3 Circuito eléctrico mixto (Serie-paralelo)
El
circuito
serie-paralelo
se
caracteriza porque posee
en
un
las
solo
características
circuito de
los
dos
circuitos vistos anteriormente. En este tipo de circuitos las características se mantienen para la parte serie y de la misma forma las mismas características se aplican para la parte paralela. MONICA L. PACHECO J. 40063
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Cálculo de la RT para Circuitos Mixtos En esta configuración se están Combinando características circuitales serie y paralelo de manera más compleja. Estos tipos de circuitos se calculan por auto criterio, utilizando las fórmulas establecidas para los circuitos: serie y paralelo. Visualicemos y analicemos el siguiente esquema:
Las resistencias R1 y R2, están conectadas en serie; las resistencias R3, R4 y R5, también están en serie. •
La serie R1 y R2, están conectadas en paralelo con la otra serie formada por R3, R4 y R5.
En conclusión: Tenemos un circuito MIXTO serie paralelo simple. Simplificación de Circuitos Resistivos Los circuitos MIXTOS tienen que ser simplificados antes de calcular su RT, generando las resistencias totales de ramal parcial; hay dos maneras de simplificarlo: 1- Agrupando resistencias en serie. 2- Agrupando resistencias en paralelo, así:
Agrupemos: Grupo # 1 Rt1 = R1 + R2 Rt1 = 40 + 20 Rt1 = 60 Grupo # 2
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Rt2 = R3 + R4 + R5 Rt2 = 50 + 60 + 10 Rt2 = 120 La simplificación nos queda de la siguiente manera:
Calculemos ahora:
Tenemos resistencia total final, es decir el circuito de 5 resistencias se comporta como si fuese una sola de 40 Ohmios. No todos los circuitos mixtos pueden ser agrupados y analizados de la manera
que
se
ha
demostrado
anteriormente
como
se
dijo
anteriormente, estos tipos de circuitos se calculan por auto criterio.
El interruptor o switch Retomando el tema del interruptor, éste es un dispositivo utilizado para bloquear o permitir el paso de los electrones en un circuito o sistema dado. Deben cumplir estrictamente parámetros de continuidad absoluta y rigidez eléctrica en el punto de contacto. La capacidad de manejo de corriente y voltaje en el punto de contacto que generalmente es de PLATA, la estipula el fabricante cuando emite la producción al mercado.
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Tipos de interruptores: Existe una multiforme y gran variedad topológica de interruptores a nivel comercial, pero nosotros estudiaremos los más comunes: Los switches o interruptores, dependiendo de su forma de activación se dividen en: manuales, magnéticos, térmicos y sensores. Ejemplo: Manuales: suiche de codillo, cuchilla, pulsador etc. Magnéticos: Relees o relevos, contactores, red switch, etc. Térmicos: Breakers, Disyuntores, etc. Sensores: Foto transistor, foto tiristor, sw de Mercurio, sw de choque o vibración, etc. No olvide que todo tipo de Interruptor, exige Ser revisado en sus características de Voltaje y corriente en Amperios antes de ser Instalado o reemplazado en un sistema Eléctrico o Electrónico.
Fusibles Diseñados para que precisamente, el calor producido por la fricción electrónica por excesos de consumo o corto circuitos, fundan o derritan el material termo fundible e inmediatamente interrumpan el flujo de corriente al circuito afectado.
Simbología:
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Los circuitos eléctricos utilizan también una expresión normativa estipulada universalmente para entender e interconectar elementos o dispositivos
entre
sí;
símbolos
que
estaremos
conociendo
paulatinamente a través de este curso. En música, las notas son símbolos sobre un pentagrama; en el idioma, las letras; en electrónica tenemos gran cantidad de simbología para circuitos, que pueden ser interpretados en cualquier parte del mundo por ingenieros y técnicos en la materia de lectura y diseño de planos electrónicos, ya que estos símbolos tienen expresión genérica para todos los idiomas como lo es la partitura de una estrofa musical. Ha notado usted, como este curso le pude ser de gran utilidad en cualquier continente, siempre y cuando estudie concienzudamente todos los ejercicios y medios propuestos en la sección de actividad e investigación para su desarrollo.
Circuito a tierra Utilizando el chasis metálico como conductor, economizamos gran cantidad de cable y simplificamos el diseño. Los circuitos que utilizan este tipo de conexión se les llama típicamente: •
Circuito de retorno a tierra.
•
Circuito a masa.
•
Circuito a chasis.
•
Circuito a punto común.
Este tipo de conexión se utiliza generalmente en los Vehículos, en las tarjetas electrónicas de tamaño considerado, en montajes que utilicen mueble metálico etc.
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Técnicas de conexión para circuitos eléctricos: Tener en nuestro poder los conocimientos teórico -práctico, que consisten en saber: El chequeo con instrumentos de medida. Interpretar terminologías alusivas a circuitos eléctricos.
Continuidad En un circuito este término se le adjudica a todos los conductores o elementos que tengan una resistencia u oposición de 0 Ohmios, para dar paso libre a los electrones. La unidad de medida de la continuidad o conductancia “G” se da en MHO, (siemens) lo contrario de la oposición o resistencia que es el OHM, resistencia a los electrones libres. Los Conductores eléctricos tienen esta propiedad y usted deberá estar explorando en los textos de consulta para enriquecer los fundamentos básicos para nuestro tema de electrónica. Mirar la figura siguiente:
Efectos naturales de los circuitos eléctricos Cuando la energía eléctrica fluye a través del filamento de Tungsteno de una lámpara, parte de la energía eléctrica se convierte en energía térmica o calorífica y si pasa la suficiente cantidad de amperios por dicho filamento, el Tungsteno por efectos de la fricción electrónica, se pondrá al rojo vivo, emitiendo una luz roja incandescente a causa de la oposición o resistencia del material ante los electrones.
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Control del Documento
Autores
Revisión
Nombre
Cargo
Monica L. Pacheco J.
Alumno
Ing. John Pérez
Dependencia Centro de Gestión de Mercados, Logística y Tecnologías de la Información
Firma
Fecha
Centro de Gestión de Mercados, Logística y Instructor Tecnologías de la Información
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ELECTRONICA BASICA CARTILLA MODULO 1 INTRODUCCION La electrónica es hoy día uno de los campos de la tecnología que mas ha tenido desarrollo a nivel mundial, es ella la protagonista principal de todos los nuevos adelantos tecnológicos que tenemos hoy en día, reflejada en todos los campos del presente en absolutamente desenvolvemos
hoy
en
día
accionar humano, ella esta
todos los ambientes en los que nos y
claro
ejemplo
de ello
son
las
comunicaciones (audio, video, Internet, telefonia movil, etc), los procesos industriales (la sensorica, la telemetría, la electrónica industrial), la medicina (todos aquellos equipos que permiten realizar algún tipo de prueba diagnostica al paciente) y en general en todos los ramos del saber.
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La
electrónica
tiene
sus
orígenes
en
los
fenómenos eléctricos y electromagnéticos, de ahí que como primer paso para adentrarnos en el mundo de la electrónica es poder comprender los principios básicos y fundamentales de la electricidad. La electrónica como concepto es el campo de la ingeniería y de la física aplicada al diseño y aplicación de dispositivos cuyo funcionamiento depende del flujo de electrones para la
generación,
transmisión,
recepción
y
almacenamiento
de
información. Esta información puede consistir en voz o música (señales de voz) en un receptor de radio, en una imagen en una pantalla de televisión, o en números u otros datos en un computador. Asi pues bienvenido al mundo de la electrónica.
Modulo 1 CONCEPTOS BASICOS MATERIA En Física, la materia es aquello de lo que están hechos los objetos que constituyen el Universo observable. Si bien durante un tiempo se consideraba que la materia tenía dos propiedades que juntas la caracterizan: que ocupa un lugar en el espacio y que tiene masa, en el contexto de la física moderna se entiende por materia cualquier campo, entidad o discontinuidad que se propaga a través del espaciotiempo a una velocidad inferior a la de la luz y a la que se pueda asociar energía. CARACTERISTICAS DE LA MATERIA MONICA L. PACHECO J. 40063
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La manera más adecuada de definir materia es describiendo sus cualidades: a) Presenta dimensiones, es decir, ocupa un lugar en el espacio. b) Presenta inercia: la inercia se define como la resistencia que opone la materia a modificar su estado de reposo o movimiento. c) La materia es la causa de la gravedad o gravitación, que consiste en la atracción que actúa siempre entre objetos materiales aunque estén separados por grades distancias. ESTADOS DE LA MATERIA
La materia másica se presenta en las condiciones imperantes en el sistema solar, en uno de cuatro estados de agregación molecular: sólido, líquido, gaseoso y plasma. De acuerdo con la teoría cinética molecular la materia se encuentra formada por moleculas
y éstas se encuentran animadas de
movimiento, el cual cambia constantemente de dirección y velocidad cuando chocan o bajo el influjo de otras interacciones físicas. Debido a este movimiento presentan de energía cinética
que tiende a
separarlas, pero también tienen una energía potencial que tiende a juntarlas. Por lo tanto el estado físico de una sustancia puede ser:
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Sólido si la energía cinética es menor que la potencial. Líquido: si la energía cinética y potencial son aproximadamente iguales. Gaseoso: si la energía cinética es mayor que la potencial. EL ATOMO COMO UNIDAD MINIMA DE LA MATERIA
La teoría aceptada hoy es que el átomo se compone de un núcleo de carga positiva formado por protones y neutrones, en conjunto conocidos como nucleón, alrededor del cual se encuentra una nube de electrones de carga negativa. La estabilidad del átomo se debe a la acción de dos fuerzas opuestas que hacen mantenerse a distancia a los electrones del núcleo. Los protones están fuertemente cargados de electricidad positiva y los electrones negativamente. La interacción entre estas partículas hace que los electrones se sientan poderosamente atraídos por la carga eléctrica contraria de los protones, dando como resultado una centrípeta que tiende a atraer a los electrones hacia el núcleo. La existencia de una fuerza antagónica (fuerza centrífuga), la cual es debida a la increíble velocidad a la que gira el electrón sobre el núcleo, contrarresta a la fuerza de atracción y hace posible que los MONICA L. PACHECO J. 40063
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electrones se mantengan siempre a determinadas distancias del núcleo. La materia en su estado natural es neutra a nivel eléctrico. Nivel de valencia es el ultimo nivel de energía presente en un átomo. Ley del octeto :La regla del octeto fue enunciada por Lewis , basándose en que las estructuras más estables son las de los gases nobles , con 8 electrones en su capa más externa,a excepción del átomo de helio. Por lo tanto, ganando, cediendo o compartiendo electrones los átomos tienden a lograrla. CLASIFICACION DE LOS MATERIALES DE ACUERDO A SU CONDUCTIVIDAD ELECTRICA Conductor eléctrico
Cualquier
material
que
ofrezca
poca
resistencia
al
flujo
de
electricidad. La diferencia entre un conductor y un aislante, que es un mal conductor de electricidad o de calor, es de grado más que de tipo, ya que todas las sustancias conducen electricidad en mayor o en menor medida. Un buen conductor de electricidad, como la plata o el cobre, puede tener una conductividad mil millones de veces superior a la de un buen aislante, como el vidrio o la mica.
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La superconductividad eléctrica
El fenómeno conocido como superconductividad se produce cuando al enfriar ciertas sustancias a un temperatura cercana al cero absoluto su conductividad se vuelve prácticamente infinita.
En
los
conductores
sólidos
la
corriente
eléctrica
es
transportada por el movimiento de los electrones; y en disoluciones y gases, lo hace por los iones Semiconductor eléctrico
Semiconductor, material sólido o líquido capaz de conducir la electricidad mejor que un aislante, pero peor que un metal. La conductividad eléctrica, que es la capacidad de conducir la corriente eléctrica cuando se aplica una diferencia de potencial, es una de las propiedades físicas más importantes. Ciertos metales, como el cobre, la plata y el aluminio son excelentes conductores. Por otro lado, ciertos aislantes como el diamante o el
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vidrio son muy malos conductores. A temperaturas muy bajas, los semiconductores puros se comportan como aislantes. Sometidos a altas temperaturas, mezclados con impurezas o en presencia de luz, la conductividad de los semiconductores puede aumentar de forma espectacular y llegar a alcanzar niveles cercanos a los de los metales. Aislante eléctrico
El aislante perfecto para las aplicaciones eléctricas sería un material absolutamente no conductor, pero ese material no existe. Los materiales empleados como aislantes siempre conducen algo la electricidad, pero presentan una resistencia al paso de corriente eléctrica hasta 2,5 × 1024 veces mayor que la de los buenos conductores eléctricos como la plata o el cobre. Estos materiales conductores tienen un gran número de electrones libres (electrones no estrechamente ligados a los núcleos) que pueden transportar la corriente; los buenos aislantes apenas poseen estos electrones. Algunos materiales, como el silicio o el germanio, que tienen un número limitado de electrones libres, se comportan como semiconductores, y son la materia básica de los transistores. En los circuitos eléctricos normales suelen usarse plásticos como revestimiento aislante para los cables. Los cables muy finos, como los
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empleados en las bobinas (por ejemplo, en un transformador), pueden aislarse con una capa delgada de barniz. El aislamiento interno de los equipos eléctricos puede efectuarse con mica o mediante fibras de vidrio con un aglutinador plástico. En los equipos electrónicos y transformadores se emplea en ocasiones un papel especial para aplicaciones eléctricas. Las líneas de alta tensión se aíslan con vidrio, porcelana u otro material cerámico. La elección del material aislante suele venir determinada por la aplicación. El polietileno y poliestireno se emplean en instalaciones de alta frecuencia, y el mylar se emplea en condensadores eléctricos. También hay que seleccionar los aislantes según la temperatura máxima que deban resistir. El teflón se emplea para temperaturas altas, entre 175 y 230 ºC. Las condiciones mecánicas o químicas adversas pueden exigir otros materiales. El nylon tiene una excelente resistencia a la abrasión, y el neopreno, la goma de silicona, los poliésteres de epoxy y los poliuretanos pueden proteger contra los productos químicos y la humedad.
ELECTROMAGNETISMO
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El Electromagnetismo, de esta manera es la parte de la Física que estudia los campos eléctricos y campos partícula fundamental ligera que magnéticos, sus interaccionesLa con la materia y, enmás general, la lleva carga eléctrica es el electrón, que electricidad, el magnetismo y las partículas subatómicas que generan flujo de carga eléctrica.
transporta una unidad de carga. Los
átomos en circunstancias normales El electromagnetismo, por ende se comprende que estudia contienen electrones, y a menudo los conjuntamente los fenómenos físicos en los cuales intervienen cargas que están más alejados del núcleo se eléctricas en reposo y en movimiento, así como los relativos a los desprenden con mucha facilidad. En campos magnéticos y a sus efectos sobre diversas sustancias sólidas, algunas sustancias, como los metales, líquidas y gaseosas. proliferan los electrones libre.La cantidad de carga eléctrica transportada por todos los electrones del átomo, que por convención son negativas, esta equilibrada por la carga positiva localizada en el núcleo. Si un cuerpo ELECTRICIDAD
contiene un exceso de electrones quedará cargado negativamente. Por lo
La electricidad es un fenómeno físico originado por cargas eléctricas contrario, con la ausencia de electrones estáticas o en movimiento y por interacción. Cuando una carga se unsu cuerpo queda cargado positivamente, debido a que hay más MONICA L. PACHECO J. 40063 cargas eléctricas positivas en el núcleo.
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encuentra en reposo produce fuerzas sobre otras situadas en su entorno. Si la carga se desplaza produce también fuerzas magnéticas. Hay dos tipos de cargas eléctricas, llamadas positivas y negativas.
VARIABLES ELECTRICAS CORRIENTE ELECTRICA: Siempre que se mueven cargas eléctricas de igual signo se establece una corriente eléctrica. Para definir la corriente de manera más
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precisa, suponga que las cargas se mueven perpendiculares a una superficie de área A. La corriente es la tasa a la cual fluye la carga por esta superficie. También podemos definir la corriente como el paso de electrones a través de un conductor o como la cantidad de cargas eléctricas que pasan a través de un conductor en la unidad del tiempo. Existen dos tipos de corriente: Corriente alterna
Se denomina corriente alterna (abreviada CA en español y AC en inglés) a la corriente eléctrica en la que la magnitud y dirección varían cíclicamente. La forma de onda de la corriente alterna más comúnmente utilizada es la de una onda senoidal, puesto que se consigue una transmisión más eficiente de la energía. Sin embargo, en ciertas aplicaciones se Para lograr que una lámpara como la de la
utilizan otras formas de onda periódicas, tales como la triangular o la figura se encienda, debe circular por los
cuadrada
cables a los cuales está conectada, una corriente eléctrica. Para que esta corriente
Corriente continua (C.C)
circule por los cables debe existir una fuerza, llamada Fuente de fuerza electromotriz
La corriente continua (CC en español, en inglés DC, de Direct (f.e.m), tensión, diferencia de potencial (d.P)
Current) es el flujo continuo de electrones a través de un conductor o voltaje.
Por tanto el voltaje es la fuerza con que son
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impulsados los electrones a traves de un conductor.
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entre dos puntos de distinto potencial. A diferencia de la corriente alterna (CA en español, AC en inglés), en este caso, las cargas eléctricas circulan siempre en la misma dirección del punto de mayor potencial al de menor potencial. Aunque comúnmente se identifica la corriente continua con la corriente constante (por ejemplo la suministrada por una batería), es continua toda corriente que mantenga siempre la misma polaridad VOLTAJE:
¿ Que es el V, Tensión Eléctrica o Diferencia de Potencial ? EXISTEN: 12 VCD - 24 VCD
MBT. Muy baja Tension
220 VCA - 380 VCA
Baja Tensión.
1000 V - 3300 V Media Tensión. 13200 V 132000 V - 500000 V
Alta Tensión.
TENSION CONTINUA - (VCD). TENSION ALTERNA - (VCA). Max Tensión VCA + 0 Tiempo. MONICA L. PACHECO J. 40063
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Resistencia eléctrica: Se denomina resistencia eléctrica, R a la oposición que encuentra la corriente eléctrica para recorrerla. Su valor se mide en ohmios y se designa con la letra griega omega mayúscula (Ω). Esta definición es válida para la corriente continua y para la corriente alterna cuando se trate de elementos resistivos puros, esto es, sin componente inductiva ni capacitiva. De existir estos componentes reactivos, la oposición presentada a la circulación de corriente recibe el nombre de impedancia. La resistencia eléctrica se mide con el Ohmímetro es un aparato diseñado para medir la resistencia eléctrica en ohmios. LEY DE OHM Ley de Ohm, postulada por el físico y matemático alemán Georg Simon Ohm, es una de las leyes fundamentales de la electrodinámica, estrechamente vinculada a los valores de las unidades básicas presentes en cualquier circuito eléctrico como son: 1. Tensión o voltaje (E), en volt (V). 2. Intensidad de la corriente (I), en amper (A) o sus submúltipos. 3. Resistencia (R) de la carga o consumidor conectado al circuito en ohm ( ), o sus múltiplos. Debido a la existencia de materiales que dificultan más el paso de la corriente eléctrica que otros, cuando el valor de la resistencia varía, el valor de la intensidad de corriente también varía de forma inversamente proporcional. Es decir, si la resistencia aumenta, la corriente disminuye MONICA L. PACHECO J. 40063
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y, viceversa, si la resistencia disminuye la corriente aumenta, siempre y cuando, en ambos casos, el valor de la tensión o voltaje se mantenga constante. Por otro lado, de acuerdo con la propia Ley, el valor de la tensión es directamente proporcional a la intensidad de la corriente; por tanto, si el voltaje aumenta o disminuye el amperaje de la corriente que circula por el circuito aumentará o disminuirá en la misma proporción, siempre y cuando el valor de la resistencia conectada al circuito se mantenga constante.
LEY DE OHM: 1) v = I.R
Usar este triángulo para
obtener la incognita que se quiere encontrar.
2) I = V
U
Ejemplo: Si quiero saber
la corriente
R de un circuito donde conozco la (U)
3) R = V Tension y la (R) resistencia, tapo I corriente, y
I
R
en el triangulo la (I) Resulta que ella es
igual a V .
R
R = V/I
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Es decir, el valor de la tensión o voltaje "V", dividido por el valor de la corriente "A" en amper. El resultado será el valor de la resistencia "R" que deseamos hallar.
V = I*R El voltaje es igual a la corriente multiplicada por la resistencia que presenta el circuito.
I = V/R La Corriente es directamente proporcional al voltaje e inversamente proporciona la resistencia del circuito. Ejemplos –ley de ohm•
Determine la corriente que circula por un bombillo cuando esta conectado a un voltaje de 120 voltios y tiene una resistencia en su filamento de 50Ώ I = V/R I = 120v/50 Ώ
•
= 2.4 Amperes.
Cual es la resistencia de una plancha que se alimenta a 110voltios y pasa por su circuito 2.5 Amperios? R = V/I = 110V/2.5A = 44 Ώ
•
Determine el voltaje al que esta siendo alimentado un circuito de audio cuando pasa una corriente de 0.85 amperios y la resistencia de todo su circuito es de 4500 Ώ?
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V = I*R = (0.85A) (45 Ώ) = 38.25 Voltios
EJERCICIOS LEY DE OHM 1. Determine la corriente que pasa por un circuito eléctrico que se encuentra conectado a 50 Volts y presenta una resistencia de 450Ω. 2. Cual es el voltaje que alimenta a un circuito por el que pasan 8.5 amperios de corriente y presenta una resistencia de 100 Ω 3. El voltaje que entrega una pila es de 9 voltios y la corriente es de 0.008 amperios, determine
la resistencia que presenta el
circuito. 4. Una ducha eléctrica esta siendo alimentada por 220 voltios y la resistencia es de 400 Ω, determine la corriente que circula a través de ella. 5. Cual debe ser la resistencia que presenta el embobinado de un motor que se alimenta de 9 voltios en corriente directa y pasa una corriente de 0.425 amperios?. 6.
Cual es el valor de una resistencia por la que circula una corriente de 0.005A cuando el voltaje aplicado es de 2.0 V .
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MODULO No 2 POTENCIA ELECTRICA Potencia es la velocidad a la que se consume la energía. Si la energía fuese un líquido, la potencia sería los litros por segundo que vierte el depósito que lo contiene. La potencia se mide en joule por segundo (J/seg) y se representa con la letra “P”. Un J/seg equivale a 1 watt (W), por tanto, cuando se consume 1 joule de potencia en un segundo, estamos gastando o consumiendo 1 watt de energía eléctrica. La unidad de medida de la potencia eléctrica “P” es el “watt”, y se representa con la letra “W”. cálculo de la potencia de una carga activa (resistiva) La forma más simple de calcular la potencia que consume una carga activa o resistiva conectada a un circuito eléctrico es multiplicando el valor de la tensión en volt (V) aplicada por el valor de la intensidad (I) de la corriente que lo recorre, expresada en amperio. Para realizar ese cálculo matemático se utiliza la siguiente fórmula: (Fórmula 1)
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El resultado de esa operación matemática para un circuito eléctrico monofásico de corriente directa o de corriente alterna estará dado en watt (W). Por tanto, si sustituimos la “P” que identifica la potencia por su equivalente, es decir, la “W” de watt, tenemos también que: P = W, por tanto,
Si ahora queremos hallar la intensidad de corriente ( I ) que fluye por un circuito conociendo la potencia en watt que posee el dispositivo que tiene conectado y la tensión o voltaje aplicada, podemos despejar la fórmula anterior de la siguiente forma y realizar la operación matemática correspondiente (Fórmula 2) Si observamos la fórmula 1 expuesta al inicio, veremos que el voltaje y la intensidad de la corriente que fluye por un circuito eléctrico, son directamente proporcionales a la potencia, es decir, si uno de ellos aumenta o disminuye su valor, la potencia también aumenta o disminuye de forma proporcional. De ahí se deduce que, 1 watt (W) es igual a 1 ampere de corriente ( I ) que fluye por un circuito, multiplicado por 1 volt (V) de tensión o voltaje aplicado, tal como se representa a continuación. 1 watt = 1 volt · 1 ampere
Para hallar la potencia de consumo en watt de un dispositivo, también se pueden utilizar las dos fórmulas que aparecen a continuación:
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En el primer caso, el valor de la potencia se obtiene elevando al cuadrado el valor de la intensidad de corriente en ampere (A) que fluye por el circuito, multiplicando a continuación ese resultado por el valor de la resistencia en ohm ( ) que posee la carga o consumidor conectado al propio circuito. En el segundo caso obtenemos el mismo resultado elevando al cuadrado el valor del voltaje y dividiéndolo a continuación por el valor en ohm ( ) que posee la resistencia de la carga conectada. Ejemplo de potencia Cuál será la potencia o consumo en watt de una bombilla conectada a una red de energía eléctrica doméstica monofásica de 220 volt, si la corriente que circula por el circuito de la bombilla es de 0,45 ampere. Sustituyendo los valores en la fórmula 1 tenemos: P=V·I P = 220 · 0,45 P = 100 watt Es decir, la potencia de consumo de la bombilla será de 100 W
De acuerdo con esta fórmula, mientras mayor sea la potencia de un dispositivo o equipo eléctrico conectado a un circuito consumiendo energía eléctrica, mayor será la intensidad de corriente que fluye por dicho circuito, siempre y cuando el valor del voltaje o tensión se mantenga constante. El consumo de energía de un dispositivo eléctrico se mide en watt/hora (vatio/hora) o en kilowatt-hora (kW/h).
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Normalmente las empresas que suministran energía eléctrica a la industria y el hogar, en lugar de facturar el consumo en watt/hora, lo hacen en kilowatt/hora (kW/h). Si, por ejemplo, tenemos encendidas en nuestra casa dos lámparas de 500 watt durante una hora, el reloj registrador del consumo eléctrico registrará 1 kW/h consumido en ese período de tiempo, que se sumará después al resto del consumo anterior. Una bombilla de 40 W consume o gasta menos energía que otra de 100 W. Por eso, mientras más equipos conectemos a la red eléctrica, mayor será el consumo y más dinero habrá que abonar después a la empresa de servicios a la que contratamos la prestación del suministro de energía. Placa colocada al costado de un motor monofásico de corriente alterna, donde aparece, entre otros datos, su potencia en kilowatt (kW), o en C.V. (H.P.). El consumo en watt (W) o kilowatt (kW) de cualquier carga, ya sea ésta una resistencia o un consumidor cualquiera de corriente conectado a un circuito eléctrico, como pudieran ser motores, calentadores, equipos de aire acondicionado, televisores u otro dispositivo similar, en la mayoría de los casos se puede conocer leyéndolo directamente en una placa metálica ubicada, generalmente, en la parte trasera de dichos equipos. En los motores esa placa se halla colocada en uno de sus costados y en el caso de las bombillas de alumbrado el dato viene impreso en el cristal o en su base. CIRCUITO SIMPLE Para decir que existe un circuito eléctrico cualquiera, es necesario disponer siempre de tres componentes o elementos fundamentales: 1. Una fuente (E) de fuerza electromotriz (FEM), que suministre la energía eléctrica necesaria en volt.
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2. El flujo de una intensidad (I) de corriente de electrones en ampere. 3. Existencia de una resistencia o carga (R) en ohm, conectada al circuito, que consuma la
energía que proporciona la fuente
de fuerza electromotriz y la transforme en energía útil, como puede ser, encender una lámpara, proporcionar frío o calor, poner en movimiento un motor, amplificar sonidos por un altavoz, reproducir imágenes en una pantalla, etc.
Izquierda: circuito eléctrico compuesto por una fuente de fuerza electromotriz (FEM), representada por una pila; un flujo de corriente (I) y una resistencia o carga eléctrica (R). Derecha: el mismo circuito eléctrico representado de forma esquemática.
Si no se cuentan con esos tres componentes, no
se
puede
decir
que
exista
un
circuito
eléctrico.
Los circuitos pueden ser simples, como el de una bombilla de alumbrado o complejo como los que emplean los dispositivos electrónicos.
Unidades de medida de los componentes que afectan al circuito eléctrico. La tensión que la fuente de energía eléctrica proporciona al circuito, se mide en volt y se representa con la letra (V). La intensidad del flujo de la corriente (I), se mide en ampere y se
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representa con la letra (A). La resistencia (R) de la carga o consumidor conectado al propio circuito, se mide en ohm y se representa con la letra griega omega ( ). Estos tres componentes están muy íntimamente relacionados entre sí y los valores de sus parámetros varían proporcionalmente de acuerdo con la Ley de Ohm. El cambio del parámetro de uno de ellos, implica el cambio inmediato
de
parámetro
de
los
demás.
Las unidades de medidas del circuito eléctrico tienen también múltiplos y submúltiplos como, por ejemplo, el kilovolt (kV), milivolt (mV), miliamper (mA), kilohm (k ) y megohm (M ). Sentido de la circulación de la corriente de electrones en el circuito eléctrico. En un circuito eléctrico de corriente directa o continua, como el que proporciona una pila, batería, dinamo, generador, etc., el flujo de corriente de electrones circulará siempre del polo negativo de la fuente de fuerza electromotriz (FEM) al polo positivo de la propia fuente. En los circuitos de corriente alterna que proporcionan los generadores de las centrales eléctricas, por ejemplo, la polaridad y el flujo de la corriente cambia constantemente de sentido tantas veces en un segundo como frecuencia posea. En América la frecuencia de la corriente alterna es de 60 ciclos o hertz (Hz) por segundo, mientras que en Europa es de 50 Hz.
Componentes adicionales de un circuito
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Para que un circuito eléctrico se considere completo, además de incluir la imprescindible tensión o voltaje que proporciona la fuente de FEM y tener conectada una carga o resistencia, generalmente se le incorpora también otros elementos adicionales como, por ejemplo, un interruptor que permita que al cerrarlo circule la corriente o al abrirlo deje de circular, así como un fusible que lo proteja de cortocircuitos. 1.
Fuente de fuerza electromotriz (batería). 2. Carga o resis-
tencia ( lámpara). 3. Flujo de la corriente eléctrica. 4. Interruptor. 5. Fusible ¿Qué es un Corto circuito? Es posible también que por un error de diseño, configuración o descuido al trabajar dentro del circuito se genere un corto, cuyos efectos son destructivos. Se pude expresar también así: cto cxto. Para entender en qué consiste un corto circuito, contrastemos con los estados normales de operación cerrado y abierto, gracias a los cuales se logra la función de energizar y apagar el receptor o carga. Sin embargo, en los circuitos eléctricos, es posible un tercer estado que es conocido como corto circuito, el cual es anormal y desastroso para la fuente de alimentación, pues tiende a absorber toda la energía estableciendo una condición general de colapso.
Otro efecto en el circuito consiste, en el recalentamiento (Degeneración térmica) o destrucción en muchos de los casos, de los conductores eléctricos, estropeando sus propiedades de conductancia “G”, (propiedad que tienen los conductores de permitir sin dificultad, el paso de los electrones).
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¿Qué es una sobre carga? Las instalaciones eléctricas domiciliarias se configuran en circuitos paralelo. Es posible también que por un error de diseño, configuración o descuido al trabajar dentro del circuito, se genere una sobre carga, cuyos efectos son también como en el corto circuito, destructivos. Cada carga hace, por decirlo así, una exigencia a la fuente de alimentación del circuito, a sus conductores e interruptores. Si se multiplican las cargas será mayor la exigencia, en especial a la fuente de alimentación, es decir, el consumo se incrementa. Ahora bien, si la fuente duramente su trabajo se le exige demasiada corriente y no tiene la capacidad suficiente para proporcionarla (número de amperios) ésta, comienza a sufrir una degeneración térmica que finaliza con su destrucción. Igual efecto podría suceder a los conductores principales e interruptores.
CIRCUITO SERIE En un circuito en serie hay un solo camino para los electrones. Si una de las bombillas se funde (quema), las demás bombillas se apagan porque se interrumpe el circuito y deja de fluir la corriente eléctrica.
Las ecuaciones propias para un circuito serie son: RT = R1 + R2 + R3 + …Rn = MONICA L. PACHECO J. 40063
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IT = RT/RT =
A.
VR = Rn*IT =
V.
VT = Vr1 + Vr2 + Vr3
Ejemplo de circuito serie Dibujese un diagrama en el que se muestren dos resistencias, R1 y R2, conectadas en serie a una fuente de 100V a) Si la caida de voltaje IR a traves de R1 es de 60V, ¿Cuál es la caida de voltaje IR a travès de R2? B) Si la corriente que circule a lo largo de R1 es de 1 Amperio, ¿Cuál es la corriente que circula por R2? C) ¿Cuál es la resistencia total a través de la fuente de voltaje?, ¿Cuál es el voltaje a través de R1 y R2? Caida de voltaje en R2 es de 40 V Corriente que circula por R2 es de 1A RT =R1 + R2
RT = VT/IT
RT = 100V/1A = 100
R1 = Vr1/IT R1 = 60V/1A = 60 VT = VR1 + VR2
R2 = 40V/1A = 40
VT = 60V + 40V = 100V
CIRCUITOS DIVISORES DE TENSION. Frecuentemente, los circuitos de corriente continua están alimentados por un único generador o pila que suministra una diferencia de
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potencial constante que no es posible variar. Sin embargo, en ocasiones puede ser necesario obtener una diferencia de potencial inferior en una parte del circuito. Para evitar tener que poner tantos generadores como diferentes d.d.p. necesitamos en un circuito (cosa que por otra parte no es siempre posible con el empleo de pilas electroquímicas) se emplean los circuitos divisores de tensión. En la figura 4 se representa el divisor de tensión más sencillo, formado por una fuente con una tensión constante y dos resistencias R1 y R2. Por la aplicación de la ley de Ohm sabemos que la corriente total vale
CIRCUITO PARALELO con los circuitos paralelo, sucede algo diferente: si se desconectan uno o varios elementos receptores o cargas, los otros continúan funcionando. Analice la siguiente ilustración:
Como se puede apreciar, el circuito en paralelo se caracteriaza porque: •
El voltaje que entrega la fuente es el mismo para cada una de las resistencias presentes en el circuito.
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•
La corriente total que circula por el circuito se divide entra la cantidad de ramas que estén en paralelo.
•
La potencia total del circuito es la sumatoria total de las potencias individuales presentes en cada resistencia.
•
La resistencia total del circuito es aproximadamente igual a la resistencia de menor valor presente en el circuito.
En términos de ecuaciones se puede concluir lo siguiente: RT = (R1*R2*R3…*Rn)/ (R1+R2+R3 …Rn) VT = VR1 =VR2 = VR3 = …VRn IT = VT/Rt. IR = VR/R
MODULO No 3 Circuito eléctrico mixto (Serie-paralelo)
El
circuito
serie-paralelo
se
caracteriza porque posee
en
un
las
solo
características
circuito de
los
dos
circuitos vistos anteriormente. En este tipo de circuitos las características se mantienen para la parte serie y de la misma forma las mismas características se aplican para la parte paralela. MONICA L. PACHECO J. 40063
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Cálculo de la RT para Circuitos Mixtos En esta configuración se están Combinando características circuitales serie y paralelo de manera más compleja. Estos tipos de circuitos se calculan por auto criterio, utilizando las fórmulas establecidas para los circuitos: serie y paralelo. Visualicemos y analicemos el siguiente esquema:
Las resistencias R1 y R2, están conectadas en serie; las resistencias R3, R4 y R5, también están en serie. •
La serie R1 y R2, están conectadas en paralelo con la otra serie formada por R3, R4 y R5.
En conclusión: Tenemos un circuito MIXTO serie paralelo simple. Simplificación de Circuitos Resistivos Los circuitos MIXTOS tienen que ser simplificados antes de calcular su RT, generando las resistencias totales de ramal parcial; hay dos maneras de simplificarlo: 1- Agrupando resistencias en serie. 2- Agrupando resistencias en paralelo, así:
Agrupemos: Grupo # 1 Rt1 = R1 + R2 Rt1 = 40 + 20 Rt1 = 60 Grupo # 2
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Rt2 = R3 + R4 + R5 Rt2 = 50 + 60 + 10 Rt2 = 120 La simplificación nos queda de la siguiente manera:
Calculemos ahora:
Tenemos resistencia total final, es decir el circuito de 5 resistencias se comporta como si fuese una sola de 40 Ohmios. No todos los circuitos mixtos pueden ser agrupados y analizados de la manera
que
se
ha
demostrado
anteriormente
como
se
dijo
anteriormente, estos tipos de circuitos se calculan por auto criterio.
El interruptor o switch Retomando el tema del interruptor, éste es un dispositivo utilizado para bloquear o permitir el paso de los electrones en un circuito o sistema dado. Deben cumplir estrictamente parámetros de continuidad absoluta y rigidez eléctrica en el punto de contacto. La capacidad de manejo de corriente y voltaje en el punto de contacto que generalmente es de PLATA, la estipula el fabricante cuando emite la producción al mercado.
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Tipos de interruptores: Existe una multiforme y gran variedad topológica de interruptores a nivel comercial, pero nosotros estudiaremos los más comunes: Los switches o interruptores, dependiendo de su forma de activación se dividen en: manuales, magnéticos, térmicos y sensores. Ejemplo: Manuales: suiche de codillo, cuchilla, pulsador etc. Magnéticos: Relees o relevos, contactores, red switch, etc. Térmicos: Breakers, Disyuntores, etc. Sensores: Foto transistor, foto tiristor, sw de Mercurio, sw de choque o vibración, etc. No olvide que todo tipo de Interruptor, exige Ser revisado en sus características de Voltaje y corriente en Amperios antes de ser Instalado o reemplazado en un sistema Eléctrico o Electrónico.
Fusibles Diseñados para que precisamente, el calor producido por la fricción electrónica por excesos de consumo o corto circuitos, fundan o derritan el material termo fundible e inmediatamente interrumpan el flujo de corriente al circuito afectado.
Simbología:
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Los circuitos eléctricos utilizan también una expresión normativa estipulada universalmente para entender e interconectar elementos o dispositivos
entre
sí;
símbolos
que
estaremos
conociendo
paulatinamente a través de este curso. En música, las notas son símbolos sobre un pentagrama; en el idioma, las letras; en electrónica tenemos gran cantidad de simbología para circuitos, que pueden ser interpretados en cualquier parte del mundo por ingenieros y técnicos en la materia de lectura y diseño de planos electrónicos, ya que estos símbolos tienen expresión genérica para todos los idiomas como lo es la partitura de una estrofa musical. Ha notado usted, como este curso le pude ser de gran utilidad en cualquier continente, siempre y cuando estudie concienzudamente todos los ejercicios y medios propuestos en la sección de actividad e investigación para su desarrollo.
Circuito a tierra Utilizando el chasis metálico como conductor, economizamos gran cantidad de cable y simplificamos el diseño. Los circuitos que utilizan este tipo de conexión se les llama típicamente: •
Circuito de retorno a tierra.
•
Circuito a masa.
•
Circuito a chasis.
•
Circuito a punto común.
Este tipo de conexión se utiliza generalmente en los Vehículos, en las tarjetas electrónicas de tamaño considerado, en montajes que utilicen mueble metálico etc.
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Técnicas de conexión para circuitos eléctricos: Tener en nuestro poder los conocimientos teórico -práctico, que consisten en saber: El chequeo con instrumentos de medida. Interpretar terminologías alusivas a circuitos eléctricos.
Continuidad En un circuito este término se le adjudica a todos los conductores o elementos que tengan una resistencia u oposición de 0 Ohmios, para dar paso libre a los electrones. La unidad de medida de la continuidad o conductancia “G” se da en MHO, (siemens) lo contrario de la oposición o resistencia que es el OHM, resistencia a los electrones libres. Los Conductores eléctricos tienen esta propiedad y usted deberá estar explorando en los textos de consulta para enriquecer los fundamentos básicos para nuestro tema de electrónica. Mirar la figura siguiente:
Efectos naturales de los circuitos eléctricos Cuando la energía eléctrica fluye a través del filamento de Tungsteno de una lámpara, parte de la energía eléctrica se convierte en energía térmica o calorífica y si pasa la suficiente cantidad de amperios por dicho filamento, el Tungsteno por efectos de la fricción electrónica, se pondrá al rojo vivo, emitiendo una luz roja incandescente a causa de la oposición o resistencia del material ante los electrones.
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