Fundamentos de Electricidad

INSTITUTO TECNICO SUPERIOR COMUNITRI

Fundamentos de Ele Electri idad M nual de Prácticas

Preparado por:

Ing. Osiris A. Decena E.Ing. C rlos R. Peralta R.

COORDINACIÓNDE LOS LAB RATORIOS DE ELECTRICIDAD, ELECTRONICA Y REFRIGERACION 30/05/2013

INSTITUTO TECNICO SUPERIOR COMUNITRI

Fundamentos de Ele Electri idad M nual de Prácticas

Preparado por:

Ing. Osiris A. Decena E.Ing. C rlos R. Peralta R.

COORDINACIÓNDE LOS LAB RATORIOS DE ELECTRICIDAD, ELECTRONICA Y REFRIGERACION 30/05/2013

INSTI UTO TECNICO SUPERIOR COMUNITARIO FUNDAMENTOS DE ELECTRICIDAD

PRESENTACION

El Ins Insti titu tuto to Téc Técni nico co Supe Superi ri r Comunitario (ITSC) comprometido con na educación técnica superior a corde con los los nuevo nuevoss tiem tiempo poss y desaf desafío íoss del del mundo mundo que nos rodea, ent entreg rega a la comun munidad estu studiantil este manual de prácticas para la asignatura Fundamentos de Electricidad (ELE-100) el mismo está adaptado a los equipos de alta tec ología con lo que que cu cuent enta es este pr presti stigioso ce tro de estudio. El manu manual al de prá práct ctic icaa que que presentamos se di diseñó ccoon eell objetivo ddee co com pletar el ciclo esenci esencial al que que debe debe compre comprend nd r todo todo técn técnic icoo super superio iorr de elect electri rici cida dadd y áre áreas afines para abordar de forma exitosa su p ofesión. Este Este manual manual de de prácti práctica ca podr podr ser ser modi modifi fica cado do segú segúnn las las exig exigen enci cias as y situ situac aciiones previstas por las autoridades competentes de esta institución.

Ing. Carlos R. Peralta R; .AIng. Osiris Osiris A. Decena E; M.A Coordi Coordinado nadorr de de Elect Electric ricida ida y RefrigeraciónProfesor de Electricidad


NORM S DEL LABORATORIO



La asistencia al laboratorio es obligatoria.



El estudiante que p ierd ierda a tres tres prác prácti tica cass o repo repong nga a más más de cuatro veces el laboratorio será r etirado automáticamente. (para las re osiciones el alumn alumno o debe debe habla habla con los auxiliares del laboratorio).



No habrá Exámenes fuera fuera de las fechas fechas estab establec lecida idass (en caso caso d e situaciones justificadas, enfer edad, ad, etc., el el estudiant ante debe comuni arse con el profesor).



Esta rotundamente proh prohib ibid ido o pon poner er mano mano,, jug jugar ar o enc encen en er cualquier equipo sin la autori ación explícita del profesor.



Manten Mantener er apaga apagado do los celulares en el laboratorio.



Cada grupo de prá tica tica se resp respon onsa sabi bili liza zará rá de su zona zona de tra tra ajo y de sus materiales.



En el laboratorio no se permiten visitas o acompañantes.



No se permiten la p esencia de niños.



Ante cualquier acci ente comuníquese con el profesor.



Al salir alir del lab laborat orato o io dejar todo limpio y ordenado.



Mantener el orden y la disciplina dentro del laboratorio. laboratorio.

I STITUTO TECNICO SUPERIOR COMUNITARIO FUNDAMENTOS DE ELECTRICIDAD

Evaluación: El laboratorio de Fundamentos de Electricidad vale 30 puntos y están distribuidos de la siguiente manera:  10puntos entrega de prácticas.  5 puntos de Asistencia.  5 puntos del primer parcial.  5 puntos del segundo parcial.  5 puntos del tercer parcial.

Programa: Fecha I. II. III. IV. V. VI. VII. VIII. IX. X.

Prácticas Introducción al laboratorio de electricidad Medicion s eléctricas Electrostá ica y Ley de Coulomb Corriente eléctrica y forma de onda Resistivid d y Ley de Ohm Resistencia eléctrica y código de colores Circuitos léctricos y sus componentes Circuitos léctricos mixtos Leyes de irchhoff Montaje básico de diagramas eléctricos Entrega fi al de practicas

Exámenes

Primer parcial: práctica I, II y III

Segundo parcial: práctica IV, V y VI

Tercer parcial: práctica VII, VIII, IX y X

Entrega d nota a Registro.


PRACTICA I INTRODUCCION AL LABORATORIO DE FUNDAMENTOS DE ELECTRI IDAD Esta primera práctica de la asignatura fundamentos de electricidad, persigue que el estudiante se relaciones con el laboratorio y su entorno, así como inter ctuar con los distintos instrumentos de medidas con lo que

cuenta esta institución n el área de

electricidad y conocer sobre l s científicos que más han contribuido a la electricidad.


PRACTICA I INTRODUCCION AL LABORATORIO DE FUNDAMENTOS DE ELECTRI IDAD Esta primera práctica de la asignatura fundamentos de electricidad, persigue que el estudiante se relaciones con el laboratorio y su entorno, así como inter ctuar con los distintos instrumentos de medidas con lo que

cuenta esta institución n el área de

electricidad y conocer sobre l s científicos que más han contribuido a la electricidad.

Antecedentes históricos

La palabra electricidad proviene del vocablo griego “elektron”, que significa “ámbar”. El ámba es una resina fósil transparente de color amarillo, producido en tiempos muy remotos por árboles que actualmente están convertidos en carbón fósil. Los primeros fenómenos eléctricos fueron descritos por el matemático griego Tales de Mileto, quien vivió aproximadamente Tal s de Mileto

en el año 600 a.C. Señalaba que al frotar el ám ar con una piel de gato, podía atraer algunos cuerpos ligeros como polvo, cabellos o paja. El físico alemán Otto de Guericke (1602-1686) construyó la primera máquina eléctrica, uyo principio de funcionamiento se basaba en el frotamiento

e una bola de azufre que giraba

produciendo chispas eléctrica .

Otto de Guericke


El norteamericano Benjamín Franklin (1706-1790) pudo observar que cuando un

onductor cargado negativamente

termina en punta, se acumul n los electrones en esa parte y por repulsión abandonan dich

extremo, fijándose sobre las

moléculas de aire o sobr

un conductor cercano cargado

positivamente (tiene carenc a de electrones). Aprovechó las propiedades antes descritas y propuso aplicarlas en la protección de edificios, mediante la cons rucción del pararrayos.

Benja ín Franklin

Charles Coulomb científico francés (1736-1806), estudió las

leyes de atracción y repuls ón eléctrica. En 1777 inventó la balanza de torsión que

edía la fuerza por medio del

retorcimiento de una fibra fin y rígida a la vez. Cha les Coulomb

El científico italiano Aless ndro Volta (1745-1827), también contribuyó notablemente al estudio de la electricidad. En 1775 inventó el electróforo, disp sitivo que generaba y almacenaba electricidad estática. En 1 00 explicó por qué se produce electricidad cuando dos cuer os metálicos diferentes se ponen en contacto. Empleó su descubrimiento para elaborar la primera pila eléctrica del mundo; para ell , combinó dos metales distintos con un líquido que servía de cond ctor. Ale sandro Volta


Fue Georg Ohm, físico alem n (1789-1854), quien describió la resistencia eléctrica de un co ductor, y en 1827 estableció la ley fundamental de las corrientes eléctricas al encontrar que existe una relación entre la resistenc a de un conductor, la diferencia de potencial y la intensidad de c rriente eléctrica.

Ge rg Ohm

Por su parte, Michael Farad y, físico y químico inglés (17911867), descubrió como sepo ía emplear un imán para generar una corriente eléctrica en u a espiral de hierro. Propuso la teoría sobre la electrización or influencia, al señalar que un conductor hueco (jaula de Fa aday) forma una pantalla por las acciones eléctricas. A partir del descubrimiento de la inducción electromagnética, Faraday logro inventar el generador

Micha l Faraday

eléctrico.

El físico inglés

ames J oule (1818-1889), estudió los

fenómenos producidos por l s corrientes eléctricas y el calor desprendido en los circuitos e éctricos.

am s Joule


Otros investigadores que han ontribuido al desarrollo de la electricidad son: l ruso Heinrich Lenz (1804-1865), quien enunció la ley relativa al sentido de la corriente

inducida; el escocés ames M axwell (1831-1879), quien propuso la teoría electromagnética de la luz y las ecuaciones gen rales del campo electromagnético; el yugoslav Nicola Tesla (1856-1943), quien inventó el motor asincrónico y estudió también las corrientes polifásicas.

Heinrich Lenz

James Maxwell

Nico a Tesla

En los últimos sesenta años, el estudio de la electricidad ha evolucionado intensamente. Ello, debido a que se ha podi o comprobar que posee muchas ventajas sobre otras clases de energía, por ejemplo: puede s r transformada fácilmente, se transporta de ma era sencilla y a grandes distancias a través de líneas aéreas que no contaminan el ambiente. Se puede utilizar también en forma de corrientes muy fuertes para alimentar enormes motores eléctricos o bien en pequeñas corrientes para hacer funcionar dispositivos ele trónicos. En los países desarrollados, existen actualmente varios medios para pr ducir energía eléctrica: centrales hidroeléc ricas, termoeléctricas o nucleoeléctricas, cuya finalidad es evitar el consumo excesivo del petróleo.


Normas de seguridad en el laboratorio 1. Hábitos de conducta 

No fumar en los laboratorios por seguridad e higiene.  No consumir alimentos ni bebidas dentro del laboratorio.

2. Mantener el puesto de rabajo limpio y en orden 

La mesa de trabajo ebe estar libre de bolsos, libros, etc.  No dejar bultos u tros objetos en los lugares de circulación, en es ecial entre las mesas de trabajo.

3. Salud 

Si tiene algún padecimiento, o si se usa algún medicamento que considere relevante para el curso normal de la práctica, esta debe informarse al profesor antes de realizar la práctica.  No ingresar al labor torio bajo los efectos de drogas o alcohol.

4. Vestimenta       

En trabajos con m quinas o en sus inmediaciones, no se debe ves ir con prendas sueltas o con partes que cuelguen, como por ejemplo, corbatas, flecos, etc. No se deben usar sandalias, zapatos abiertos o tacón alto en el laborato rio. Usar camisas de manga larga de algodón. Materiales sintéticos pueden provocar que en un accidente de uemadura esta se adhiera a la piel. Usar pantalón largo. No se debeusar anillos, relojes de pulsera, collares u otros accesorios que puedan engancharseen cualquier parte del cuerpo, tales como “piercings”. En caso de que se tenga pelo largo, se debe llevar recogido con el fin d evitar riesgos. Realizar los laboratorios con ropa seca y en superficies secas.

5. Otras normas importan es       

En los laboratorios no se deben hacer bromas, ni jugar, ni comunicarse con gritos. Estudiar atentamen e la guía del laboratorio a realizar. Seguir en todo m mento las instrucciones del profesor. Ante cualquier duda, consultar al profesor. En prácticas de laboratorio supervisadas, no se debe energizar ningún panel o fuente de voltaje sin que el profesor haya revisado la instalación correspondie te. No se pueden realiz r experimentos que no estén autorizados por el profesor. Mantener el debido respeto hacia el profesor y los compañeros y compañeras. No utilizar el celular durante las sesiones de laboratorio. Mantenerlo a agado.


6. Equipo de protección De manera particular, y según sea la naturaleza de la práctica, será indispensable utilizar equipos de protección. Esto será indicado po el profesor en cada laboratorio en particula , teniendo en consideración los riesgo que tenga el mismo. Esto incluye: 

Uso de anteojos o pantallas de protección en operaciones donde exista riesgo de salpicadura.  Uso de guantes aislantes o protectores cuando se trabaja con pie as cortantes o sometida a una dife encia de potencial.  Uso de cascos, mascarillas y calzado especial cuando estos se requieran.

7. Máquinas En algunas ocasiones no se puede eliminar el riesgo en el origen y por tanto es necesario utilizar medios de prote ción colectiva, tales como resguardos o dispositivos de seguridad. El resguardo es un com onente de una máquina que se utiliza como barrera material para garantizar la protección. Un dispositivo de prote cción es aquel que impide que se inicie o se mantenga una fase peligrosa de la máquina, mientras se detecta o sea posible la presencia hu ana en la zona de peligro. Por tanto:       

No ponga fuera de servicio los dispositivos de seguridad existentes. Utilice correcta ente los elementos de seguridad. No utilice equip s y maquinaria sin conocer su funcionamiento. Antes de realizar cualquier tarea en una máquina, siga atentamente las instrucciones. E n caso de duda, pregunte al profesor. Desconectar de la red eléctrica las herramientas y equipos antes de proceder al ajuste. No reparar, desatascar o limpiar equipos sin la previa autorización del profesor. Notificar la ano alía para que el personal capacitado realice la tar ea. No bloquear sistemas electrónicos, eléctricos, mecánicos, etc.


PRUEBA DE CONTROL 1. ¿Por qué no se deben usar sa dalias, zapatos abiertos o tacón alto en el laboratorio? 2. Mencione los hábitos de conducta en el laboratorio. 3. Explique brevemente la impo tancia de la limpieza en el área de trabajo del laboratorio. 4. Resuma en términos simple c mo debe ser su comportamiento en el laboratorio. 5. Hable brevemente de los equipos de protección en el laboratorio. 6. Mencione los aportes más sig nificativos de Michael Faraday. 7. Mencione 5 científicos que han contribuido notoriamente al desarrollo de la elec tricidad.


PRACTICA II

INSTRUME TOS DE MEDIDAS EN ELECTRICIDAD Se denominan instrumentos de medidas de electricidad a todos los dispositivos que se utilizan para medir las magni udes eléctricas; la mayoría son aparatos portátiles de mano y regularmente tienen un diseño compacto. La obtención de datos cobra ada vez más importancia en el ámbito industrial, profesional y privado. Se demandan, sob e todo, instrumentos de medida prácticos, que operen de un modo rápido y preciso y que frezcan resultados prácticamente instantáneos. Los fenómenos eléctricos son invisibles al ojo humano. Sin embargo, podem s apreciar sus efectos a través de una bombi la encendida, un motor que gira, un radio que f nciona, etc. Para que sean comprensibles stos fenómenos, utilizamos aparatos de medida, desde los más sencillos hasta los más complejos, con el fin de determinar su comporta iento, sus características, conocer las fallas de un circuito en un momento dado, y así poder planear las soluciones más eficientes. Debemos aprender a manejar, leer y cuidar correctamente los aparatos de me idas. Estos son aspectos que analizaremo cuidadosamente en esta práctica. Debemos tener siempre prese tes las medidas de seguridad.


OBJETIVOS Al terminar el estudio de la resente unidad, usted estará en capacidad d : 1. Identificar y clasificar los iferentes aparatos de medida. 2. Explicar la manera apropi da de utilizar y representar cada uno de los indicadores de aguja. 3. Hacer las mediciones y conexiones correctas, teniendo en cuenta sus c racterísticas. 4.Usar correctamente los instrumentos de medidas digitales.

1. APARATOS DE MEDIDA Son aparatos o instrumentos de medición, que se conectan o se aplican a los circuitos eléctricos para conocer sus alores, los cuales podrán ser: tensión, corrie te, potencia, resistencia, etc. Los aparatos para medición léctrica se pueden clasificar de diferentes for mas: A. SEGÚN SU FUNCIONAMIENTO · Magnéticos · Electromagnéticos · Térmicos B. SEGÚN LA POSICIÓN E QUE DEBEN USARSE · Horizontales. Deben usarse siempre en posición horizontal, en este caso llevan grabado en el tablero el sím olo que los identifica. · Verticales. Deben estar en posición vertical en el momento de usarse. Llevan grabado en el tablero el símbolo que lo l identifica. · Inclinadas. Deben emplear e con la inclinación determinada. Más adelante se explica cada uno de estos símbolos.


C. SEGÚN LA FORMA EN QUE SE UTILIZAN · Fijos: Son los que se const uyen para ser colocados en tableros, cuando se desea una indicación permanente de l magnitud que se controla. Dan mayor pr cisión en las mediciones. · Portátiles: Son instrume tos que podemos transportar, mediante

l uso de un

protector de cuero. Se utilizan para hacer medidas en lugares donde se quiera comprobar el valor de la tensión o de la corriente. Son de menor pre isión que los fijos.

D. SEGÚN EL TIPO DE CO RIENTE AL CUAL DEBEN SER CONECTAD S · Instrumentos para corriente continua (C.C. o D.C.) · Instrumentos para corriente alterna (C.A. o A.C.) · Instrumentos para ambas orrientes (C.A. y C.C.) llamados universales.

E. SEGÚN LA FORMA DE L CTURA · Contadores: Registran, me iante el uso de números, el valor de la medi ión. Un ejemplo claro de este caso es el contador de su casa.

· Registradores: Mediante una aguja trazan sobre un papel líneas curvas que luego deben ser analizadas por el operario. Son muy utilizados en las eléctricas.

ubestaciones


Indicadores: Señalan un val r directamente sobre una escala o una pantalla, en el instante de la medición. Pue e ser de AGUJA (también llamados analógic s) o DIGITALES.

Indicador de aguj

Indicador digital

Los Indicadores Digitales ap ovechan los fenómenos electrónicos, y medi nte un efecto luminoso indican los valores de la medición en el display o pantalla. Tiene algunas ventajas: · Mayor exactitud en la medida . Mayor sensibilidad (dan lecturas con pequeñas magnitudes) · Fácil y rápida lectura. En la actualidad son los más modernos y por lo tanto, los más utili ados por los técnicos electricistas, debid a su rápida y fácil lectura y a su gran pr cisión. Por lo general, los indicadores digi ales tienen un selector que mediante un gir , nos permite seleccionar el tipo de medid a realizar: tensión, corriente, resistencia, et .


INDICADOR DIGITAL Debido a su mayor costo, se debe manejar con mucho cuidado, utilizando los selectores de acuerdo a la medida que se desea tomar, por ejemplo: i va a medir diferencia de potencial, colo ue el selector, en la posición de voltaje en l mayor valor de la escala. Si desea medir la corriente, coloque el selector en el rango de intensidad a su máxima escala, y así s cesivamente para las demás mediciones; a no ser que se conozca en que rango este l magnitud a medir o que el profesor lo indiq e. Si desea una lectura precisa, desconecte una punta del circuito que se está midiendo y baje en un punto el rango d l selector, hasta obtener el mayor número d decimales a la derecha o números enter s, ejemplo: 2,3452 A – 120 V Puede ocurrir ue al bajar en un punto el selector de m edida, en el display o pantalla aparezca el número uno, lo cual significa que hay que subir nuevamente el selector de medida. Para los trabajos que usted va a realizar en la gran mayoría de Instalaci nes se podría desenvolver

con los indicadores de Aguja (o Analógicos). Aunque

stos no dan

lecturas tan precisas como los digitales, el margen de inexactitud no afecta prácticamente en nada los cálculos que se realizan en una instalación. Además los indicadores de aguja son

ás robustos y resistentes, más fáciles de transportar y

tienen un costo notoriament menor que los digitales.

B. CAPACIDAD DE MEDID Es la máxima capacidad de

edida del aparato; algunos aparatos tiene c pacidad fija,

otros tienen capacidad varia le, mediante el cambio de borne de conexió , localizado en el mismo aparato. Los aparatos de capacidad fija tienen dos bornes solamente.


Los aparatos de medida con Capacidad Variable cuentan con varios bornes para la conexión y una escala. Hay tro sistema más cómodo que el anterior, el cual tiene varias escalas en el mismo t blero, un selector de rangos y sólo dos born s para la conexión.

En la figura anterior, el núm ro 200 que aparece sobre el extremo derecho de la escala superior indica que su cap cidad es de 200 A. En la siguiente figura ilustramos un voltímetro con capacidad pa a 500 voltios, de escala fija.

Tiene dos bornes para su co exión y el número 500 estará localizado sob e el extremo derecho de la escala, o sea ue su capacidad es de 500 V. Algunos autores denominan a la capacidad del aparato c n el nombre de Calibre. La capacidad o calib e de un aparato se designa con la le ra C. C. ESCALAS Los aparatos utilizados para medición eléctrica poseen un tablero en su p rte frontal: sobre este tablero aparece una serie de rayitas (divisiones) acompañadas normalmente de números. A esta serie de divisiones y números se les lla a ESCALA.


D. FORMA CORRECTA DE FECTUAR LA LECTURA La lectura se obtiene situándose al frente del aparato en una posición tal ue la imagen de la aguja en el espejo (si l tiene) y el cuerpo real de la aguja queden en una misma dirección. Esta es la forma de evitar un error de lectura, o error de parala e.

Para efectuar la lectura en la escala de un aparato, usted debe tener en c enta las dos cifras (números), que estén escritas sobre la escala y entre las cuales se aya situado la aguja. Por ejemplo:

La aguja se ha colocado entre los números 10 y 20, o sea que la lectur debe dar un valor superior a 10, pero in ferior a 20. También debe tener en cuenta la cantidad de espacios o subdivisiones entre los dos números. Cuente la cantidad de espacios pequeños entre los dos nú eros; observe la figura anterior. Encontró 10 espacios, ¿verdad? Cuánto valdrá cad espacio? Reste al número mayor, el número menor. 20 - 10 = 10 Ahora, divida este resultado por la cantidad de pequeños spacios. 10÷ 10 = 1 Este 1 será el valo de cada espacio recorrido por la aguja. C ente cuántos espacios ha recorrido la aguja:


La aguja ha recorrido seis espacios y como cada espacio vale 1, ent nces los seis espacios valen: 1 x 6 = 6

ume al número 10 de la escala el valor d los espacios

recorridos. 10 + 6 = 16 Po lo tanto, la lectura será de 16, que puede ser amperios, voltios, ohmios, vatios, según el aparato con que se mida. Analicemos otro ejemplo:

En este caso la aguja se h situado entre 2 y 3. Son cinco subdivisio es entre dos números consecutivos indic do por la escala. Ahora restemos el número mayor del número menor: 3 - 2 = 1 Dividamos el resultado de la resta entre l cantidad de espacios: 1÷5 = 0.2, por tano cada división vale 0.2, como son recorrida por la aguja: 0.2

os divisiones

2 = 0.4 Si al número 2 de la escala le sumamos el valor

de los espacios recorridos, tenemos: 2+0.4 = 2.4 Por lo tanto la lectur será de 2.4, voltios, amperios, ohmios o atios, dependiendo del aparato con que se

ida.

E. USOS Según vimos al comienzo de la unidad, los indicadores pueden emplearse para medir corriente continua, corriente alterna, o ambas. 1. INSTRUMENTOS PARA ORRIENTE CONTINUA (C.C. o D.C.) Estos instrumentos se utiliz n única y exclusivamente para la corriente ontinua. Uno de los bornes tiene una marca + que indica que debe conectarse al polo positivo del circuito; el otro lleva la mar a - que debe conectarse al polo negativo del circuito.


Observación: Al instalar u

instrumento para corriente continua (C ), haga una

conexión momentánea observando el desplazamiento de la aguja: Si s desplaza en sentido contrario al de la es ala, debe invertir las conexiones del instrum nto. 2. INSTRUMENTOS PARA ORRIENTE ALTERNA Estos instrumentos se utili an única y exclusivamente para corriente alterna. Sus bornes no necesitan ninguna indicación de polaridad, puesto que no pr senta ningún problema colocarlo en un la o o en el otro.

3. INSTRUMENTOS PARA MBAS CORRIENTES Son instrumentos que pueden ser utilizados en circuitos de corriente continua o alterna sin ningún problema. Se lla an universales.

F. REPRESENTACIÓN DE LOS INSTRUMENTOS DE MEDIDA Los aparatos de medida lle an en el extremo derecho del tablero unos símbolos que nos permiten establecer el tipo de corriente que mide el instrumento y la posición en que debe ser utilizado.


Las características que se representan con símbolos son: Instrumento utilizado para corriente continua (CC o DC). Instrumento utilizado para corriente alter a (CA o AC). Instrumento utilizado para c rriente continua y alterna. Estos símbolos, deben tene se muy presentes antes de utilizar cualquier instrumento de medida, porque de esto depende la vida del aparato, así como su prestigio profesional. Veamos un eje plo que nos ilustre todos estos detalles:

La V indica que es un Voltímetro. En su extremo inferior derecho aparece los siguientes símbolos: ~Quiere decir, que es un instrumento para corriente continua y alterna ( A) Este símbolo nos indica que este Voltímetro está fabricado para trabajar en posición vertical. Analicemos otro ejemplo a t avés de la siguiente figura:

La letra A indica que es un amperímetro. En su parte inferior derec a aparece el siguiente símbolo “—“Quie e decir que es un instrumento que se

uede utilizar

únicamente para medir corriente continua. Quiere decir que este instrumento está proyectado para trabajar en posición horizontal.


3. TIPOS DE INDICADORES DE AGUJA Los indicadores de aguja,

indicadores

análogos, se emplean para medir la corriente o intensidad, la tensión

voltaje, y la

resistencia. · La corriente se mide con el amperímetro o con la pinza voltimétrica. · La tensión, con el voltímetro o con la pinza. · La resistencia se mide con el ohmímetro u Óhmetro. Cada uno de est s indicadores viene graduado con las unid des de medida correspondientes. A continuación describiremos las características de cada uno de ellos, y en el capítulo siguiente explicaremos la m nera de usarlos. A. AMPERÍMETRO

Es un aparato que permite

edir la intensidad o amperaje de un circuito eléctrico. Por

consiguiente, su escala de medida viene graduada en amperios. Al observar exteriormente un amperíme ro podemos distinguir las siguientes partes: · Caja de protección: Puede ser de metal o de plástico y de for a circular o rectangular. · Escala de medida: Está formada por un conjunto de divisiones que permite determinar el valor de la

agnitud. La letra A indica que la escala

stá dada en

amperios. · Aguja: Es una lámina met lica liviana y delgada que gira sobre uno de sus extremos mientras que señala, con el tro, el valor de la magnitud. Un tornillo permite ajustarl a la posición cero de la escala. · Bornes: Uno de ellos corresponde a la entrada y tro a la salida de corriente.


B. VOLTÍMETRO El voltímetro se utiliza para medir la tensión o diferencia de potencial. Consta básicamente de las mismas partes que el amperímetro: caja de protección, escala de medida (que viene graduada en voltios), aguja indicadora y borne de con xión.

C. OHMÍMETRO Es un instrumento que permite medir la resistencia eléctrica de un elemento, por lo tanto, vi ene graduado en ohmios. Un elemento p ede ser: un conductor eléctrico, la resist ncia de una parrilla o de una plancha, etc. · Constitución: Los Ohmímetros constan de: · Una caja que contiene todos los componentes. · Un instrumento con escala calibrada en Ohmios. (W) · Un conmutador selector de rangos de escala. . Una perilla reguladora de a juste de la aguja a cero. · Dos bornes de conexión co puntas de prueba.


En algunos casos no existe l conmutador y la selección se hace por medio de bornes de enchufar. A diferencia del voltímetro y del amperímetro, cuya aguja se desplaza de izquierda a derecha, en el

hmetro se desplaza la aguja de derecha a izquierda. El

ohmímetro, llamado también Óhmetro, se representa en un circuito eléctrico por el símbolo: W D. PINZA VOLTIAMPERIMET ICA Esta pinza permite medir la ensión y la intensidad de un circuito. Alguna como la que se muestra en la ilustración, miden también la resistencia.

La pinza voltiamperimétrica sólo se emplea para efectuar mediciones en corriente alterna. Sus componentes s n: 1. PINZA O TENAZA


Se compone de dos piezas metálicas, recubiertas por material aisl nte, que se mantienen unidas por la a ción de un resorte. Una de las piezas es movible y se separa de la parte fija mediante un botón o palanca. 2. ESCALA Tiene varias graduaciones o alcances. La escala pintada de rojo permite

edir tensión

(voltios) y la pintada de neg o, es para medir la corriente (amperios). Algunas poseen la escala de ohmios. 3. SELECTOR DE ESCALA El selector permite elegir la scala adecuada a la medida de tensión o de orriente, que se desea realizar. Puede est r ubicado en el frente del aparato o en la parte posterior y se mueve por medio de una palanca o un elemento giratorio. 4. PALANCA ABREPINZA Es la encargada de abrir las pinzas o tenazas, al presionarla con la m no. La pinza voltiamperimétrica permite medir Corriente eléctrica alterna sin

ecesidad de

interrumpir el circuito eléctrico; anteriormente lo hacíamos cortando los conductores. Además, con esta pinza p demos medir la corriente sin necesidad

e quitarle el

aislante a los conductores; sólo basta abrazarlos, tal como lo muestra la fiigura.

La lectura se hace como en ualquier instrumento indicador de aguja: Cu ndo no se conoce la magnitud de la medida, se coloca el selector en la escala más alta y luego se


elige con el selector la que permita obtener una lectura precisa, o sea, cu ndo la aguja tenga un recorrido de ¾ par es de la escala. E. MULTÍMETRO Es un aparato de medida en el que se hallan combinados tres elementos: el voltímetro, el amperímetro y el ohmímetro. También es conocido como Multiplicador. Posee dos bornes que se conectan en PARALELO cuando se va a medir la tensión o voltaje, y en SERIE cuando se desee mediir la intensidad. Una palanca permite seleccio ar el tipo de corriente y la unidad de medida. Además, el multímetro dispone de un botón para el ajuste a cero, varias escalas para las diferentes mediciones y una aguja i dicadora.

El multímetro se utiliza par mediciones en corriente alterna o en corrie te continua.

MEDICIONES CON LOS INDICADORES DE AGUJA A. MEDICI N DE INTENSID D Esta operación consiste en

edir la cantidad de corriente que pasa por un conductor

en un circuito eléctrico. Esta medición se realiza con un Amperímetro, el ual debe conectarse siempre en Serie..


PASOS PARA HACER LA MEDICIÓN: Primer Paso: Seleccione el amperímetro de acuerdo a: · Posición: vertical u horizontal · Calibre o capacidad de me ida · Clase de corriente: Continúa (CC) o alterna (CA) Segundo Paso: · Conecte el amperímetro, e SERIE, con el circuito que se desea medir; bserve la figura anterior. Tercer Paso: · Verifique las conexiones y plíquele tensión al circuito. Cuarto Paso: · Tome la lectura, colocándo e frente al instrumento. El amperímetro tiene una re istencia interna muy pequeña; si por alguna circunstancia la conecta en paralelo, se quema el instrumento o puede producir un cort -circuito en la línea.

B. MEDICIÓN DE TENSIÓN


Esta operación consiste en

edir la magnitud de la tensión existente entr los bornes

de un circuito eléctrico o de ualquier aparato eléctrico. Esta medición se realiza con el Voltímetro, el cual debe con ctarse siempre en Paralelo. PASOS PARA HACER LA MEDICIÓN: Primer Paso Coloque el instr mento de medida en la posición adecuada: vertical u horizontal, de acuerdo al sí bolo que trae el extremo derecho del tablero..

Segundo paso Seleccione el tipo de corrien e que va a medir: CA o CC. A su vez, coloqu el selector del instrumento en el rango más alto, para evitar el deterioro del aparato.

Tercer Paso Coloque los dos terminales del instrumento en derivación con el circuito all cual se desea medir la tensión.


Cuarto paso Seleccione un rango adecua o, calculando que la posición de la aguja quede en unas ¾ partes de la escala.

Quinto Paso Tome la lectura colocándose frente al instrumento.

C. USO DEL OHMÍMETRO

Los Ohmímetros, a diferenci de los Voltímetros y Amperímetros, tienen e l cero de su escala a la derecha y a su iz uierda el signo infinito ( a ), que correspond a una resistencia superior a la de l escala seleccionada en el instrumento. Para efectuar una medición, siga estos pasos: Primer Paso Seleccione la escala y luego coloque las puntas de prueba en contacto entre sí, con lo que la aguja se desplazará hacia la derecha.


Segundo Paso Ajuste la perilla reguladora para hacer coincidir la aguja co el cero de la escala. Tercer Paso Separe las punt s de prueba y conéctelas a los extremos de la resistencia que va a medir. La aguja del instrumento marcará un valor en la escala, ue deberá multiplicarse por el “multipli ador de la escala”. OBSERVACIONES: · Antes de usar el ohmímetr debe asegurarse que el elemento que va a

edir No esté

conectado a ningún tipo de tensión eléctrica. · Cuando en alguna escala la aguja no se puede ajustar al cero, se debe sustituir la pila interna que tiene el ohmíme ro.

D. USO DE LA PINZA VOLTI MPERIMÉTRICA · Para medir la Resistencia, l procedimiento es similar al que se explicó para el ohmímetro. · Para medir la tensión es necesario emplear las PUNTAS DE RUEBA.

Una de las puntas de prueba generalmente tiene un dispositivo, al cual in ernamente se le coloca un fusible con el fin de proteger eléctricamente la pinza de un cortocircuito o un exceso de tensión. 1. Instale los conectores a l s bornes de la pinza.


2. Coloque el selector en la scala más alta del rango de voltaje. 3. A continuación, coloque las puntas de prueba en los puntos donde desea medir la tensión. Si la aguja apenas se mueve. Ésta indica que la escala está muy alta; por lo tanto, mueva el selector a la siguiente escala inferior y así sucesivamente, si es el caso, hasta obtener un desplazamiento de la aguja equivalente a unas

partes de la

escala. 4. Efectúe la lectura en el tablero de la pinza voltiamperimétrica. Las lecturas se realizan en la forma explicada anteriormente. Tenga presente que las l cturas deben hacerse teniendo al frente el tablero de la pinza. Para medir la Intensidad no es necesario emplear las puntas de prueba. Basta colocar entre las mandíbulas de la pinza el alambre cuya intensidad se va a medir, y leer en la escala el valor correspondiente.

No olvide observar siempre las siguientes medidas de seguridad: · Al medir la tensión, coloqu las puntas de prueba sobre el circuito perpendicularmente, con el fin de evitar posibles puentes o cortocircuitos. · En cualquier medición, utilice siempre el rango más alto de la escala, a fin de evitar golpes en la aguja y por con iguiente desmejoras en el aparato de medid .


· Evite golpear el instrumento; no lo exponga a la acción directa de los ra os del sol, ni lo guarde en lugares húmed s. · Una vez utilizado el instru ento de medida, guárdelo en su estuche pro ector.

E. USO DEL MULTÍMETRO 1. PARA MEDIR LA RESISTE CIA: Primer Paso Seleccione la escala adecu da. Segundo Paso Conecte las p ntas de prueba al multímetro. Tercer Paso Coloque las pun as de prueba haciendo contacto entre sí. La guja se desplazará hacia la derecha. Cuarto Paso Mueva el botón regulador hasta que la aguja coincida con el ero de la escala. Quinto Paso Separe las puntas de prueba y conéctelas a los extre os de la resistencia que desea medir. La aguja del multímetro indicará el valor en la escala que usted seleccionó. 2. PARA MEDIR LA TENSI N: Primer Paso Conecte las puntas de prueba e n los bornes de tensión (marcados con la letra V). Segundo Paso Coloque el selector de escala en el rango más alto para evi ar el deterioro del aparato. Tercer Paso Seleccione el tipo de corriente que va a medir (CA o CC).


Cuarto Paso Coloque los otr s extremos de las puntas de prueba en PARALELO con los bornes del circuito donde de ea medir la tensión. Quinto Paso Seleccione la escala adecuada, calculando que la posición de la aguja quede aproximadamente en el centro de la escala 0 a ¾. Sexto Paso Efectúe la lectur colocándose frente al instrumento. 3. PARA MEDIR LA INTENSI AD SIGA ESTE PROCEDIMIENTO Primer Paso Coloque las puntas de prueba en los bornes de intensidad (marcados con I). Segundo Paso Coloque el selector en el rango más alto. Tercer Paso Seleccione el tipo de corriente (CA o CC). Cuarto Paso Coloque los otr s extremos de las puntas de prueba EN SERI con la línea cuya intensidad va a medir. Quinto Paso Seleccione la escala, calculando que la aguja quede en el centro de la escala 0 a ¾. Sexto Paso Ef ctúe la lectura.

Encierre en un círculo la letr que corresponde a la respuesta verdadera: 1. Un voltímetro se conecta n: a. Serie b. Paralelo c. Serie paralelo d. Ninguno de los anteriores


2. Un amperímetro se conec a en: a. Serie b. Paralelo c. Serie paralelo d. Ninguno de los anteriores 3. Encierre en un círculo la l tra que corresponda a la respuesta FALSA. Al tomar una medida deben tener corriente aplicada: a. El amperímetro b. El Óhmetro c. El voltímetro d. La pinza

AUTOPRUEBA DE AVANCE 1. escriba la lectura que indica el dispositivo de la figura en cada caso:

4. clasifique los aparatos qu aparecen en la pregunta 1. 5. El aparato que mide tensi n, intensidad y resistencia en CC y CA es:


6. ¿cómo es la resistencia in erna del amperímetro? 7. ¿en que rango debe coloc rse el selector de un instrumento de medida 8. ¿dónde está ubicado el cero de la escala de óhmetro? Visite a un Electricista y pre úntele qué tipo de instrumentos de medida usa y qué características tienen. PRUEBA DE CONTR L. 9. Llene los espacios en lanco con una X APARATO

Mide tensión

Mide Intensidad

Mide Resistencia

Se utiliza en C.

Se Utiliza en C.A.

Voltímetro Amperímetro Óhmetro Multímetro Pinza Voltimétrica CONTESTE LAS SIGU ENTES PREGUNTAS 10. ¿Cuáles son los tipos de indicadores más comunes y cuál es la car cterística de cada uno de ellos? 11. Investigue con un El ctricista cuáles son algunas marcas de aparatos de medida y cuáles son sus características. Escríbalas en el siguiente esp cio. 12. Indicadores de Aguja más utilizados en nuestro medio son: Amperímetros, Voltímetros y Óhmetros. ¿Tienen algunas desventajas? ¿Cuáles? 13. Su lectura no es muy exacta. 14. Escriba seis partes de un indicador de aguja:


15. Defina con sus palabras lo que es capacidad de medida: 16. Escriba la lectura de los siguientes instrumentos:

17. Verifique sus respuestas con las que aparecen en la hoja de respuestas. Si todas son correcta , continúe su estudio, si tuvo algún error, estudie nuevamente el tema. 18. Indique si es verdadera (V) o falsa (F) la siguiente afirmación: La inza voltiamperimétrica se emplea para mediciones en CA y CC. V F

PRACTICA III ELECTROSTATICA Y LEY DE COULOMB

Carga eléctrica

En el año 600 A.C., los griegos descubrieron que cuando frotaban ámbar ontra lana, el ámbar atraía otros objetos. n la actualidad decimos que con ese frotamiento el ámbar adquiere una carga eléctrica eta o que se carga. Cuando al caminar una pe sona frota sus zapatos sobre una alfombra de nylon se carga eléctricamente; también carga un peine si lo pasa por su cabello seco. Las varillas de plástico y un trozo de piel autentica o no, son especialme te buena para demostrar la electrostática, es decir la interacción entre cargas eléctricas en re poso o casi en reposo. Diversos experimentos han demostrado que existen dos tipos de cargas el ctricas, la del plástico cuando se frota con piel y la del vidrio al frotarse con seda. Benj mín Franklin,


sugirió llamar a esas dos cl ses de carga Negativa y positiva respectivamente y tales nombres aún se utilizan. La arilla de plástico y la seda tienen cargas negativas, en tanto que la varilla de vidrio y la piel tienen carga positiva. A una carga eléctrica negativa se le llama electrón, en tanto que una positiva se le llama protón. En caso de que una carga eléctrica no sea positiva ni ne ativa es porque es neutra y se le conoce como neutrón. Finalmente: podemos afirm r que: cargas de signos iguales se repele y cargas de signos contrarios se atraen. Las cargas eléctricas obedece la Ley de Coulomb, la cual establece lo siguie te:

La magnitud de la fuerz eléctrica entre dos cargas puntuales es directamente proporcional al producto de las cargas e inversamente proporcional al c adrado de la distancia que las separa.

Matemáticamente se escribe como sigue: F= k , donde F es la fuerza e Newton, k es la constante de proporcionali ad, son las cargas,r es la distancia que separa dichas cargas y las barras significa q e solo se toma en consideración el valor absol to o magnitud de las misma. La constante de proporcionalidad k es conocida como constante eléctrica, cuyo valor es

Prueba de Control 1. ¿a qué se l ama carga eléctrica? 2. ¿Cómo pueden ser las cargas eléctricas?

3. ¿Qué es u electrón? 4. ¿A qué se lama electrostática?


5. Enunciar la Ley de Coulomb 6. Escriba la ecuación matemática de la Ley de Coulomb

Experim nto 1. Comprobación de las fuerzas electrostáticas Materiales y equipos  

globo tela o lana seca

Procedimiento Tome el globo e ínflelo c n aire, luego frote el globo con la tela o la a seca por 2 minutos. Acercar el globo a la pared hasta quedar en contacto con la misma. ¿Qué ocurre con el globo? ¿Explique lo sucedido?

2. Comprobación de las fu rzas electrostáticas segunda parte

Materiales y equipos    

globo tela o lana seca papel de aluminio hilo

Procedimiento


Tome un poco de papel de aluminio y forme una pequeña esfera, luego ate un poco de hilo a la esfera y cuélguela n un soporte. Tome el globo e ínflelo con aire, luego frote el globo con la tela o lana seca por 2 minutos. Acercar el globo a la esfera. ¿Qué ocurre con el globo? ¿Explique lo sucedido? 3. Construcción de un gener dor electrostático (Generador de Van de Graaf )

Materiales y equipos       

2 ft. de tubo PVC de 2 in. Banda aislante 4 ft. Motor eléctrico pequeño (de un carro de juguete por ejemplo) 3 ft. de conductor de cobre calibre 10 Domo esférico de aluminio 2 carrete pequeño de plástic 2 pernos pequeño para soste er los carretes

Procedimiento Se barrena el tubo PVC en s parte superior e inferior haciéndole dos pequeño orificios en la parte superior y dos en la parte inferior, de forma que los doscarretes pu dan instalarse horizontalmente dentro del tubo y a su vez tenga movilidad. Se conecta el equeño motor en el carrete inferior de modo que pueda transmitirle movimiento constante al mismo. Se instala la banda aislante n forma tensa, de forma que los dos carretes p edan moverse juntos.

Generador de Van de Graaff


Se toma 1.0 ft. de conducto y se retira 1.5 in del aislante en cada extremo. Se toman 6.0 in de conductor y se repite el procedimiento anterior. El conductor más largo se utiliza para rozar la banda aislante y el otro extremo se conecta a tierra. El onductor más pequeño se conecta un extremo a la banda aislante en el carrete superior y el otro al domo de aluminio.

Se coloca el domo de alumi io y colocamos varias tiras de papel de servill ta pegada con cinta adhesiva a la parte sup rior del domo esférico. Se energiza el pequeño mot r eléctrico por 2 o 3 minutos. ¿Qué ocurre con el papel ser villeta? ¿Explique lo sucedido? ¿Qué signo tiene la carga el ctrica que posee el domo? ¿Qué signo tiene la carga el ctrica que fluye a tierra a través del conductor? ¿Qué podría decir al comparar la fuerza gravitacional y la eléctrica en el pa el servilleta? ¿Cómo es la fuerza eléctrica en la proximidad del domo en comparación a la distancia de máxima altura alcanzada po el papel servilleta?


PRACTICA IV CORRIENTE ELÉCTRICA Y FORMA DE ONDA

Antecedentes históricos Se denomina corriente eléctri a al flujo de carga eléctrica a través de un material sometido a una diferencia de potencial. Históricamente, se definió como un flujo de c rgas positivas y se fijó el sentido convencional de circulación de la corriente como un f ujo de cargas desde el polo positivo al negativo. Sin embargo, posteriormente se observó, gracias al efecto Hall, que en los metales los portadores de carga son electrones, con ca ga negativa, y se desplazan en sentido contrario al convencional.Existen dos tipos de corrie te: la continua y la alterna.

Corriente continua (C.C.): esta también se la conoce como corriente di ecta (C.D.) y su característica principal es que los electrones o cargas siempre fluyen, dentro de un circuito eléctrico cerrado, e el mismo sentido. Los electrones se trasl dan del polo negativo al positivo de la uente de energía eléctrica. Algunas de estas fuentes que suministran corriente directa son por ejemplo las pilas, utilizadas para el funcionamiento de artefactos electrónicos. Otro caso sería el de las baterías usadas en los transportes motorizados. Lo que se debe tener en cuenta es que las pilas, baterías u otr s dispositivos solo almacenan las cargas eléctricas, no la crean. Lo que hacen estos dispositivos es poner en movimiento a las cargas para que se inicie el flujo de corriente eléctrica a partir de la fuerza electromotriz (FEM). sta fuerza es la que moviliza a los electrones contenidos en los cables de un circuito eléctrico. Los metales son los que permiten el cargas, es por esto que se los enomina conductores.

ejor flujo de


Generado de corriente continua, símbolo y forma de onda

Corriente alterna (C.A.): a iferencia de la corriente continua, en esta existen cambios de polaridad ya que esta no se mantiene fija a lo largo de los ciclos de tiem po. Los polos negativos y positivos de esta corriente se invierten a cada instante, según la frecuencia o ciclos por segundo de la mis a. La corriente eléctrica que poseen los hogares es alterna y es la que permite el funci namiento de los artefactos eléctricos y electrónicos más comunes.

Generad r de corriente alterna, símbolo y forma de onda

A partir de la corriente eléctr ca se definen dos magnitudes: la intensidad y a densidad de corriente. El valor de la inte sidad de corriente que atraviesa un circuito e determinante para calcular la sección de los elementos conductores del mismo.


Prueba de control 1. Defina corriente eléctr ica 2. Principales tipos de corriente eléctricas 3. Ilustre gráficamente c mo se visualizan los distintos tipos de corrientes eléctricas 4. ¿qué tipo de corriente tilizamos en los hogares? 5. ¿qué signo poseen las cargas que constituyen la corriente eléctrica? 6. ¿en qué sentido de polaridad fluye la corriente continua? 7. ¿en qué sentido de polaridad fluye la corriente alterna? 8. ¿enumere 3 ejemplos el uso de la corriente continua? PROCEDIMIENTO 1. Tome una batería y con ay da del osciloscopio que le proporcionará el pro esor, observe la forma de onda. 2. Tome la energía de un tom corriente del laboratorio y observe la forma de onda 3. realice las gráficas que corresponden a las formas de onda vista en cada ca o


PRACTICA V

R SISTIVIDAD Y LEY DE OHM La resistividad eléctrica e una propiedad fundamental de los materiales, su valor y dependencia con la temp ratura permiten clasificarlos en tres g andes grupos: Conductores, semiconductore y aislantes. Los metales están en el rupo de los conductores, en un metal tí ico la resistividad a altas temperaturas está dominada por la interacción electrón-fotón crece al aumentar la temperatura. Sin em argo, algunos compuestos intermetálicos d tierras raras (Ce, Yb) y actínidos (U, Pu), presentan un comportamiento anómalo y la resistividad disminuye al aumentar la temperatura, mostrando esta dependencia incluso hasta a temperatura ambiente. Este c mportamiento está asociado a la fuerte hibridación de la capa 4f o 5f con la banda de cond cción, la cual da lugar a la aparición de ma eriales con nuevas e interesantes propiedades ara los que se han acuñado nuevos términos como redes Kondo, Fermiones Pesados o Valencia Intermedia.

ASPECTOS TEÓRICOS D LA RESISTIVIDAD La constante de proporcionalidad que aparece en esta ecuación es la llamada conductividad eléctrica, que en materiales i ótropos es un escalar. Cuando lo que se está studiando son los materiales conductores, como es nuestro caso, en vez de hablar de co ductividad se habla de resistividad eléctrica, que es lo reciproco de la conductividad. La descripción de la resistivi ad se puede obtener de la relación que existe ntre el campo eléctrico

aplicado a un mat rial y la densidad de corriente eléctrica que s origina en su

interior. Esta es una forma de la Ley de Ohm. =σ

Si se pasa una corriente eléctrica de I amperios por un objeto, y la diferencia de potencial en el material es V voltios, la esistencia R del objeto se calcula por la ley de Ohm

Si este objeto es en forma de ilindro de largo L y sección A,


Donde ρ es la resistividad el ctrica del material. Se mide la resistividad eléctrica para medir la corriente I y la diferencia de potencial o voltaje V.

Donde G es un factor geomét ico que depende de la forma del objeto y la dis osición de los electrodos utilizados para pasar la corriente y medir el voltaje. En la superfi ie de la tierra, el "objeto" es un plano infi ito, donde los geofísicos utilizan varias configuraciones de electrodos. Los minerales generalmente son aisladores eléctricos. Solamente los metales, algunos óxidos y sulfuros con lustres metálicos, y la arcilla se clasifican como conductores. No obstante, el agua dentro de los poros de las piedras es conductora. Generalmente la resistividad eléctrica de las piedras y los suelos depende de la porosidad, su eometría, y la cantidad y cualidad de los flui dos que estén dentro de los poros.

Material Plata Cobre Oro Aluminio Tungsteno Hierro Manganina Acero Platino Plomo Nicromo Carbón

Resistividad (Ω.m) a 23°C 1.59 1.68 2.20 2.65 5.60 9.71 4.50 7.20 1.10 2.20 1.50 3.50

Material

Resistividad Ω.m) a 23°C

Germanio Silicio Piel Humana Madera Vidrio Hule Teflón Ámbar Sulfuro Cuarzo Mica Cuarzo Fundido

4.60* 6.40* 5.00* aprox.

Tabla de resistividades de materiales más usados a 23°C

7.5*


MEDIDA DE RESISTIVIDAD En muchos casos es necesario medir la resistividad de alguna pieza constr ida de forma isótropa. Aquí trataremos tres métodos para medir dicha resistividad, don ees necesario conocer la intensidad de corr ente I que atraviesa la muestra, la diferencia e potencial V entre dos puntos, la distancia Sque hay entre los dos puntos, y el área A de sección transversal de la muestra. C nociendo estos parámetros podemos definir la resistividad como:

Siempre y cuando la muestr analizada sea homogénea e isótropa y Para poder obtener unos buenos resultados el vol ímetro debe de tener una alta impedancia o resistencia, así la intensidad no tenderá a circular por él. Los contactos del potencial deben estar situados lo suficientemente lejos de los de intensidad para que la corriente que pasa por a muestra a la altura de ellos sea homogénea. Hay otros dos aspectos que se reco ienda cuidar encarecidamente: la sección e la muestra no debe exceder de un tercio de la longitud del diámetro y las medidas debe realizarse lo más al centro posible de la mu stra, evitando posibles efectos de borde. En un principio las medidas con este método son iguales para corriente continua y alterna, salvo que en corriente conti ua es conveniente tomar la diferencia de potencial con la corriente en ambos sentidos, vitando, en la medida de lo posible, efectos ter oeléctricos y factores dependientes de la in omogeneidad de la muestra. El sistema más sencillo de m ntar es el llamado método directo, el esquema el dispositivo se puede ver en la figura. Este sistema no se aconseja para medidas en mate iales con baja resistividad, metales o semiconductores, puesto que la resistividad de los contactos está contenida en la medida y pu de llegar a ser del orden de magnitud de la r esistividad del material.

Método directo


Para evitar que la resistenc a de los contactos esté incluida en la medi a se toma la diferencia de potencial en dos puntos en la muestra, como indica la figura. A ste método se le denomina método de las cu tro puntas, ampliamente utilizado en la actuali ad.

Método de las cuatro puntas

En el método de las cuatro puntas los contactos de la intensidad no tie en por qué ir colocados en los laterales de la muestra. Se pueden colocar en la misma c ra que los de potencial, siempre y cuando l distancia entre ellos sea la correcta. Para poder obtener unos buenos resultados el voltímetro debe de tener una a ta impedancia o resistencia, así la intensida no tenderá a circular por él. Los contactos de medir voltaje deben estar situados lo suficientemente lejos de los de medir intensida para que la corriente que pasa por la mue tra a la altura de ellos sea homogénea. Hay otros dos aspectos qu se recomienda cuidar encarecidamente: el iámetro de la sección de la muestra no de e exceder de un tercio de la longitud Lde la muestra y las medidas deben realizarse lo ás al centro posible de la muestra, evitando p sibles efectos de borde. El problema de la determin ción de la distancia entre los contactos de voltaje aparece cuando los contactos no son puntuales. En tal caso la distancia que es conve iente tomar es la distancia entre el centro de os contactos o soldaduras. En un principio las medidas con este método son iguales para corriente continua y alterna, salvo que en corriente conti ua es conveniente tomar la diferencia de potencial con la corriente en ambos sentidos, vitando, en la medida de lo posible, efectos ter oeléctricos y factores dependientes de la in omogeneidad de la muestra.


Otra variedad de este tipo de sistema es la conocida como “método de Van er Pauw” que se utiliza para la medida de r sistividad eléctrica en muestras con geometría complicadas. Los electrodos no están en lí ea y se utilizan unas veces para el paso de corriente y otras para la medida del potencial. Otro sistema para la medida de resistividad eléctrica por contactos es el llam do método de “resistencia extendida” (spre dingresistence). Este sistema de muestra en la figura y el mismo se utiliza, sobre todo, para la medida de muestras semiconductoras y para muestras pequeñas o en las que deseemos una gran resolución espacial. El principal in onveniente de este sistema es la determina ión de la geometría del contacto, pues es inc uso necesario conocer la deformación que sufre el material. También hay que intentar qu la resistencia de la sonda sea lo más peque a posible, de tal manera que sea despreciable f ente a la de la muestra, al igual que la resistencia metal- semiconductor.

étodo de la resistencia extendida

Materiales y equipos      

Voltímetro Amperímetro Varillas metálicas Fuente C.C. Material aislante Contactos y Prensas


Prueba de control 1. 2. 3. 4.

¿a qué se llama resisti idad eléctrica? Explique la diferencia entre resistividad eléctrica y resistencia eléctrica Explique brevemente n que consiste el método directo para medir resistividad Explique brevemente en que consiste el método las cuatro punt s para medir resistividad 5. ¿Cuáles métodos conoce para medir resistividad? 6. Enuncie la Ley de Oh 7. Escriba dos ecuacione matemáticas que representen la Ley de Ohm.

Procedimientos El profesor le entregará 5 va illas metálica de distintos materiales, use el étodo directo para determinar el valor de la resistividad de cada varilla y anótelo en la sigu ente tabla.

aterial

Resistividad en Ω.m

Repita el procedimiento anterior usando en método de las cuatro puntas y anótelo en la siguiente tabla.

aterial

Resistividad en Ω.m


1. 2. 3. 4. 5.

Compare los valores o tenido por los dos métodos anteriores Explique a que se deb la diferencia entre los valores de resistividad ¿Cuál método proporc ona resultados más confiables? ¿Cuál método es el más recomendado para medir resistividad en semi onductores? Si tuviera que tocar un conductor indique 4 materiales de la tabla de r sistividad a elegir para hacer el co tacto. 6. Si tienes que trasporta energía eléctrica, indique cuales materiales pu de usar. Explique su respuesta. 7. Investigue 3 aplicacio es de los materiales semiconductores.


PRÁCTICA VI

RESIS ENCIA Y CODIGO DE COLORES Se le llama resistencia eléctricaa la oposición que tienen los electrones par desplazarse a través de un conductor. La u idad de resistencia en el sistema internacional s el ohm, que se representa con la letra griega omega (Ω), en honor al f ísico alemán Geo g Ohm, quien descubrió el principio que ah ra lleva su nombre. La resistencia está dada por la siguiente fórmula: R=

En donde ρ es el coeficie te de proporcionalidad o la resistividad d l material.La resistencia de un material depende directamente de dicho coeficient , además es directamente proporcional a su longitud (aumenta conforme es mayor su ongitud) y es inversamente proporcional a su sección transversal (disminuye conforme au enta su grosor o sección transversal) La resistencia eléctrica tiene n parecido conceptual a la fricción en la física ecánica. Para su medición en la práctica existen diversos métodos, entre los que se encuent a el uso de un ohmímetro. Además, su canti ad recíproca es laconductancia, medida en Sie ens. De acuerdo con la ley de Oh la resistencia de un material puede definirse como la razón entre la diferencia de potencial eléctrico aplicado a la resistencia y la corrient que atraviesa dicha resistencia:

Donde R es la resistencia en ohmios, V es la diferencia de potencial en voltio e I es la intensidad de corriente en mperios.También puede decirse que "la int nsidad de la corriente que pasa por un conductor es directamente proporcional a la longitud e inversamente proporcional a su resistencia". Según sea la magnitud de esta medida, los materiales se pueden clasificar e conductores, aislante y semiconductor. Existen además ciertos materiales en los que, en determinadas condiciones de temperatura, parece un fenómeno denominado supercondu tividad, en el que el valor de la resistencia es prácticamente nulo.


Código de colores de las resistencias eléctricas Las resistencias son eleme tos pasivos muy comunes en los circuitos ya que son indispensables en cualquier iseño eléctrico o electrónico. Posteriormente conoceremos algunas de sus aplicaciones. ara identificar su valor se usa el llamado código de colores. En la figura ilustramos una re istencia típica.

Resistor típico

Tiene un cuerpo cilíndrico e uno a dos centímetros de longitud, con u segmento de alambre a cada lado. En su s perficie tiene de tres a cinco bandas de color s, igualmente espaciadas, más cercanas a uno de los extremos.

Código de colores para las resistencias

Si sujetamos la resistencia c n la mano izquierda, por el lado donde están las bandas de colores, podemos deducir su valor si sabemos el número que representa cada color. Para ello basta con saber la equivalencia entre los colores y los números del 0 al 9. Por otro lado, las dos primeras bandas de iz uierda a derecha corresponden a los dos primeros dígitos del valor de la resistencia.


Para una resistencia de cuatro bandas, la tercera banda es la potencia de 10 p r la cual debe multiplicarse los dos dígitos mencionados. La cuarta banda representa la t lerancia en el valor de la resistencia. Las resistencias que usaremo en este manual tienen seis tolerancias posibles: Dorada 5%, plateada10%,marrón 1%, roja 2%, verde 0.5% y sin color 20%. Ejemplo1.Para la siguiente re istencia calcule su valor. -

Primera banda: amaril a Segunda banda: marrón Tercera banda: naranj Tolerancia: dorada

En el caso de la resistencia a terior, y con ayuda de la tabla de código de co ores podemos decir que su valor es de: 41*10³ 5% Esto se obtiene viendo que la pri era banda es amarilla = 4, la segunda, marrón = 1, la tercera, naranja 10³, y la cuarta es dorada = 5%. El resultado se expresa final ente como (41  2.05)k , ya que 10³Ω = kΩ y el 5% de 41 k Ω es 2.05k Ω. Debemos mencionar que 103 equivale al prefijo kilo, abre iado k, en el Sistema Internacional de uni ades. La resistencia se mide en ohmios, abr viados con la letra griega omega (). Por otro lado, 103  = 1000  y es lo mismo que 1 k .

Ejemplo2. Para la siguiente resistencia calcule su valor.

En el caso de la resistencia a terior, y con ayuda de la tabla de código de co ores podemos decir que su valor es de: 45*10⁶ 5% Esto se obtiene viendo que la pri era banda es amarilla = 4, la segunda, verd = 5, la tercera es azul 10⁶, y la cuarta es dorad = 5%. El resultado se expresa final ente como (45*10⁶ 2.25*10⁶Ω), ya que 10⁶Ω = MΩ y el 5% de 45 MΩ es 2.25MΩ. Debemos mencionar que 10⁶ equivale al prefijo Mega, abreviado M, por lo que final ente se escribe: R= (45  2.25) MΩ.


Preguntas de control

1. 2. 3. 4. 5. 6. 7.

¿A qué se llama resist ncia eléctrica? Explique dos métodos que permitan obtener el valor de una resistenci eléctrica ¿A qué se llama códig de colores para resistencias eléctricas? En el código de colores, ¿que representa la tolerancia? ¿Cómo se clasifican los materiales óhmicos? Diga qué valor le corr sponde a cada color de la tabla del código de c lores. Determine el valor de una resistencia que tiene los siguientes colores y respectivo orden: Rojo, azul, bla co y plateado.

Materiales y equipos    

Resistencias eléctricas Multímetro Calculadora Tabla del código de colores

Procedimiento

El profesor le entregará 5 res stencias con distintos colores para que determ ne el valor de cada una de ellas (valor teórico) y lo escriba en la siguiente tabla: Colores e la resistencia

Valor de la resistencia


Para la 5 resistencia proporc onada por el profesor, tome el multímetro, c lóquelo en la posición para medir resistencia y calcule el valor de cada una de ellas (valor real) y escríbalo en tabla siguiente: Colores e la resistencia

1. 2. 3. 4.


¿existe alguna diferen ia entre el valor teórico y el real en las resisten ias? ¿Cuáles factores podrían causar diferencia entre el valor teórico y real? Investigue 5 aplicacio es del uso de resistencia eléctrica. Determine el valor de una resistencia que tiene los siguientes colores y respectivo orden: naranja, amarillo, marrón y verde. 5. Determine el valor de una resistencia que tiene los siguientes colores y respectivo orden: blanco, negro, r ojo


PRACTICA VII CIRCUI OS ELECTRICOS Y SUS COMPONENTES

Objetivo: Exponer los elementos básic s de un circuito eléctrico resistivo y dar un punto de inicio para una investigación más extensa del funcionamiento y comportami nto de estos dispositivos al integrarlo a los circuitos eléctricos.

Introducción: Los elementos de un circuito léctrico se pueden dividir principalmente en dos tipos:

1. Elementos pasivos queson aquellos que absorben energía. 2. Elementos activos que son aquellos que suministran energía. Un ejemplo de elemento pasivo sería el resistor y para los elementos activos lo serían las fuentes de corriente y fuente de voltaje El resistor y las fuentes

on los elementos básicos y es posible e jemplificar el

funcionamiento de cualquie dispositivo electrónico con diferentes combinaciones de estos elementos. Resistor o Resistencia eléctrica: Es un elemento pasivo que ofrece oposición a la corriente eléctrica

a)

que fluye a través de él. Su v lor se mide en ohmios y se designa con la letra grieg omega mayúscula (Ω). La figura muestra los símbolos para representar las resistencias

eléctricas.

El

símbolo

(a)

es

la

representación europea de l s resistencias y el (b) es la representación americana.

b)

Símbolos de resistencia eléctrica


Fuentes eléctricas: Son dispositivos eléctricos activos que proveen una diferencia de potencial o una corriente de anera confiable para utilizarla en los circuitos eléctricos con un determinado fin. A continuación se indica una osible clasificación de las fuentes eléctricas en circuitos DC: Fuentes ideales: Las fuentes ideales son elementos utilizados en la teoría de circuitos para el análisis y la creación de modelos que permitan analizar el comp rtamiento de componentes eléctricos y electrónicos de circuitos reales. Pueden ser indepe dientes, si sus magnitudes (tensión o corrie te) son siempre constantes, o dependientes en el caso de que dependan de otra magnitud (t nsión o corriente) en algún elemento de un circ ito.

Clasificación de las fuentes d energía en los circuitos eléctricos de corriente continua:

Símbolos de las fuentes inde endientes en circuitos DC

a) Fuente independiente e voltaje b) Fuente independiente e corriente


Símbolos de las fuentes dep ndientes en circuitos DC

Fuente independiente: Es un generador de voltaje o corriente que no depende de otras variables del circuito. Fuente dependiente: Es un ge erador de voltaje o corriente cuyos valores de enden de otra variable del circuito.

Fuentes reales: A diferenc a de las fuentes ideales, la diferencia de otencial que producen o la corriente que proporcionan fuentes reales, depende de la arga a la que estén conectadas. Fuente de voltaje o tensión ideal: Aquella que genera una diferencia de pote cial entre sus terminales constante e indepe diente de la carga que alimente. Si la resisten ia de carga es infinita se dirá que la fuente está en circuito abierto, y si fuese cero se esta ía en un caso absurdo, ya que según su efinición una fuente de tensión ideal no p ede estar en cortocircuito. Fuente de corriente ideal: Aquella que proporciona una intensidad constante e independiente de la carga que alimente. Si la resistencia de carga es cero se dirá que la fuente está en cortocircuito, y si fuese infinita estaríamos en un caso absurdo, ya que según su definición una fuente de in ensidad ideal no puede estar en circuito abierto.


Interruptor o conmutador: E un elemento secundario que tiene dos esta os. Abierto y cerrado. Idealmente, un inter uptor es un corto circuito cuando está cerrad y un circuito abierto cuando está abierto. S suelen utilizar para conectar diferentes ramas elementos de un circuito eléctrico. Conexión de resistencias en series y en paralelo

Previo a analizar un circuito conviene proceder a su simplificación cuando se encuentran asociaciones de elementos e serie o en paralelo. Se dice que varios elem ntos están en serie cuando están todos en la misma rama y, por tanto, si fluye una corriente, será la misma para todos los eleme tos en serie. Si los elementos en serie son resistencias, se pueden sustituir, independientemente de su ubicación y número, por una sola resistencia que equivale al arreglo completo de todas las resistencias en serie. En esenci lo que se está diciendo es que la dificulta total al paso de la corriente eléctrica es l suma de las dificultades que individualme te presentan los elementos componentes

R S = R 1 + R 1 + R 3 Esta regla particularizada para el caso de Resistencias, sirve también para a ociaciones de f.e.m. (baterías). Por otra par e, se dice que varios elementos están en Paral lo cuando sus terminales están unido a los ismos dos puntos eléctricos. La diferencia de otencial entre todos los elementos conectad s en paralelo es la misma.

1/Rp = 1/R1 + 1/R2 + 1/R3

Ahora la diferencia de potencial entre cualquiera de las resistencias es V, la existente entre los puntos A y B. La corrien e por cada una de ellas es V/Ri (i=1,2,3) y la corriente total que va de A a B ( corriente q e atraviesa Rp cuando se le aplica el mismo voltaje) será: I = I1 + I2 + I3. Para que esto se cumpla el valor de la conductancia 1/Rp ha de ser la suma de las conductancias de los resistores individuales.


Lo cual significa que, al haber tres caminos alternativos para el paso de la corriente, la facilidad de paso (conducta cia) ha aumentado: la facilidad total es la suma de las facilidades. Las baterías No suelen asociarse en paralelo, debido a su pequeña resistenci interna. Si se asociaran tendrían que tener l misma f.e.m. que sería la que se presentaría al exterior. Pero cualquier diferencia daría lug r a que una de las baterías se descargara en la otra.

representaci n de una pila

representación de una batería

Por último resaltar que en el caso de los conductores, en teoría de circuitos se consideran con resistencia nula, esto es, conductores ideales. La representación de los onductores es mediante una línea continua.

PRUEBA DE CONTROL

1. 2. 3. 4. 5. 6. 7.

Explique cómo se con ctan las resistencias para que estén en paralelo Explique cómo se con ctan las resistencias para que estén en serie ¿Cuáles son los eleme tos pasivos de un circuito? Explique la diferencia entre una fuente independiente y una dependie te. Dibuje el símbolo que representa una pila. Dibuje la representaci n europea de la resistencia. Explique por qué al s mar resistencias en paralelo la resistencia total es menor que cada una de las resiste cias individuales. 8. Explique por qué al umar resistencias en serie la resistencia total es mayor que cada una de las resiste cias individuales. 9. ¿Qué es un interruptor ? 10. Clasifique las fuentes ideales de energía.


Materiales y equipos     

Resistencias eléctricas Baterías o pilas Conductor eléctrico Bread board Multímetros

Procedimientos: 1. El profesor le suminis rará cinco resistencias, mida cada resistencia y anote el valor en la tabla siguiente:

Re istencia R1 R2 R3 R4 R5


1.1 sume las cinco resiste cias y anote su valor.

1.2 coloque las cinco resistencias en serie en el bread board y mida el valor de resistencia equivalent del arreglo.

1.3 Coloque las cinco re istencias en paralelo en el bread board y mi a el valor de resistencia equivalent del arreglo.

1.4 Reduzca el arreglo y alle la resistencia equivalente y anótela.

2. Con ayuda de un bread board arme el circuito de la figura. Utilice las resistencias R1, R2, R3 y la baterí suministrada por el profesor.


2.1 mida la corriente que luye por el circuito y anotela.

2.2 Con ayuda de la Ley e Ohm determine el voltaje en cada resistencia y anotelo en la tabla.

Voltaje V1 V2 V3

Valor del voltaje

2.3 sume los voltaje V1, 2 y V3 y anote el resultado.

2.4 Obtenga la resistencia equivalente en serie y divida el valor del voltaje de la bateria por la resistencia equivalente, para obtener la corriente que fluye por el circuito de acuerdo con la ley de hm.

3. Con ayuda de un bread board arme el circuito de la figura. Utilice las resistencias R1, R2, R3 y la baterí suministrada por el profesor.

3.1 mida la corriente que luye por cada resistencia y anotela.


Corriente I1 I2 I3

Valor del voltaje

3.2 Con ayuda de la Ley e Ohm determine el voltaje en cada resistencia y anotelo en la tabla.

Voltaje V1 V2 V3

Valor del voltaje

1. ¿los valores del inciso 1.1 y 1.2 son iguales? De ser diferentes, expliq e las posibles causas de tal diferenci .

2. ¿los valores del inciso 1.3 y 1.4 son iguales? De ser diferentes, expliq e las posibles causas de tal diferenci .

3. ¿el resultado del incis 2.3 y el voltaje de la batería son iguales? De s r diferentes, explique las posibles causas de tal diferencia. 4. ¿el resultado de los incisos 2.1 y 2.4 son iguales? De ser diferentes, e plique las posibles causas de tal iferencia.

5. ¿Cómo son los voltajes V1, V2 y V3 del inciso 3.2? 6. Sume los valores de c rriente I1, I2 e I3 del inciso 3.1 y anote su valo 7. Obtenga la resistencia equivalente del circuito del inciso 3 y divida el valor del voltaje de la batería por la resistencia equivalente obtenida. Anote el r sultado.

8. ¿Hay alguna diferenci entre los valores de los resultados de las preguntas 6 y 7. Explique.


PRACTICA VIII IRCUITOS ELECTRICOS MIXTOS

Introducción Se introduce en esta práctica lo que se entiende por circuitos eléctricos mixto y la terminología y conceptos básicos necesarios para su estudio.

Circuitos Eléctricos Mixtos Un circuito eléctricomixto está compuesto normalmente por un conjunto de elementos activosy de elementos pasivo conectados en serie y en paralelo, los mismos convierten la energía eléctrica en calor, por efecto Joule. El esquema siguiente presenta un circuito mixto compuesto por una batería y cuatro resistencias.

Las magnitudes que se utili an para describir el comportamiento de un ircuito son la Intensidad deCorriente Eléctrica y el Voltaje o caída de potencial. Estas magnitudes suelen representarse, respectivament , por I y V y se miden en Amperios (A) y Voltios (V) en el Sistema Internacional de Uni ades. La intensidad de corriente elé trica es la cantidad de carga por segundo que p sa a través de un cable o elemento de un cir uito. El voltaje es una medida de la diferencia de potencial y en general se puede definir entre dos puntos arbitrarios de un circuito. El voltaje está relacionado con la canti ad de energía eléctrica que se convierte en otro tipo (calor en una resistencia) cuando pasa la unidad de carga por el dispositivo que s considere. Se denomina fuerza electromotriz (f.e.m.) cuando se refiere a la conversión de e ergía de otro tipo (por ejemplo químico en una batería) en


energía eléctrica. La f.e.m. uele designarse por ε y, lógicamente, se mi e también en Voltios. Los elementos de un circuit se interconectan mediante conductores. Los conductores o cables metálicos se utilizan b sicamente para conectar puntos que se desea estén al mismo potencial (es decir, idealmen e la caída de potencial a lo largo de un cable o conductor metálico es cero) lo que es e uivalente a decir que la resistencia de un con uctor ideal es cero.

Consideraciones Energética Según lo expuesto anterior ente, La energía que se convierte en otro ti o de energía cuando pasa una cierta cantidad de carga Q por un elemento pasivo es .V si es V la diferencia de potencial entre los extremos del dispositivo. Al ser la corriente na medida de la cantidad de carga por se undo que fluye, la energía por segundo que consumirá el dispositivo será: P = I.V; esta energía por unidad de tiempo es la Potencia elé trica. De igual forma, cuando consi eramos elementos activos, la potencia eléctrica que suministran cuando fluye cier a corriente I será: P =ε.I. Hay que destacar que en un lemento pasivo la corriente va en el sentido d crecientes del potencial (de + a -) mientras que en una batería ocurre lo contrario, la cor iente va en el sentido crecientedel potencial (de – a +). Esta distinción es la que determina que un elemento sea activo (produzc energía eléctrica) o sea pasivo (consuma energía eléctrica).

Terminología utilizada en e Estudio de los Circuitos Para facilitar el estudio de n circuito conviene definir los siguientes tér inos: Nodos, Ramas y Mallas.

Nodo es la unión de tres o ás de conductores. Los puntos A y B son los dos únicos existentes en el circuito qu se esquematiza debajo; el punto C es la unión de dos elementos, pero no es un nud . Rama es el recorrido a lo largo del circuito entre dos nodos consecutivos: En el esquema se distinguen 3 ramas: ACB, B A y AB.Una rama es un tramo de un circuito por el cual circula una única corriente.


Malla es un camino cerrado. or ejemplo ABDA (malla I) y ACBA (malla I ). También lo es el camino exterior BDAC , pero es redundante con las anteriores (I y II) que ya cubren todos los elementos recorrido por la última. Previo a proceder al estudio de un circuito se identifican las corrientes que van por cada rama. En nuestro circuito pod mos distinguir 3 corrientes diferentes: I1, I2 e I . Observe que los nombres y los sentidos d las corrientes se asignan arbitrariamente; si tras analizar el circuito, una corriente resul a negativa, es que su sentido es opuesto al inicialmente escogido. Las reglas utilizadas para el estudio de un circuito son las llama as Leyes de Kirchhoff.Básicamente la le de los nodos y la ley de las mallas que analizaremos posteriormente. A la vista de lo expuesto ante iormente queremos resaltar que lo necesario p ra proceder al estudio de un circuito es conocer, para cada elemento o dispositivo que lo for e, la relación que hay entre la intensidad ue atraviesa al dispositivo y la caída de pote cial o voltaje entre sus extremos. Esta relación suele darse en términos de la denominada característica I-V del dispositivo.

Baterías Supondremos que los circui os en que fijamos nuestra atención están alimentados por baterías ideales. Estas baterí s tienen una característica V-I muy simple: an un voltaje constante (su f.e.m.) para cualquier valor de la corriente que se les pida. En forma gráfica tendríamos:


En este caso sería una pérd da de tiempo conservar la gráfica o una ta la de valores asociada a dicha característic , pues el único dato relevante es el valor de la f.e.m. Bien es verdad que la característica nteriormente expuesta es ideal, como hemos dicho: supone que la batería podría suminis rar cualquier valor de corriente manteniendo l diferencia de potencial entre sus bornes, lo ual implicaría que podría suministrar potencias infinitas.

Resistencias Otra característica sencilla es a que corresponde a elementos lineales como l s resistencias. En estos dispositivos la corrie te es directamente proporcional a la tensión ap icada a sus extremos.

En estas situaciones realme te hay un exceso de información y bastar a con dar la pendiente de la recta como re resentativa de toda la información. En este caso se cumple la ley de Ohm y el dispositiv se caracteriza por un único parámetro: la endientede la gráfica anteriormente“R” (en Ohmios), representada por la Ley de Ohm: V= .I En la representación anterior la recta de mayor pendiente (en azul) cor esponde a la resistencia “R” de mayor valor, puesto que se ha presentado en diagr ma donde la pendiente es V/I. Conviene d stacar que frecuentemente se da la característi a con los ejes intercambiados:

En este caso la recta de mayo pendiente (en azul) corresponde a la de menor resistencia (mayor conductancia 1/R).

PRUEBA DE CONTROL 1. 2. 3. 4. 5.

Defina circuito mixto Dibuje un circuito mixto ¿Qué es un nodo de u circuito? ¿Qué es una rama de un circuito? ¿Qué es una malla de n circuito?


6. 7. 8. 9.

¿Cuál es el sentido de ¿Cuál es el sentido de ¿Cuál es la forma de l ¿Cuál es la forma de l

a corriente en un elemento pasivo? a corriente en un elemento activo? curva I-V de una batería ideal? curva I-V de una resistencia ideal?



Procedimientos: 4. El profesor le suminis rará cuatro resistencias, mida cada resistencia anote el valor en la tabla siguiente:

Re istencia R1 R2 R3 R4


4.1 arme el circuito de la igura usando la batería suministrada por el pro esor y mida las corrientes I1, I2 e I3.

4.2 Utilice los valores teóricos de las resistencias y de la batería para calcular los valores de las distinta corrientes (reduciendo el circuito).


Evaluación de resultados 1. ¿Hay diferencia entre los valores de I1, I2 e I3 del inciso 4.1 y los del inciso 4.3. Explique las razones, en el caso afirmativo? 2. Si sustituimos la resistencia R4 por una cuyo valor sea el doble. Determine el valor de la corriente por ca a rama.

3. Considere la batería como ideal y construya la gráfica V-I para el circuito reducido equivalente del inciso 4.1. 4. Considere la batería como ideal y construya la gráfica V-I para el circuito reducido equivalente del probl ma 2.


PRACTICA IX LEYES DE KIRCHHOFF

Las leyes de Kirchhoff se u ilizan para la resolución de un circuito en la forma que se expone a continuación. Utilizaremos como ejemplo de aplicación el circuito ya presentado anteriormente:

La ley de los nodos proviene de la conservación de la carga y dice esencia mente, que la suma algebraica de las corrie tes que concurren en un nodo es cero; es decir, que el total de corriente que entra (signo m s, por ejemplo) es igual al total de la corriente que sale del nodo (signo menos en este ca o). Esta Ley ha de aplicarse a tantos nodos exi tan en nuestro circuito, menos uno. En nue tro caso, a un nodo.Seleccionando el nodo A y suponiendo como positiva la corriente ent ante en el nodo: I1 - I2 - I3 = 0

La Ley de las mallas establece que la suma algebraica de caídas de potencial a lo largo de cualquier malla es cero. Lo a terior implica que la suma de las tensiones de los elementos activos es igual a la suma de las caídas de tensiones en los elementos pasivo a lo largo de la malla. La suma de potenci les a lo largo de una malla es cero. Lo anterio está ligado al carácter conservativo del campo eléctrico. Para su aplicación es precis previamente asignar un sentido de recorrid a las mallas y dar algún convenio de signos: Una f.e.m se tomará como po itiva si en nuestro recorrido salimos por el polo positivo. Una caída de potencial se tomará como positiva si en nuestro recorrido vamos favor de ella cuando pasamos por el eleme to. En nuestro circuito las caídas de potenciales son todas en resistencias óhmicas.Sila int nsidad que atraviesa una resistencia R es , la caída de potencial es V= IR.


En nuestro nuestro caso, utilizando utilizando la mallas mallas I y II recorri recorridas das en los sentido sentidoss indica indicadd s tendremos las siguientes ecuaciones: -I1R1 - I3R3= 0

ε1

-ε2+ I3R3-I2R2-I2R4 = 0

Si cono conoce cemo moss los los val valor ores es de los elem elemen ento toss que que cons consttituy ituyeen nues nuestr troo cir cir uito, las tres ecuacionesanteriormente exp estas,provenientes de las Leyes de Kirchhoff configuran un sistema lineal del que se pu den obten obtener er los valo valores res de I1, I2 e I3. Obsér ese que en el circuito anterior R 2 y R 4 se a ocia ociann com comoo si si fue fuera rann una una sol solaa res resis iste tenc ncia ia de valor (R 2 + R 4). Este es un ejemplo de cómo e asocian asocian resistencia resistenciass en serie, serie, que son son las qu están en una misma misma rama rama no impo importa rtando ndo e qué ubicación.

PRUEBA DE CONTROL

1. Enun Enunci ciee la la Ley Ley de los los odos o primera Ley de Kirchhoff. 2. Enun Enunci ciee la la Ley Ley de las las allas o segunda Ley de Kirchhoff. 3. Escriba la notación matemática de la primera Ley de Kirchhoff 4. Escriba la notación m temática de la segunda Ley de Kirchhoff 5. ¿Qué es una ram rama de un circuito? 6. ¿Qué ¿Qué es una una mal malla la de n circuito? 7. ¿Cuá ¿Cuáll es es el el senti sentido do de a corriente en un elemento pasivo? 8. ¿Cuá ¿Cuáll es es el el senti sentido do de a corriente en un elemento activo? 9. ¿Cuál es es la la fo forma de de l curva I-V de una batería ideal? 10. 10. ¿Cuá ¿Cuáll es es la la form formaa de de l curva I-V de una resistencia ideal?




Procedimientos: 5. El profesor le suminis rará cuatro resistencias, mida cada resistencia anote el valor en la tabla siguiente:

Re iste istenc ncia ia R1 R2 R3 R4

Valo Valorr de de la la res resis iste tenc ncia ia

5.1 arme el el circui circuito to de la la igura usando las dos baterías suministrada por l profesor y mida las corrientes I1, I2 e I3.

5.2 Utilice los valores teóricos de las resistencias resistencias y de la batería batería para calcular los valores valores de de las disti distinta nta corrientes usando las Leyes de Kirchhoff.

Evaluación de resultados 1. ¿Hay difer diferenc encia ia entre entre os valores de I1, I2 e I3 del inciso 5.1 y los el inciso 5.2. Explique Explique las razones, en en e caso afirmativo? 2. Si sust sustit itui uimo moss la fuent fuentee corriente por cada rama.

por una cuyo valor sea el doble. dob le. Determine el valor de la

ε2

3. Calcul Calculee la pote potenci nciaa que que disipan las resistencias resistencias 4. Calcule Calcule la potencia potencia que que suministran las baterías


5.¿la potencia que sumi ist istran las fue fuentes son son sim similares a la cons mida por las resistencias? Si hay difer ncia, explique las posibles causas. 6. En la siguiente figura R 1=20 k Ω, Ω, R2=45kΩ, E= 55v e I = 2.5ª. Determine los valores de las corrientes I1, I2y el oltaje VBA.


PRACTICA X MONTAJ BÁSICO DE ESQUEMAS ELÉCTRICOS Cuando se realizan instalaciones en interiores, el técnico en electricidad debe tener c onocimiento de los símbolos que representan los distintos distintos dispositiv dispositivos os y equip equipos os que que se utiliza utilizann en l s instalaciones, para así poder realizar la instalac ión en la forma forma en que se diseñó. diseñó. Vamos a estudiar en forma resu mida las instalaci instalaciones ones eléctricas eléctricas en las edificacio edificacione ne s, desde que se toma toma la ener energí gíaa des desde de el sum suminis inis ro de la red eléctrica, hasta el consumo en los electr odomésticos. Sím Símbolos ut utilizados en en lo los di diagr mas eléctricos.

SIMBO O

NOMBRE conductor de fase conductor conductor neutro neutro conductor de protección conductores que se cruzan sin contact derivación Toma de tierra Caja de distribución interruptor conmutador pulsador tomacorriente fusible lámpara

Conceptos básicos. Acometida: Acometida: enlace enlace entre entre la red red de distribución distribución pública y la caja general de protecció .

Caja general de protecciones: s una caja que aloja los elementos elementos de protecció protecció n de las líneas repartidoras. En su interior ha un fusible por fase, que protegen contra cortoc ircuitos. Por lo general se colocan en la fachada o en sitio de fácil acceso en la edificación.


Fusible: es un elemento de prot cción que se conecta a cada fase y está formado p or una aleación metálica específica que soporta el paso de cierta magnitud de corriente, y cuando sta es excedida entonces el mismo se funde, inte rrumpiendo el paso de la corriente y evitando así m les mayores.

Cuadro de distribución: Encarg ado de alojar todos los dispositivos de segurida , protección y distribución de la instalación int rior de la vivienda. Está compuesto por: Interruptor general automático (IGA). Es un magnetotérmico que protege contr sobrecargas y cortocircuitos. se desconecta c uando la corriente que circula por la fase es ayor que una determinada Intensidad máxim (la conexión es manual). Una sobrecarga es n aumento de corriente debida a algún proble a. Un cortocircuito se produce cuando se unen la ase y el neutro directamente. Los magnetotérmicos pueden ser bipolares (cortan el neutro y la fas e), o unipolares (corta solo la fase).

Interruptor diferencial (ID) . Pr otege contra contactos indirectos (derivaciones). o que hace es medir la diferencia entre la inten sidad que entra en la casa y la que sale. Si hay alguna derivación a tierra, bien sea a través de un el emento metálico o bien a través de un cuerpo hum no en contacto con algún conductor, parte de co rriente que se va a través del mencionado elemento. Si la diferencia es mayor que 30 mA, el interru tor abre el circuito. Tiene que tener un pulsador d e prueba, de tal manera que al presionarlo, el int erruptor se abra, interrumpiendo el suministro de co rriente a toda la vivienda. El interruptor diferenci al protege contra cortocircuitos.


Pequeños interruptores automáti cos (PIAS). Son magnetotérmicos. Protegen contr sobrecargas y cortocircuitos a los conductores que forman los distintos circuitos independientes y a los receptores conectados. El número de PIAs n una vivienda es variable. Para una instalación me ia suelen ser: 1. 2. 3. 4.

Un circuito de alumbrado (de 10 A). Un circuito de tomas de corriente (de 15 A). Un circuito de lavadora, lavavajillas y plancha (de 20 A). Un circuito de horno, es tufa y nevera (de 25 A).

Los circuitos se conectan a un PIA diferente para tenerlos aislados y en caso de que haya algún problema en un circuito, no afec e a los demás.

ELEMENTOS DE CONTROL Interruptor. Abre o cierra un ci rcuito en forma permanente. Tiene dos posicione s y se controla manualmente. Dispone de un bo rne de entrada y uno de salida. Siempre se colocan en la fase y su simbolo es el siguiente.


Conmutador. Se utiliza comunmente para accionar un dispositivo (una bombilla por ejemplo) desde dos puntos distintos. Constan d e un borne de entrada y dos de salida. Tiene dos osiciones y su simbolo es el siguiente.

Pulsador. Funciona similar a un i nterruptor, pero con la diferencia que solo cierra el circuito mientra se mantiene pulsado y su simbol es el siguiente.

ELEMENTOS DE CONEXIÓN Tomacorrientes y lamparas. So los principales elementos a traves de los cuales se consume la energia eléctrica en las edificaci nes y sus simbolos son: CAJAS DE DISTRIBUCIÓN: Son cajas metalizcas o de plástico donde únicament esta permitido realizar empalmes en los cables. Los empalmes se realizan mediante clemas. En la figura se muestra una caj de distribución cualquiera. A ella llegan tres cabl s: uno de fase, otro neutro y otro de protecc ión. De aquí se distribuyen a los distintos pu tos (enchufes, interruptores, conmutadores,...).

Los conductores empleados en las instalaciones interiores son de cobre con un aislamiento de plástico. Dichos conductores se alojan bajo un tubo protector (Metálico, de PVC rí gido o de PVC anillado), el cual puede ir super ficial o empotrado. Códigos de colores. Para evit r accidentes, el plástico protector de los cables u sados en baja tensión tiene colores diferentes:


Puestas a tierra. Como ya se a comentado antes, las instalaciones eléctricas pr sentan algunos riesgos que hay que eliminar; u o de los más peligrosos y difíciles de evitar es el e los contactos indirectos. Ya hemos visto que l Interruptor Diferencial protege contra las derivac iones, pero aún así siempre es necesario tener t odos los aparatos conectados a tierra, de tal mane a que todas las corrientes de derivación que se uedan producir se vayan por ese cable hasta el su lo. La puesta a tierra también debe proteger co ntra caídas de rayos en edificio. En la puesta a t ierra, todos los cables de protección del edificio acaban uniéndose a unos electrodos, que están e nterrados en el suelo. El Neutro con respecto a la Masa tiene 0 v, es decir, que entre el Neutro y a Masa no hay tensión.

Un esquema eléctrico es una rep resentación en la que se muestra cómo se conectan y se relacionan entre sí las diferentes partes de na instalación eléctrica. Cada elemento se represe ta mediante un símbolo. Los esquemas eléctricos se repre sentan de dos formas básicas: • Representación unifilar. Se u sa una única línea para representar cualquier ca tidad de hilos conductores. Si se representa u a instalación eléctrica en el plano de una casa, ta bién define la ubicación de los componentes.


• Representación multifilar. Per ite conocer con detalle cómo se relacionan entre sí las diferentes partes de una instalación. Se ut iliza una línea para representar cada uno de los c mponentes. Es mucho más complejo, por lo qu e sólo se usa para representar esquemas sencillos o partes de una instalación.

Algunos ejemplos de esquemas eléctricos básicos se muestran a continua ión: Lámpara con interrup tor:

Tres lámparas en par alelo con interruptor:

Fundamentos de Electricidad

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