Story Transcript
UD Circuitos componentes electronicos y aparatos medida
CIRCUITOS ELECTRICOS, COMPONENTES ELECTRÓNICOS, Y APARATOS DE MEDIDA
Joaquín Agulló Roca
3º ESO
CIRCUITOS ELECTRICOS
La pizarra digital como recurso docente
UD Circuitos componentes electronicos y aparatos medida
MAGNITUDES ELECTRICAS La carga eléctrica (q) de un cuerpo expresa el exceso o defecto de electrones que hay en sus átomos. Su unidad es el Culombio (C). 1 Culombio equivale a 6,25 x1018 electrones.
La intensidad (I), es la cantidad de carga eléctrica que circula por un conductor en una unidad de tiempo. I = q /t Amperios = Culombios /segundo Para que los electrones se desplacen por un conductor es necesaria una diferencia de potencial, tensión o fuerza electromotriz (V) entre sus extremos. Su unidad es el Voltio.
La resistencia (R), es la dificultad que opone un cuerpo al paso de los electrones. Su unidad es el Ohmio (Ω), Donde: R es el valor de la resistencia en ohmios (W) p es la resistividad del material L la longitud del elemento. S la sección del elemento.
LEY DE OHM La Intensidad que circula por un circuito es proporcional a la tensión que aplicamos en él, e inversamente proporcional a la resistencia que opone a dicha corriente.
Ejemplo de c.c.:
La pizarra digital como recurso docente
Ejemplo de c.a.:
Resistividad Sustancia
Resistividad (Ohm m) Conductores
Plata
1.47 x 10-8
Cobre
1.72 x 10-8
Oro
2.44 x 10
Aluminio
2.75 x 10
Tungsteno
5.25 x 10
Platino
10.6 x 10
-8 -8 -8 -8
-8
Acero
20 x 10
Plomo
22 x 10
Mercurio
95 x 10
Manganina
44 x 10-8
Constantán
49 x 10-8
-8 -8
-8
Nicromo
100 x 10
Semiconductores Carbono puro (grafito)
-5
3.5 x 10
Germanio puro
0.60
Silicio puro
2300
Aislantes Ámbar Vidrio Lucita
14
5 x 10 10
10
14
- 10
> 10 11
13
Mica
10
Cuarzo (fundido)
75 x 10
Azufre Teflón Madera Fuentes: Serway. Physics for Scientists and Engineers Sears, Z & Y. Física Universitaria
-10
15
16
10
15
> 1013 108 -1011
UD Circuitos componentes electronicos y aparatos medida
CIRCUITOS ELECTRICOS SERIE, PARALELO Y MIXTO
Circuito serie Se caracteriza por: La resistencia total del circuito es la suma de las resistencias que lo componen.
La corriente que circula es la misma por todos los elementos.
La fuerza electromotriz generada por el generador se reparte entre los distintos elementos.
La pizarra digital como recurso docente
UD Circuitos componentes electronicos y aparatos medida
Circuito paralelo Se caracteriza por: La inversa de la resistencia total del circuito es la suma de las inversas de las resistencias que lo componen.
Otra forma de expresar la resistencia total cuando son dos los elementos es:
La corriente total que sale del generador se reparte por todos los elementos.
La fuerza electromotriz generada por el generador llega por igual a todos los elementos.
Circuito mixto Circuito equivalente simplificando asociación paralelo
La pizarra digital como recurso docente
UD Circuitos componentes electronicos y aparatos medida
ACTIVIDADES CIRCUITOS ELECTRICOS
ACTIVIDAD 1 Calcular las intensidades I1, I2, e It, así como V1 y V2, del circuito de la figura.
La pizarra digital como recurso docente
UD Circuitos componentes electronicos y aparatos medida
ACTIVIDAD 2 Calcular las intensidades I1, I2, e It, así como V1 y V2, del circuito de la figura.
ACTIVIDAD 3 Calcular las intensidades I1, I2, I3, e It, así como V1, V2, y V3 del circuito de la figura.
La pizarra digital como recurso docente
UD Circuitos componentes electronicos y aparatos medida
COMPONENTES ELECTRONICOS
COMPONENTES ELECTRONICOS
La pizarra digital como recurso docente
UD Circuitos componentes electronicos y aparatos medida
RESISTENCIAS • Son componentes electrónicos que se oponen al paso de la corriente eléctrica. • Las más habituales son de película de carbón, película metálica o bobinadas. • Se clasifican en función de su potencia por tamaños: de 1 W, de 1/2 W, 1/4 W y 1/8 W • Su valor está indicado mediante un código de colores.
Tipos de resistencias Fijas
Variables
La pizarra digital como recurso docente
Potenciómetros
Resistencias ajustables
UD Circuitos componentes electronicos y aparatos medida
Símbolos de resistencias
Códigos de colores resistencias
La pizarra digital como recurso docente
UD Circuitos componentes electronicos y aparatos medida
Resistencias dependientes
NTC: Varían con la temperatura, al aumentar la tª disminuye la R. LDR: Varían con la luz, al aumentar luz, disminuye la R.
PTC: Varían con la temperatura, al aumentar la tª aumenta la R.
VDR: Varían con la tensión, al aumentar V, disminuye la R.
Resistencias dependientes Curvas características
La pizarra digital como recurso docente
UD Circuitos componentes electronicos y aparatos medida
CONDENSADORES
• Son componentes electrónicos que sirven para almacenar carga de forma temporal. • Una vez cargados, se descargan al cerrar sus terminales sobre un circuito cerrado. • Su capacidad se mide en Faradios (F)
Tipos de condensadores
La pizarra digital como recurso docente
UD Circuitos componentes electronicos y aparatos medida
Símbolos de condensadores
Carga y descarga del condensador
La pizarra digital como recurso docente
UD Circuitos componentes electronicos y aparatos medida
DIODOS • Es un componente electrónico activo, formado por dos patillas denominadas ánodo (material tipo P) y cátodo (material tipo N). • Se caracteriza por permitir el paso de la corriente sólo en una dirección. • El paso de circulación de la corriente es en el sentido ánodocátodo. Por lo que el potencial positivo debe estar en el ánodo, y el potencial negativo en el cátodo (polarización directa). • Existen varios tipos, siendo el más conocido el diodo emisor de luz (LED).
Material semiconductor diodos y transistores
La pizarra digital como recurso docente
UD Circuitos componentes electronicos y aparatos medida
Polarización del diodo
Polarización inversa
Polarización directa
Tipos de diodos
La pizarra digital como recurso docente
UD Circuitos componentes electronicos y aparatos medida
Símbolos de diodos
TRANSISTORES
• Es un componente electrónico activo, formado por material semiconductor. • Funciona como un interruptor controlado por la corriente que entra por una de sus “patas” llamada base. • Los más utilizados son los de unión o BJT, cuyos terminales se llaman base (b), emisor (e) y colector (c)
La pizarra digital como recurso docente
UD Circuitos componentes electronicos y aparatos medida
Material semiconductor diodos y transistores
Tipos y símbolos de transistores
La pizarra digital como recurso docente
UD Circuitos componentes electronicos y aparatos medida
Modo corte, saturación, y activa del transistor Transistor en corte
Transistor en saturación
Transistor en activa
Aplicaciones con transistores Amplificador de sonido
Control luminosidad con LDR
La pizarra digital como recurso docente
Control de velocidad de un motor
Control de temperatura con NTC
UD Circuitos componentes electronicos y aparatos medida
ACTIVIDADES COMPONENTES ELECTRONICOS
ACTIVIDAD 4 Indica los componentes a los que corresponde la siguiente simbología.
La pizarra digital como recurso docente
UD Circuitos componentes electronicos y aparatos medida
ACTIVIDAD 5 Indica el valor de las siguientes resistencias designadas por el código de colores.
ACTIVIDAD 6 Indica los componentes a los que corresponde la siguiente simbología.
La pizarra digital como recurso docente
UD Circuitos componentes electronicos y aparatos medida
ACTIVIDAD 7 1. ¿Qué es una resistencia?
2. Cita ejemplos de tipos de resistencias que conoces.
3. ¿Qué es una LDR?
4. ¿Qué es un condensador?
ACTIVIDAD 8 Indica si las siguientes afirmaciones son verdaderas o falsas.
1. Un diodo se caracteriza por permitir el paso de la corriente sólo en una dirección en el sentido ánodocátodo. 2. Existen varios tipos de diodos, siendo el más conocido el diodo emisor de luz (LDR). 3. Un transistor es un dispositivo semiconductor que tiene tres patillas llamadas: emisor, base y receptor. 4. El transistor funciona como un interruptor controlado por la corriente que entra por una de sus “patas” llamada base . 5. Los diodos y los transistores están formados por material semiconductor de tipo N y P.
La pizarra digital como recurso docente
Introducción al electromagnetismo. El ser humano hace mucho tiempo se dio cuenta de que en la naturaleza existen materiales que eran capaces de atraer al hierro, como la magnetita. Algunas de las propiedades que tiene son: 1.- Atraen al hierro, y otros metales como cobalto, níquel y sus aleaciones.
Imanes unidos a un hierro 2.- Orientan sus moléculas en la misma dirección.
Moléculas orientadas 3.- Crean dos polos opuestos en sus extremos, y de ellos salen líneas de fuerza que van de uno al otro.
Polos y líneas de fuerza de un imán 4.- Cuando enfrentamos dos polos de distinto tipo se atraen. 5.- Cuando enfrentamos dos polos del mismo tipo se repelen.
Atracción y repulsión de imanes 6.- Los polos norte y sur no se pueden separar. Si se parte un trozo del material, cada trozo vuelve a ser un imán con polo norte y sur.
No existe un solo polo
7.- Sus propiedades atraviesan objetos como papel, madera, plásticos, etc. 8.- Si frotamos un objeto de acero con un imán, el objeto adquiere las propiedades magnéticas del imán y se comporta como tal. De manera que es muy fácil transmitir el magnetismo a un destornillador, una aguja de coser y otros objetos. Los imanes tienen un campo magnético que los rodea, es muy fácil observarlo si dejamos limaduras de hierro cerca del imán que se sitúan sobre las líneas de fuerza del mismo.
Líneas de fuerza de un imán con limaduras de hierro Hace más de dos mil quinientos años, los chinos ya conocían estas propiedades y crearon la primera brújula al concebir la tierra como un enorme imán. Con ella podían conocer la orientación del norte y del sur en cualquier lugar. El polo norte magnético corresponde con el sur geográfico, y el polo sur magnético corresponde con el polo norte geográfico.
Norte magnético y sur terrestre También se observó que el paso de la corriente eléctrica por un conductor creaba un campo magnético alrededor del conductor siguiendo la regla de la mano derecha. A este campo magnético generado eléctricamente se le llama electromagnetismo.
Campo magnético generado por el paso de corriente
Si este conductor lo cerramos formando espiras, los campos magnéticos de todas las espiras se suman en el interior de la bobina, produciendo un campo magnético mayor.
Campo magnético generado en una bobina Este proceso es reversible, es decir, si en el interior de una bobina hacemos que varíe un campo magnético, conseguiremos que circule corriente por la bobina. El comportamiento de la bobina es como el de un imán eléctrico.
El campo magnético genera corriente alterna 6.- Aplicaciones del electromagnetismo. El campo magnético creado con electricidad (electromagnetismo) tiene múltiples aplicaciones, puesto que aparece cuando hay corriente eléctrica y desaparece cuando cesa la corriente eléctrica. Alguna de las aplicaciones del electromagnetismo son las siguientes: 6.1- Electroimán. El electroimán consiste en una bobina en la que hemos introducido un núcleo de hierro dulce. Cuando hacemos pasar corriente por la bobina, el hierro se comporta como un imán. Si deja de pasar la corriente el hierro pierde sus propiedades magnéticas.
Electroimán
Algunas de las aplicaciones del electroimán son: - Separar latas de hierro, clavos, etc. en los vertederos, y otro tipo de industrias. - Manipulación de vehículos en desguaces. - En los zumbadores y timbres. - Manipulación de planchas metálicas en la industria. 6.2- Relé. El relé es una combinación de un electroimán y un interruptor. Consta de dos circuitos el de mando y el de potencia. En el circuito de potencia hay un interruptor, con sus contactos disponibles. El circuito de mando es el electroimán que mediante un mecanismo cuando circula corriente por él, hace que se cierre el contacto del interruptor de potencia. Cuando deja de circular corriente por el electroimán el mecanismo hace que se abra el contacto de potencia.
Relé
Esquema y símbolo del relé Existen varias posibilidades en el circuito de potencia, un interruptor, un conmutador, dos conmutadores, etc. 6.3- Alternador. Cuando movemos un conductor en el interior de un campo magnético, circula corriente a través de este conductor. Generador lineal La fórmula que relaciona a estas magnitudes es: E= B* l *v Donde: E = fuerza electromotriz, B= campo magnético, v = velocidad con la que se desplaza el conductor l = longitud del conductor.
Si hacemos que circule corriente por un conductor sometido a un campo magnético, este se desplazará.
Motor lineal La fórmula que relaciona a estas magnitudes es: F= B*i*l Si en lugar de poner un conductor ponemos una bobina y la hacemos girar, la corriente que circula es mayor, y se verá modificada según el ángulo que forman el campo magnético y la bobina. Tomando valores positivos y negativos Esta característica se aprovecha para construir una máquina que genere corriente, el Alternador.
Alternador El sentido de la corriente viene expresado por la regla de la mano derecha, movimiento - campo - corriente (mo, ca, co). Cuando hacemos girar las espiras la parte de arriba pasa abajo y la de abajo arriba, por lo que el sentido de la corriente sobre el receptor se invierte. Además la corriente que se genera varia dependiendo de lo lejos que están los conductores de los polos. Cuando están más cerca mayor es la corriente y cuando están más lejos menor es la corriente. El aspecto que tiene la corriente es este:
Corriente alterna
El símbolo es:
Este es el aspecto de un alternador experimental de laboratorio. Los alternadores comerciales disponen de varias bobinas, con ellos se genera la mayor parte de la energía eléctrica que consumimos. 6.4- Dinamo y motor de corriente continua. Tal como hemos visto el funcionamiento de un alternador, si practicamos unas pequeñas modificaciones en los colectores de la bobina, podemos hacer que cada vez que cambian de arriba abajo, y de abajo a arriba los conductores activos de la bobina, se invierte el sentido de la corriente. Haciendo que la corriente siempre llegue en la misma dirección al receptor.
Dinamo En el generador experimental esto se consigue modificando la posición de las escobillas, haciendo que coincidan en la parte que se parte la delga en dos. Teniendo la corriente el siguiente aspecto:
Corriente pulsatoria Si incrementamos el número de bobinas del generador se consigue que la corriente sea casi continua, el conexionado se realiza mediante delgas. A este generador se le conoce como dinamo.
Corriente continua La dinamo es un máquina reversible de manera que si le aplicamos corriente continua en sus terminales se convierte en un motor. Igualmente, si a un motor de corriente continua hacemos girar su eje se comporta como una dinamo y genera corriente continua. Los símbolos son: Las dinamos se utilizan para obtener corriente continua en vehículos autopropulsados (coches, motos, camiones, ...)
GENERADORES Y TRANSFORMADORES DE ENERGÍA ELÉCTRICA Según se ha estudiado en la primera práctica, un elemento fundamental de la producción de energía eléctrica es el generador. Cuando se transforma energía mecánica en energía eléctrica en corriente continua se emplea una dinamo; cuando se transforma energía mecánica en energía eléctrica en corriente alterna se utiliza un alternador. Por otro lado, para transportar la energía eléctrica generada en las centrales se requiere la utilización de un transformador, que eleve o reduzca la tensión. En esta práctica por tanto analizaremos cómo son y cómo funcionan estas máquinas, estudiando sus fundamentos teóricos y algunas de sus aplicaciones. GENERADORES DE ENERGÍA ELÉCTRICA: EL ALTERNADOR Y LA DINAMO El principio de funcionamiento, tanto de las dinamos como de los alternadores, puede explicarse por medio del principio de autoinducción, estudiado por Faraday. Al hacer girar un anillo de alambre dentro del espacio libre entre dos imanes muy próximos, se crea en éste una corriente eléctrica. Esta energía es generada por el movimiento del alambre al atravesar las líneas de fuerza del campo magnético que se forma entre los dos polos del imán. La cantidad de energía eléctrica generada depende de la velocidad de giro del anillo y de la potencia del campo magnético. El movimiento del anillo debe de ser continuo para que el flujo de energía sea constante. La solución habitual es convertir el alambre en un bobinado de inducido, que tiene un gran número de anillos de alambre dispuestos sobre un eje de hierro dulce. EL ALTERNADOR
Partes de un alternador
Funcionamiento: Al hacer girar el bobinado dentro del campo magnético del imán, se genera una corriente eléctrica. Dicha corriente eléctrica se desplaza en un sentido o en otro del bobinado, según el lado de la bobina que se está alejando o acercando al polo Sur o al polo Norte del campo magnético generado por el imán. A cada uno de los anillos o delgas del alternador (en color negro o gris) están soldados los dos extremos del cable que forma el bobinado. Cada una de las dos escobillas del alternador rozan siempre con la misma delga. Esta es la razón, de que en el circuito formado por la bombilla y las escobillas circule también corriente alterna.
LA DINAMO
La dinamo es una máquina eléctrica que produce electricidad de corriente continua a partir de energía mecánica. La aplicación más característica es la producción de luz en una bicicleta. En la parte inferior de la dinamo hay una bobina, que es un cable de cobre largo sobre un carrete. Sobre la bobina hay un imán. El imán y la bobina no están en contacto. Un eje conecta el imán a la rueda motriz de la dinamo, así cuando la rueda de la bicicleta gira, gira también la rueda de la dinamo y el imán, mediante un mecanismo de transformación del movimiento que cambia la dirección del eje de giro. Cuando el imán está girando sobre la bobina, se genera electricidad en la bobina. Es la llamada inducción eléctrica.
La electricidad que se produce en la dinamo, se envía a través del cable hasta la bombilla. (En una dinamo, solo se coloca un cable para el circuito, el cuadro de la bici hace las funciones del otro cable) Esta electricidad es suficiente para encender una pequeña bombilla para iluminar el camino que recorre la bicicleta.
UD Circuitos componentes electronicos y aparatos medida
ACTIVIDAD 9 Identifica los siguientes componentes electrónicos.
APLICACIÓN: FUENTE DE ALIMENTACIÓN
La pizarra digital como recurso docente
UD Circuitos componentes electronicos y aparatos medida
Transformador
P1 = P2 (potencia del devanado1 = potencia del 2) o lo que es lo mismo: Ve ∙ I1 = Vs ∙ I2 Þ Ve / Vs = I2 / I1 También se cumple: N1 / N2 = Ve / Vs = m (relación de transformación) Donde: N1 = número de espiras del devanado 1 N2 = número de espiras del devanado 2
Rectificador De media onda
La pizarra digital como recurso docente
De onda completa
UD Circuitos componentes electronicos y aparatos medida
Filtro y estabilizador Filtro
Estabilizador
Fuente de alimentación real
La pizarra digital como recurso docente
UD Circuitos componentes electronicos y aparatos medida
ACTIVIDAD 10 Dibuja las señales de salida de los circuitos que se adjuntan a continuación.
Rectificador de media onda
Rectificador de doble onda
APARATOS DE MEDIDA
La pizarra digital como recurso docente
UD Circuitos componentes electronicos y aparatos medida
Aparatos de medida Óhmetro: mide impedancias
Se saca el componente del circuito
Voltímetro: mide tensiones
Conexionado en paralelo
Polímetro
La pizarra digital como recurso docente
Amperímetro: mide corriente
Conexionado en serie
UD Circuitos componentes electronicos y aparatos medida
Procedimiento de medida con el polímetro 1º. Encender el polímetro.
2º. Seleccionar la parte en la que queremos realizar la medición (Voltímetro, Amperímetro, Óhmetro). 3º. Comprobar que las puntas de medida están en los terminales correctos, en caso contrario colocarlas (COMÚN, V e A) 4º. Seleccionar el valor más alto de la escala que queremos medir, con el selector.
5º. Conectar las puntas en el lugar adecuado del circuito o resistencia.
6º. Mover el selector bajando de escala hasta que la lectura sea la correcta en el display de visualización.
ACTIVIDADES APARATOS DE MEDIDA
La pizarra digital como recurso docente
UD Circuitos componentes electronicos y aparatos medida
ACTIVIDAD 11 Identificar la función de las escalas del polímetro
ACTIVIDAD 12 En el circuito eléctrico de la figura dibuja donde deben ubicarse un voltímetro y amperímetro para medir el voltaje e intensidad de R3.
La pizarra digital como recurso docente
EL TRANSFORMADOR El transformador es una máquina eléctrica estática que, valiéndose de los principios de inducción electromagnética, es capaz de modificar la tensión y la corriente de sistemas de C.A., sin modificar la frecuencia ni la potencia transferida. Un transformador sencillo consta de: • Núcleo de hierro dulce, cerrado, que proporciona el circuito para el campo magnético y cuyo flujo es constante en todos los puntos • Dos bobinas de conductor enrolladas en el núcleo con un número de vueltas distinto, N (primario) y N 1
2
(secundario). • Un generador de C.A. unido al primario Al circular corriente por el primario se genera un campo magnético alterno (variable en el tiempo en magnitud y polaridad) y debido al principio de inducción magnética, la tensión en el primario y en el secundario guarda la siguiente relación con el número de vueltas de hilo de cobre: N p Vp = N s Vs A la relación anterior se le llama “RELACIÓN DE TRANSFORMACIÓN (m)”. Como el flujo por vuelta permanece constante por la simetría del núcleo y la Potencia también permanece constante P1=P2 , se cumple: N V I m= p = p = s N s Vs I p Así la tensión de salida depende de la tensión de entrada y del número de vueltas de las bobinas. En las subestaciones elevadoras la bobina del secundario es mayor y la tensión de salida aumenta hasta los valores establecidos. En las de distribución ocurre al contrario pues se desea disminuir la tensión. Por ejemplo, en un transformador de 220 V /125 V, podremos saber cuál es la relación de transformación (m) dividiendo el nº de vueltas del primario y el secundario o sus respectivos voltajes:
En el caso anterior si el primario tiene, por ejemplo, 2.000 vueltas, el secundario tendrá 1.136 vueltas.
RELACIÓN DE TRANSMISIÓN La transmisión de movimientos entre dos ejes mediante poleas está en función de los diámetros de estas, cumpliéndose en todo momento:
D1 Diámetro de la polea conductora D2 Diámetro de la polea conducida N1 Velocidad de giro de la Polea Conductora N2 Velocidad de giro de la Polea Conducida Definiendo la relación de transmisión (i) como:
Este sistema de transmisión de movimientos tiene importantes ventajas: mucha fiabilidad, bajo coste, funcionamiento silencioso, no precisa lubricación, tiene una cierta elasticidad... Como desventaja se puede apuntar que cuando la tensión es muy alta, la correa puede llegar a salirse de la polea, lo que en algunos casos puede llegar a provocar alguna avería más seria.
Posibilidades del multiplicador de velocidades Teniendo en cuenta la relación de velocidades que se establece en función de los diámetros de las poleas, con una adecuada elección de diámetros se podrá aumentar (D1>D2), disminuir (D1