Electrónica básica plan 2009 Manual del alumno. Unidad 2. Efectos de la corriente eléctrica. Clase 4.

Contenidos. Efectos térmicos. Equivalente térmico del trabajo. Potencia eléctrica. Efectos magnéticos. Principio de funcionamiento de parlantes electrodinámicos, instrumentos analógicos de medida, grabación magnética y motores. Piezoelectricidad. Sensores y micrófonos piezoeléctricos. Efectos químicos. Corrosión electrolítica. Efecto térmico. La característica más importante de la resistencia es la de convertir energía eléctrica en calor. Es en todo análoga a la fricción en mecánica. Frótense enérgicamente las manos y observarán una sensación de aumento de temperatura en las palmas. Esta característica explica el funcionamiento de aparatos eléctricos muy comunes como son la plancha, la estufa, la lámpara incandescente. La cantidad de calor generada depende del cuadrado de la intensidad de corriente, de la resistencia y del tiempo durante el cual circuló la corriente. En el caso de frotarse las manos dependerá del tiempo en el que mantuvimos la acción, de la presión entre las manos (lo que varía la fricción) y de la velocidad de movimiento. Una magnitud importante en las aplicaciones técnicas de la energía es la potencia. La potencia, como recordarán, es la rapidez con que se realiza un trabajo (o se transfiere una cantidad de energía). La potencia se calcula como:

P =V ⋅ I Donde P es potencia, V la tensión e I la intensidad de corriente. Si la tensión está en voltios y la corriente en amperes la potencia resultará en watts (W). Son equivalentes las siguientes expresiones:

P = I2 ⋅R ó

P=

V2 R

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Dado que la potencia es la velocidad con que se transfiere la energía, es decir la velocidad con que se realiza un trabajo, entonces

W P= t

V2 ∴ W = P ⋅t =V ⋅ I ⋅t = I ⋅ R ⋅t = ⋅t R 2

La equivalencia entre julios y calorías es:

1 julio = 0, 24caloría Es decir que la cantidad de calor generada por una corriente eléctrica se puede calcular como:

V2 Q = 0, 24 ⋅ I ⋅ R ⋅ t = 0,24 ⋅ V ⋅ I ⋅ t = 0,24 ⋅ ⋅t R 2

Donde Q es la cantidad de calor, I la intensidad de corriente, R la resistencia, V la tensión y t el tiempo. Podremos verificar que manteniendo conectadas dos resistencias diferentes a la misma tensión (en paralelo) y durante el mismo tiempo la resistencia de menor valor se calentará más. Para ello utilizaremos resistencias especialmente construidas para disipar potencias relativamente altas, que vienen encapsuladas en cerámica. Mediremos la temperatura de cada una de ellas. Para una mejor transferencia de calor al termómetro utilizaremos una pasta de siliconas a tales efectos. Conectaremos una lámpara incandescente a la fuente ajustable y variando la tensión observaremos como el filamento se va calentando y poniendo incandescente. Campo magnético. Esparciremos limaduras de hierro sobre un vidrio y observaremos como se disponen por efecto del imán. El imán ejerce fuerzas sobre otros cuerpos. La zona del espacio en la que el imán ejerce esas fuerzas se denomina campo magnético. Dispongamos un imán de manera que pueda moverse libremente (por ejemplo flotando en agua) y observaremos como se orienta respecto de la tierra. Esta característica da nombre a los polos. El que apunta al norte o busca al norte se denomina polo norte y el otro sur.

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Dispongamos de dos imanes sobre un vidrio y observemos el comportamiento de uno respecto del otro. Polos iguales se repelen y polos contrarios se atraen. Podremos verificar que la brújula se comporta respecto de los imanes de forma coherente con lo visto. Campo magnético generado por una corriente eléctrica. Este quizás sea el efecto de la corriente eléctrica más aplicado. Motores, parlantes, micrófonos, discos rígidos, grabadores de cinta y un enorme etcétera funcionan gracias a ese campo magnético. No pocos problemas se producen también gracias a ese campo. Zumbidos agregados al sonido de instrumentos musicales eléctricos y ruidos agregados a la señal de un micrófono, por poner solo dos ejemplos que muestran lo necesario que es conocer esta cuestión para poder resolver problemas que se presentan a diario en cualquier instalación relacionada con audio. Al circular una corriente se genera a su alrededor un campo magnético. Dispongamos de una brújula sobre un conductor. Al hacer circular corriente por dicho conductor la brújula experimentará una desviación indicando la presencia de un nuevo campo magnético. Si al conductor lo arrollamos la misma corriente pasará varias veces por la misma zona del espacio (una por cada vuelta o espira) con lo que multiplicaremos el efecto y haremos que el campo magnético tome la forma del de un imán con forma de barra. Si a ese arrollado (llamado bobina) por el que circula corriente lo acercamos a un imán se producirán fuerzas de atracción y repulsión. La bobina se comportará como un imán. Utilizaremos una bobina unida al extremo de un péndulo, lo que permite el desplazamiento de la misma. Conectemos esa bobina a una fuente de corriente y estudiemos el campo magnético con la brújula. Acerquémosle un imán y podremos observar la fuerza que mutuamente ejercen el imán y la bobina. Téngase en cuenta que la fuerza no la realiza la bobina ni la corriente que por ella circula, si no el campo magnético generado por dicha corriente.

La fuerza que es capaz de hacer este imán eléctrico (electroimán) es proporcional a la intensidad de corriente y al número de vueltas de la bobina.

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Medir esa fuerza es una manera indirecta de medir la intensidad de corriente (si todos los demás valores se mantienen constantes). Este es el principio de funcionamiento de la mayoría de los instrumentos analógicos de medida.

Buscar el significado de las palabras: ferromagnético, diamagnético y paramagnético. Algunos materiales, sometidos a un campo magnético resultan magnetizados, es decir se convierten a su vez en imanes. Tal es el caso de los discos rígidos, que son discos recubiertos de un material magnetizable. Las cabezas lecto-grabadoras son pequeños electroimanes. Al circular una corriente por la cabeza se produce un campo magnético que magnetiza el disco en una zona muy pequeña. Según que el imán resultante tenga el norte para un lado o el otro del disco el dato será un “1” ó un “0”. El dibujo de abajo representa un parlante cortado. Como se puede ver la bobina, que está unida al cono, está “metida” en un campo magnético. Cuando por la bobina circula una corriente se produce un campo que reacciona con el del imán forzando al cono a moverse, recuérdese la bobina colgada por la que circula una corriente y está inmersa en un campo magnético. El cono se desplazará según el sentido y la intensidad de la corriente.

Del desplazamiento del cono dependerá la presión acústica que desarrolle. Tanto más presión requerimos tanto más corriente deberá circular por la bobina. Por supuesto la construcción del parlante deberá permitirlo y esto se puede determinar a partir de los datos técnicos que el fabricante suministra. 4

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Un dato importante es la llamada compresión térmica, debida al calentamiento de la bobina. Un aumento de temperatura del alambre de la bobina hará que aumente su resistencia haciendo que el parlante tome menos corriente y por lo tanto disminuya la excursión del cono, disminuyendo la presión acústica generada (recuérdese la experiencia de la medida de la resistencia de la lámpara). Piezoelectricidad. La piezoelectricidad (Propiedad que tienen ciertos cristales de polarizarse

eléctricamente cuando son sometidos a presión, y a la inversa. DRAE) es el principio en el que se basan algunos transductores empleados en sistemas de audio. Esta propiedad aparece en ciertos cristales naturales como el del cuarzo y en otros sintéticos. Estos últimos se caracterizan por un precio menor y una mayor facilidad de producción. Si un cristal de estos es sometido a una presión (o una deformación) en un par de caras, en otro par de caras aparecerá una diferencia de potencial proporcional a esa presión. Un caso ampliamente conocido es el encendedor llamado electrónico o piezoeléctrico en el que un gatillo tensa un resorte el que a su vez dispara un pequeño martillo que golpea al cristal. El resultado del impacto es la aparición de una tensión lo suficientemente alta como para provocar la chispa. (magiclic). Si, a la inversa, aplicamos una diferencia de potencial entre el par de caras correspondiente el cristal se deformará. Tal es el caso de los tweeters piezoeléctricos, a los que se aplica una tensión alterna, produciéndose una vibración que, adecuadamente acoplada al aire, generará una onda acústica. Otro ejemplo es el “parlante” de las tarjetas navideñas. Es interesante observar que si se lo despega de la cartulina prácticamente no es audible. La cartulina es la que acopla el cristal piezoeléctrico al aire. Ese mismo dispositivo, pegado a una tabla, configura el trigger de algunos instrumentos de percusión electrónicos. Cuando el músico golpea la tabla con Ing. Aldo Lugli Tancredi

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la baqueta el cristal genera un pulso eléctrico que a su vez dispara un generador de sonidos. Hay micrófonos de contacto basados en el mismo principio.

Película metálica depositada Cerámica piezoeléctrica Lámina metálica

Efectos químicos. Cuando la corriente circula por un líquido mueve a los átomos que presentan carga eléctrica, es decir átomos que están desequilibrados. Un átomo desequilibrado eléctricamente, es decir que le faltan o le sobran electrones, se denomina ión. Para que circule corriente por el líquido este ha de estar ionizado y se han de sumergir barras conductoras en el. Esas barras conductoras se llaman electrodos. Una manera sencilla de ionizar agua es disolviendo sal de mesa en ella, cuanto más sal se diluya más conductora será el agua. Antiguamente se utilizaba en los teatros, para ajustar el nivel de iluminación de los faroles una cuba con agua salada en la que se sumergían dos chapas metálicas y ambas chapas se ponían en serie con el circuito de la lámpara. Variando la profundidad a la que se hundían las placas variaba la intensidad de la luz. El desplazamiento de iones de un electrodo al otro permite, por ejemplo, recubrir un cuerpo conductor con un metal. Es común que un artefacto eléctrico se moje, por ejemplo un trasmisor de micrófono inalámbrico con el sudor del actor. En ese caso el líquido que está ionizado por tener sales disueltas es conductor y al mojar partes del 6

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circuito entre las que hay diferencia de potencial continua se produce una corriente y la destrucción de las pistas conductoras del circuito impreso. A este fenómeno se lo llama corrosión electrolítica. (Corrosión. Destrucción paulatina de los cuerpos metálicos por acción de agentes externos, persista o no su forma. Electrólisis o electrolisis. Descomposición de una sustancia en disolución mediante la corriente eléctrica. DRAE)


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