Electronica Fasil 000

Director tcnico y redaccin de textos Aurelio Meja M.

Director comercial Gabriel Jaime Meja M.

Portada Israel Henao con un tcnico en Metalandes - Elico

Registro de Propiedad Intelectual y Prensa,

Resolucin 205 del Ministerio de Gobierno de Colombia

Nmero Internacional Normalizado de Publicaciones Seriadas (ISSN) 0120-6842

Tarifa postal reducida, permiso 1188 de la Administracin Postal de Colombia

Versin PDF (enero 2006) de la edicin 16 original de Marzo de 1988

ELECTRNICA FCIL fue una publicacin trimestral editada e impresa en Medelln, Colombia. Actualmente slo es posible conseguir por Internet los 40 nmeros que fueron editados, ya que la versin impresa se agot.

Aurelio Meja [email protected]

Medelln, Colombia

Se permite la distribucin gratuita de esta publicacin por Internet

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electrnica fcil

CONTENIDO NOCIONES BSICAS

Origen de la electricidad/Aurelio Meja 7 Los electrones, portadores de carga negativa 14 Electricidad dinmica, electricidad esttica 16 Nociones elementales de electricidad/Union Carbide-Texas 19 Energa, trabajo y potencia/Aurelio Meja 23 Cmo hacer que la electricidad lleve potencia/Texas 26 Qu es frecuencia elctrica/Aurelio Meja 30 Cmo se controla la potencia/Texas Instruments 32 Podemos almacenar la energa elctrica / Aurelio Meja 34 Qu es un circuito elctrico . 39 Resistencia, reactancia, impedancia: un trabalenguas 47 Cmo influye la frecuencia en la reactancia capacitiva 48 La induccin electromagntica 50 La saturacin del ncleo y la reactancia inductiva 55 Cmo influye la frecuencia en la reactancia inductiva 56 Qu es un transformador 57 Cmo interpretar los diagramas 58 El diodo, un rectificador de corriente alterna 79 Rectificacin de onda completa 85 El diodo zener 88 El LED, un diodo emisor de luz 90 El transistor, un amplificador de estado slido 92 Cdigo de colores para los resistores y condensadores 102 Cmo interpretar los diagramas en circuitos prcticos 106

DE INTERS GENERAL Mendeliev y su principal descubrimiento /Sputnik 10

EXPERIMENTOS Y CIRCUITOS PRCTICOS Arme un indicador de corriente con una brjula 71 Pila elctrica con un limn 72 Improvise un electroimn 74 Electrizador para bromas con los amigos 75 Experimento para comprobar la inductancia 77 Arme un generador de corriente alterna 78 Construya un timbre "chicharra" 79 Interruptor para dos intensidades de luz 81 Luz intermitente con un nen 82 Haga un adaptador de corriente alterna 84 Adaptador con rectificacin de onda completa 87 Cmo verificar el voltaje de un diodo zener 90 Cmo comprobar un diodo emisor de luz (LED) 91 Cmo comprobar un transistor con el ohmetro 100 Electrizador transistorizado para bromas 103 Fuente de corriente continua y voltaje variable 105 Arme un radio equivalente al de "Galena" 106 Arme un intercomunicador con un transistor 197 Fuente de alimentacin de 0-12 voltios CD (DC) 108 Mini-Radio con 3 transistores 109 Avisador temporizado para hospitales 110

Libros de Aurelio Meja 111

Introduccin Esta es una revista escrita para los

que no sabemos electrnica. Por consi-guiente, evitaremos las explicaciones acadmicas y el uso de las frmulas matemticas, las cuales no comprende-mos la mayora de nosotros, los que gustamos de las cosas que podemos practicar, tocar, ver, etc. Si bien es cierto que los procesos matemticos son indispensables para el diseo elec-trnico, procuraremos suministrar cir-cuitos prcticos ensayados, y basare-

mos nuestras explicaciones en hechos comunes de la vida diaria.

Como podrs apreciar en cada uno de los fascculos de Electrnica Fcil, procuramos que su lectura sea amena y de inters para los principiantes, los aficionados, los tcnicos y los profe-sionales. Es por eso que la revista tiene temas tericos, informativos y socia-les, adems de infinidad de circuitos para la experimentacin.

No es indispensable entender cada tema en la primera lectura, pues en los artculos posteriores iremos repasando los principios bsicos con otras palabras y ejemplos distintos.

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Todos hemos sido principiantes

Una de las cosas ms frustrantes es leer algo que no entendemos, o que nos cuesta dificultad comprender, pues nos parece que hemos llegado ya al final del camino, y pensamos que, si no entendemos esto, mucho menos entenderemos lo que sigue. Puesto que nosotros tambin hemos pasado por tal situacin, aconsejamos hacer inicialmente una lectura rpida del conjunto del tema, tomando en cuen-ta solamente los ttulos y la dea b-sica de los prrafos. Despus, si nos interesa o lo necesitamos para com-prender algo ms complejo, releemos el artculo y tratamos de aprender ca-da uno de los trminos all expresados.

En Electrnica Fcil procuramos que ninguna de las lecciones sea im-prescindible para el entendimiento de los fascculos siguientes. Es por ello que con alguna frecuencia, al tratar temas un poco complejos, repasamos los conceptos bsicos que pueden ser de utilidad para el prin-cipiante.

Para aquellos que desean conseguir un texto que explique de manera clara y con ejemplos sencillos toda la teora bsica sobre electricidad y electrnica, recomendamos el libro "Introduccin a la Electricidad y a la Electrnica", traducido al espaol por Jos Meza Nieto del original en ingls escrito por Orla E. Loper v Arthur F. Ahr de New York.

La versin que conocemos fu editada por Editorial Diana, cuya direccin es: Roberto Gayol 1219, Esq. Tlacoquemcatl, Mxico 12, D.F.

Electricidad Bsica y Electrnica, Serie Uno Siete, son tambin dos bue-nas colecciones para la biblioteca de todo colegio tcnico.

Electricidad Bsica consta de 5 vo-lmenes y fue escrita originalmente en 1954 para el ejrcito de los Estados Unidos, por la firma Van Valkenburgh, Nooger and Neville, de New York. Ac-tualmente se consiguen ediciones re-cientes en Espaol, de las cuales cono-cemos la de la Compaa Editorial Continental, Calz. de Tlalpan Nmero 4620, Mxico 22, D.F.

Electrnica Uno Siete es una exce-lente serie en siete tomos de aproxi-madamente 140 pginas cada uno, donde se explican de manera muy cla-ra todas las seales electrnicas, los tipos de modulacin, semiconducto-res, amplificadores, osciladores, ante-nas, lneas de transmisin, etc. La ver-sin original fu editada por Hayden Book Company, y una de las versio-nes en espaol fue hecha en 1976 por Editorial Limusa, Arcos de Beln N-mero 75, Mxico 1, D.F.

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Origen de la electricidad

Aurelio Meja M. No podemos afirmar a ciencia cierta

a partir de qu momento el hombre descubri el fenmeno al que poste-riormente habramos de llamar electri-cidad, pero existen evidencias de que 600 aos antes de Cristo fue observa-do dicho fenmeno por un filsofo griego, Thales de Mileto, quien descu-bri un misterioso poder de atraccin y de repulsin cuando frotaba un trozo de mbar amarillo con una piel o una tela. Esta sustancia resinosa, denomi-nada ELEKTRON en griego, dio ori-gen al nombre de la partcula atmica ELECTRON, de la cual se deriva el trmino ELECTRICIDAD.

Figura 1

Posteriormente se descubri que muchos materiales diferentes al elek-tron tambin adquiran el poder de atraer diversas partculas livianas, tales como trocitos de papel, de corcho, etc., al ser sometidas a frotamiento con pieles, sedas, vidrio, etc.

Por simple relacin con el fenme-no del elektron, se adopt el trmino "electrizado" para indicar que un cuer-po cualquiera haba adquirido la mis-ma y extraa propiedad de aquel. Hoy t puedes electrizar el peine y atraer hacia ste pequeos trozos de papel li-viano; para ello, basta con peinarte el cabello en un ambiente seco. Tambin, puedes observar el fenmeno en los discos de msica, cuando los sacas de su cubierta, o cuando los retiras del tocadiscos: Atraen los vellos de tu piel, y el polvo del ambiente.

LA ELECTRICIDAD ESTA EN TODAS PARTES

El efecto descubierto por Thales de Mileto en el mbar se manifiesta tam-bin de diversas maneras en la natura-leza, segn los materiales tengan exce-so, faltante, o circulacin de electro-nes entre dos puntos cualquiera. A to-dos los efectos producidos por el esta-do de los electrones se les denomina genricamente electricidad.

Cuando hablamos de vapor, lluvia, hielo, ro, mar, etc., indiscutiblemente

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nos estamos refiriendo al agua en una cualquiera de sus manifestaciones o es-tados. Pues bien, cuando escuchemos las palabras electrosttica, electrodin-mica, corrientes alternas, piezoelectri-cidad, etc., se estn refiriendo a deter-minados comportamientos de los elec-trones en el espacio, en un material, en un medio, etc.

Son electricidad los rayos de las tor-mentas, y las chispas que suenan cuan-do nos quitamos en la noche ciertos vestidos de material sinttico; generan electricidad los peces llamados angui-las, y los cerebros nuestros para orde-nar al cuerpo sus movimientos; se pro-duce electricidad cuando se sumergen dos metales diferentes en una solucin cida o alcalina, fenmeno que tam-bin produce la corrosin de los empa-tes de conductores elctricos diferen-tes cuando se les deja expuestos a la ac-cin de la lluvia y los cidos produci-dos por los vapores que escapan de los motores de los vehculos; se produce electricidad en ciertas sustancias cuan-do reciben luz, por lo cual se dice que tienen efecto fotovoltico; tam-bin, se genera electricidad cuando un conductor es sometido a la accin de las lneas de fuerza de un campo magntico de intensidad variable, o cuando se hace presin sobre las caras de ciertos cristales, efecto ms conoci-do como piezoelectricidad.

ESTRUCTURA BSICA DE LA MATERIA

As como los diversos colores y ma-tices se pueden obtener con la mezcla apropiada de unos pocos colores deno-minados primarios (usualmente amari-llo-azul-rojo para pinturas, y verde-azul-rojo para luces), as tambin, mez-clando apropiadamente unos 105 ele-

mentos bsicos conocidos, en la natu-raleza se forman todos los materiales o compuestos que vemos, olemos y pal-pamos, tales como el aire, la sal de co-cina, la madera, el agua, la arena, los huesos, la carne, los jabones, los ci-dos, los plsticos, etc.

En otras palabras, si dividimos por la mitad un trozo de cualquier mate-rial o compuesto, y sucesivamente di-vidimos a su vez una de las mitades re-sultantes, llegar el momento en el cual obtengamos una molcula, o sea la m-nima parte en que se puede dividir un compuesto qumico y poder seguir conservando todava sus propiedades fsicas y qumicas originales, tales co-mo el color, sabor, olor, etc.

Si nos aguijonea la curiosidad, y re-solvemos dividir la molcula, obten-dremos dos o ms elementos con pro-piedades usualmente muy distintas. Aunque en la naturaleza existen milla-res de molculas, solamente se cono-cen unos 105 elementos, naturales y artificiales. Cuando un material tiene todas sus molculas formadas de un mismo elemento, se dice que es puro. Tal es el caso del cobre, el oro, el alu-minio, el manganeso, el helio, el ox-geno, el sodio, el nitrgeno, etc. y los dems elementos qumicos que apare-cen en la tabla peridica ideada por el ruso Dmitri Mendeliev (1834-1907). Todos los tomos de un mismo ele-mento son tericamente iguales, aun-que pueden tener pequeas diferencias en cuanto a la cantidad de electrones se refiere.

Un ejemplo tpico para lustrar la diferencia entre molcula y elemento, es la sal comn de cocina. Como tal, es parte indispensable para la prepara-cin de muchos alimentos, y est cons-tituida por molculas de color blanco.

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Figura 2 (Tabla tomada del Diccionario

LAROUSSE) unidas formando cristales. Sin embar-go, cada molcula de la sal est inte-grada por un tomo del elemento So-dio y por un tomo del elemento Clo-ro. El Sodio (Na) es un metal de color gris, altamente mortal, pues reacciona violentamente al contacto con el agua. El Cloro, por su parte, es un gas de color verdoso, utilizado en los acue-ductos para matar los microbios del agua.

Puesto que en la antigedad se con-sideraba que ya no poda haber ms divisin a partir de all, se le dio el nombre de tomo a cada uno de los elementos que conforman la molcu-la, pues esta palabra significaba "indi-visible" en su idioma. Con los instru-mentos de la ciencia actual se ha com-probado que el tomo es divisible, y que est formado por varias partcu-las muy diferentes entre s, tales como electrones (esferas muy pequeas y li-

vianas girando como trompos -Spin- y dando vueltas alrededor de un ncleo grande y pesado, tal como lo hacen los planetas alrededor del sol), proto-nes (esferas grandes ubicadas en el n-cleo del tomo; pesadas y de propieda-des elctricas contrarias a las de los electrones), neutrones (tambin en el ncleo, pero sin carga elctrica cono-cida), neutrinos (partculas muy livia-nas y sin carga), mesones (partculas radioactivas con una masa 200 300 veces mayor que la del electrn, pero con una carga igual a la del mismo, y otras ms que no nos interesa conocer por ahora.

Las partculas del ncleo estn liga-das entre s por una gran cantidad de energa, parte de la cual se libera cuan-do se produce alguna divisin (fisin) o agregado de partculas (fusin), y por su procedencia recibe el nombre de energa atmica.

Electrnica Fcil 1 9

Electrones

tomo Figura 3

La tabla peridica de Mendeliev tiene organizados los elementos qu-micos en forma ascendente segn su masa atmica, correspondiendo su n-mero de orden a la cantidad de proto-

nes en el ncleo de cada tomo. Por consiguiente, los tomos de dos ele-mentos diferentes se distinguen por la cantidad de protones en su ncleo.

El primer elemento es el hidrgeno, con un protn como ncleo, y un elec-trn girando a su alrededor. El elemen-to 29 es el cobre, y tiene 29 protones y 29 electrones. Dado que la masa del electrn es despreciable, el elemento sigue conservando sus propiedades f-sicas aunque en un instante dado no corresponda el nmero de electrones con la cantidad de protones del ncleo. Cuando tal cosa ocurre, se dice que el tomo est elctricamente cargado, en sentido positivo cuando hay faltante, y en sentido negativo cuando hay ex-ceso de electrones.

Mendeliev y su principal

descubrimiento

En 1984, se cumplieron 150 aos del nacimiento de Dmitr i Mendeliev (1834-1907), uno de los grandes pensadores en la historia de la humanidad. Llevan su nombre una cordillera del ocano Glacial r t ico, un volcn activo, un crter lunar, un mineral, un elemento qumico que lleva el nmero 101 en su tabla peridica de los elementos. . .

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Valentn RICH De la Revista JIMIA I ZHIZN Artculo reproducido de SPUTNIK (Selecciones de la prensa sovitica). Diciembre 1984

Los aos 70 del siglo XIX tocaban a su fin. Para ese entonces, la humani-dad ya contaba con tres obras grandio-sas -cual puentes sobre un profundo abismo- acerca del pensamiento, la so-ciedad y la naturaleza: La ciencia de la lgica, de Jorge Hegel (1770-1831), El capital, de Carlos Marx (1818-1883) y el El origen de las especies por medio de la seleccin natural de Carlos Darwin (1809-1882). Faltaba descubrir los misterios de la substancia.

A los 33 aos. Dmitri Mendeliev fue designado profesor de qumica ge-neral en la Universidad de San Peters-burgo*. Muchos decan que este joven de melena larga y vaporosa alrededor de su amplia y blanca frente, expresi-vo y vivo, de penetrantes ojos azules se pareca a Garibaldi. Durante las conversaciones siempre gesticulaba. Los amplios, rpidos y nerviosos mo-vimientos denunciaban su estado de

* Actualmente Leningrado

nimo... Su voz era baja pero sonora y clara; su tono cambiaba mucho...

"Maldice a diestra y siniestra y te sentirs bien", deca Mendeliev, por supuesto que en broma. Jams regaa-ba a nadie a sus espaldas, y siempre se interpona ante quienes osaban hablar mal de quien no estaba presente. "Cuan-do no se es capaz de decir las cosas de frente mejor callarse la boca", "Cuesta tanto ser hon rado ! "

Todos los autores de memorias es-criben que con suma facilidad comen-zaba a hablar a gritos, aunque en esen-cia era una buena persona, solo que te-na un sistema nervioso extremada-mente sensible.

No se excepta que los caracteres congnitos de su personalidad se de-ban en parte a que era el ltimo vsta-go de una familia de 17 hijos. Hoy da se cree que la posibilidad de mutacio-nes en la descendencia aumenta en re-lacin con la edad de los padres.

Durante toda su vida siempre hizo las cosas -tanto simples como impor-tantes- a su manera. Claro est que ir por un camino conocido resulta ms fcil, pero la qumica era algo nuevo, joven y en la juventud todo envejece rpido. Por ejemplo, como no pudo encontrar nada de valor cientfico en los libros sobre qumica orgnica edi-tados en Rusia y Europa escribi - en dos meses de apasionado trabajo dia-rio (12 pgina en 24 horas)-, un curso universitario de 30 pliegos basado en principios totalmente nuevos. No de-seaba condicionar el orden del da a semejante bagatela como la rotacin de la Tierra alrededor de su eje; por eso, trabajaba treinta o cuarenta horas seguidas. Y poda dormir otras tantas.

11 Electrnica Fcil 1

Desde sus aos estudiantiles, Men-deliev buscaba la relacin entre los elementos. Haca ya 15 aos que acu-mulaba materiales, hechos, conocimien-tos. Pensaba en cmo colocar en un sistema nico las islas y los archipila-gos qumicos. ltimamente, por mu-chas y diferentes cosas que tuviera que hacer, nunca dejaba de pensar en ello.

Es extraordinario combinar sus idea-les con el natural desarrollo de la vida prctica. Muchos lo que hacen es sim-plificar su vida al mximo para con-centrarse totalmente en lo ideal y es-piritual. Dmitri Ivnovich tena tiem-po para todo: tanto para su trabajo en la mejor ctedra de qumica de Rusia, como para su numerosa familia y su hacienda con campos experimentales, unos de los primeros en Rusia. (Aca-so no se podra con la ayuda de la qu-mica hacer retroceder el agotamiento de la tierra?).

De la ciencia uno se puede ocupar en cualquier lugar. La ciencia es una amante que lo abraza en todos lados con tal de que no la apartemos... Men-deliev.

Segn Mendeliev, 1860 -ao en que tuvo lugar el congreso de qumicos en Karlsruhe-, fue decisivo en el desarro-llo de sus reflexiones sobre la ley pe-ridica.

"La idea sobre la periodicidad de las propiedades de los elementos au-mentando el peso atmico ya enton-ces, en esencia se me presentaba inte-riormente", escriba. Pero con la con-viccin intuitiva no se convence a los otros, por mucho que con ella haya comenzado la historia de numerosos descubrimientos.

Mendeliev crea en la intuicin y la utilizaba conscientemente en diferen-tes aspectos de su vida. "Cuando de-ba resolver un problema difcil e im-portante -recuerda su esposa Anna- a paso muy rpido y ligero vena a don-de yo estaba, me planteaba el proble-ma y peda una respuesta inmediata. 'No pienses, no pienses', repeta una y otra vez. Mi respuesta era decisiva..."

Para aquel entonces, de los 92 ele-mentos que se encuentran en la natu-raleza, se conocan tan solo 62. Ade-ms, al didimio lo consideraban una substancia simple, cuando en realidad es una mezcla de dos elementos deno-minados ms tarde neodimio y praseo-dimio. Los pesos atmicos de por lo menos 10 elementos haban sido deter-minados an con graves errores debido a que los qumicos conocan poco es-tas substancias. As, pues, la persona que tena pensado disponer correcta-mente los elementos qumicos en co-rrespondencia con sus pesos atmicos contaba slo con el 57% de las 92 sus-tancias necesarias.

17 de febrero de 1869, Mendeliev deba partir de San Pertersburgo a la provincia de Tver para examinar las queseras y dar sus recomendaciones con respecto a cmo modernizarlas. El tren parta al atardecer.

En la historia de la ciencia son muy raros los casos en que quedan huellas palpables del pensamiento que condu-jo a un valioso descubrimiento.

Este es uno de esos casos: la nota que recibi Mendeliev en la brumosa maana del 17 de febrero antes del de-sayuno; las huellas de la taza dejadas en ella y el escrito de la idea que pas por su mente: unos smbolos qumi-

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cos, unas cifras, una escritura rpida, unas correcciones... Caos...

Luego tom una hoja de papel en blanco -que se conserva hasta hoy da-y bosquej en ella una debajo de otra las filas de smbolos y pesos atmicos.

Una idea adelantaba a la otra; la mano no alcanzaba a la dea; los n-meros se interponan; la armona re-troceda ante el caos de las correccio-nes.

Cogi otra hoja y comenz a copiar lo escrito, haciendo nuevos clculos y transposiciones. Esta hoja tambin se convirti en un jeroglfico. As no saldra nada!

Las agujas del reloj seguan su paso sin detenerse. En la tarde deba partir. Ya haba encontrado lo principal. Pe-ro a todo esto deba darle una forma lgica y clara. Imagnese como l, de-sesperado y furioso, a paso ligero y r-pido recorra el gabinete en busca del mtodo apropiado para componer lo antes posible el maldito sistema.

El pupitre. El mechero de gas. El di-vn. Los armarios con libros. Las ma-traces con retortas. La balanza. Una pila de libros de la primera edicin de su famosa obra Fundamentos de la qumica (la segunda ya estaba en im-prenta, solo faltaba que su autor inser-tara la solucin definitiva del proble-ma) con olor a cola y pintura de tipo-grafa. Una resma de papel. El bal ya listo para el viaje. La ropa sin acomo-dar. Un tomo de Julio Verne. Una ba-raja, para sacar solitarios, que siempre llevaba consigo durante los viajes. Un paquete de tarjetas de visita.

'" Y por fin sus ojos hallaron lo que necesitaba!... Cogi una pila de

tarjetas, abri su libro en las pginas necesarias y comenz simblicamente a jugar a los naipes.

No es difcil imaginar con qu ale-gra sacaba este extraordinario solita-rio! Con qu rapidez pona a los "seis", los "siete", las "damas" y los "reyes", es decir, los sencillos azufre e hidrgeno, la plata preciosa y el oro brillante! Siempre los percibi casi igual que a las personas.

Evidentemente el solitario haba salido! Las primeras seis filas se forma-ron sin escndalos y en el siguiente or-den: los alcalinos, los halgenos, el oxgeno y sus parientes, la familia del nitrgeno y el fsforo, la del carbono y el estao... Entre el silicio y el esta-o quedaba un lugar vaco: el naipe con peso atmico 70 no se hallaba en el juego. Y quin dijo que nuestro juego est completo? Cada ao alguien descubre un nuevo elemento.

Haba tambin elementos "testaru-dos" que confundan su "palo" qu-mico o les era imposible encontrar su lugar en la fila. Tampoco saba dnde poner a los elementos poco estudia-dos: el rodio, el rutenio, el tantalio, el torio, el circonio, el lantano.

... Y de nuevo coga la pluma para escribir en la hoja columnas de cifras. Una y otra vez dejaba de anotar, per-plejo, armaba un cigarrillo y fumaba hasta que se le nublaba la vista...

Al final, sus ojos se pegaron, se tir en el divn y se durmi como un tron-co. Esto no era raro en l. Pero esta vez durmi poco, quiz unas horas o quiz unos minutos. No qued ningn testimonio al respecto. Se despert despus de ver, en sueos, a su solita-rio hecho, no como lo haba dejado


sobre la mesa, sino en forma lgica. En seguida se levant y comenz a consti-tuir una nueva tabla que se distingua de la primera en lo siguiente: primero, los elementos se disponan de menor a mayor (y no en el orden inverso); se-gundo, en todos los lugares vacos po-na signos de interrogacin y cifras.

Durante mucho tiempo el cuento de Dmitri Mendeliev acerca de la ta-bla vista en sueos lo tomaron como ancdota. Encontrar algo racional du-rante el sueo se consideraba supersti-cioso. Hoy da, la ciencia no pone ba-rreras entre los procesos que se reali-zan en la conciencia y la subconcien-cia. Tampoco consideran sobrenatural que el cuadro que no se form duran-te la reflexin conciente se haya cons-tituido en la subconciencia.

Mendeliev hizo algunas correccio-nes en la tabla, tach un elemento su-perpuesto entre el nitrgeno y el litio. Escribi su ttulo -Experimento para sistematizar los elementos basndose

Por denominacin puramente con-vencional y arbitraria, de manera simi-lar a como se denomin polo sur y po-lo norte a los extremos de atraccin de los manes, se llam carga negativa a la propiedad del electrn, y carga positiva a la del protn.

en su peso atmico y propiedades qu-micas- en ruso y francs. Puso la fe-cha: 17 de febrero de 1869...

El Experimento estaba lejos de ser exacto. De los 66 elementos puestos en filas solo 48 estaban colocados co-rrectamente. Si se agrega a estos 26 elementos ms, desconocidos en aque-llos tiempos, la relacin entre lo correc-to e incorrecto era de 48:44. Los cons-tructores saben que para la primera muestra de una nueva mquina esta re-lacin es natural. Pero si as funciona, ya es una excepcin. En el mejor de los casos los primeros aviones saltaban un poco. Las primeras lmparas incan-descentes se quemaban enseguida.

Pero el primer modelo experimen-tal de la tabla peridica de los elemen-tos funcionaba! El puente tendido a travs del abismo de lo desconocido an se balanceaba bajo los pies, dejan-do al descubierto numerosos agujeros. Pero los valientes ya podan cruzar el abismo por l.

Aurelio Meja M.

As como los polos de igual signo de un man se rechazan, y los contra-rios se atraen, as tambin los electro-nes se repelen entre s, pero son atra-dos por los protones hacia el ncleo, evitando que sean lanzados al espacio en virtud de la fuerza centrfuga.

Los electrones, portadores

de carga negativa

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Debido a los patrones de fuerzas re-sultantes de la repulsin mutua entre los electrones (por tener cargas negati-vas iguales) y de su atraccin hacia el ncleo (por accin de los protones, con carga positiva), los electrones se distri-buyen en las rbitas formando capas cada vez ms alejadas del centro. Re-sulta interesante anotar que cada capa, segn su nmero de orden a partir de la ms cercana al ncleo, no puede al-bergar ms de un nmero determinado de electrones, ni tampoco puede tener ms de 8 electrones en su rbita o ca-pa exterior.

El patrn de distribucin de los elec-trones en las capas es igual para todos los elementos, diferencindose uno de otro solamente en la cantidad de capas y el total de electrones. As, por ejem-plo, en la primera capa u rbita no se admiten ms de 2 electrones. En la se-gunda nunca pueden haber ms de 8, ni en la tercera ms de 18. En la cuar-ta y en la quinta solo se reciben hasta 32, y en la sexta no se permiten ms de 18.

Puesto que en la ltima rbita nun-ca pueden haber ms de 8 electrones, es comn encontrar tomos con su pe-nltima capa incompleta aunque ten-gan los electrones suficientes para lle-narla. Pensemos, por ejemplo, en el elemento nmero 28 (nquel), el cual dispone en su estado elctrico neutro de 28 electrones para repartir segn el patrn establecido, de la siguiente ma-nera: 2 + 8 + 18. Sin embargo, para cumplir el requisito de que la ltima capa no debe pasar de los 8 electrones, se establece una cuarta rbita con al-gunos de los 18 de la tercera.

LAS MOLCULAS TAMBIN TIENEN UN LMITE DE 8

Hasta ahora hemos mencionado que existen los electrones, partculas at-micas pequesimas dotadas de movi-miento rotatorio a manera de trom-pos (efecto conocido como "Spin") y de movimiento de traslacin alrededor de un ncleo. Tambin hemos dicho que a su poder de atraccin y de re-pulsin se le ha denominado carga elctrica negativa, y que es contraria y de igual intensidad a la carga de los protones, razn por la cual tienden a cancelarse mutuamente sus efectos. Dicho de otra manera, el tomo se considera elctricamente neutro cuan-do sus cargas negativas (electrones) son guales a las cargas positivas (pro-tones).

La tendencia de los tomos a tener 8 electrones en su rbita externa, de-nominada capa de valencia, es lo que los hace unirse y formar las molculas. De esta manera comparten sus electro-nes externos, los cuales se mueven ahora formando una rbita comn que envuelve al conjunto. Segn la configuracin de esta rbita se for-man las uniones amorfas y las uniones


cristalinas. La fuerza del ligamento re-cibe el nombre de "cohesin molecu-lar".

Las molculas de estructura cristali-na (de forma simtrica, a manera de cubos, polgonos, etc.) presentan pro-piedades elctricas muy utilizadas en la fabricacin de cristales para circuitos osciladores, en las cpsulas fonocapto-ras de los tocadiscos, en los dispositi-vos a base de ondas acsticas superfi-ciales (tales como los filtros SAW usa-dos en los televisores a color), en algu-nos tipos de micrfonos y de parlan-tes, etc.

ELECTRICIDAD DINMICA, ELECTRICIDAD ESTTICA

Si hacemos mover las partculas de carga a lo largo de un medio conduc-tor, estamos produciendo lo que se co-noce como "corriente elctrica". Po-demos imaginar que la corriente elc-trica es algo as como una multitud de personas visitando una exposicin de obras de arte en un museo. Hacen una lnea, avanzan, se detienen y miran, continan caminando y salen por la puerta al final de la galera. S, los electrones tambin pueden avanzar en forma continua, o detenerse a interva-los denominados pulsos, o alternar su sentido (devolverse).

Tambin podemos quitar o agregar muchos electrones a un trozo de ma-terial, para romper el equilibrio entre las cargas positivas y negativas de los tomos, y al hacerlo estamos generan-do lo que se denomina electricidad es-ttica.

Podemos entender ms fcilmente lo anterior si nos imaginamos un tea-

tro en el cual se anuncia una gran pel-cula. Al comienzo hay muchas sillas vacas, razn por la cual es positivo que usted puede conseguir boleto para entrar. Llegado cierto momento se co-pa la capacidad de la silletera y todas las dems personas que siguen entran-do se tienen que estar de pie. Por lo visto, el teatro est sobrecargado nega-tivamente, y permanece as hasta que se termine la pelcula, instante en el cual se produce un tumulto que cami-na rpido hacia las puertas de salida. Los cuerpos cargados con electricidad esttica tambin la pueden descargar en un momento dado, y producir tem-poralmente una corriente o flujo de electrones.

BUENOS CONDUCTORES ELCTRICOS

Los tomos que solamente tienen un electrn en su rbita externa tien-den a soltarlo con facilidad. Adems, y puesto que tienen 7 espacios dispo-nibles, pueden alojar temporalmente otros electrones libres que provengan de tomos vecinos. Por su gran capaci-dad para ceder y recibir electrones se les denomina buenos conductores de electricidad, tanto dinmica como es-ttica.

Entre el grupo de los buenos conduc-tores estn la plata (Ag), el cobre (Cu), el oro (Au) y el aluminio (Al). Con tales materiales se fabrican las lneas de conduccin (alambres) y tambin las placas para los condensadores que habrn de almacenar energa en forma de electricidad esttica. Por tener el oro muchas capas orbitales y su electrn externo muy lejos del ncleo que lo atrae, y por ser inmune a la oxidacin, se le emplea en la fabricacin de circuitos integrados.

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CONDUCCIN INICA

Hasta ahora hemos definido la co-rriente elctrica como un flujo de elec-trones continuo (constante), intermi-tente (a pulsos) o alterno (que cambia de sentido a intervalos regulares). Sin embargo, existen casos especiales en que son los tomos los que se despla-zan de un lugar a otro llevando su car-ga elctrica. Esta situacin se presenta cuando el medio conductor es un gas o un lquido, y a tales tomos se les denomina iones.

Por lo comn, los tomos compo-nen molculas elctricamente neutras, con igual nmero de electrones que de protones. Sin embargo, por acciones qumicas y elctricas externas se pue-de romper dicha molcula, y obtener as una parte con ms electrones que protones, llamada ion negativo. Al res-to se le denomina ion positivo, por quedar con ms protones que electro-nes.

A manera de ejemplo, un ion es al-go as como un gran corcho con un pequeo imn en su interior. Si lo po-nemos a flotar en un estanque con agua, se orienta hacia los polos magn-ticos terrestres cual si fuese una brju-la; o podemos hacerlo alejar o acercar cuando le aproximemos los polos nor-te o sur de un imn externo. Pues bien, de manera similar se comportan los tomos cuando les falta o llevan exce-so de electrones (digamos que algo as como pequesimos polos negativos). Con la aplicacin de dos conductores elctricos a los dos extremos de una vasija que contenga los iones, es posi-ble hacer que se alejen los unos y se acerquen los otros, siguiendo aquella ley que dice: Polos o signos iguales se repelen; polos o signos contrarios se atraen. Esta propiedad de los iones es

la base de la galvanoplastia, un mto-do electroqumico para hacer recubri-mientos metlicos en piezas, tal como el cobreado, plateado, niquelado, cro-mado, etc.

CAPA DE VALENCIA Y LOS TIPOS DE UNION

Los electrones que se ubican en la capa externa del tomo, llamada capa de valencia, reciben el nombre de elec-trones de valencia. Su nombre provie-ne del griego, y significa "enganche". Con esto se quiere dar a entender que los electrones de valencia son los que permiten a los tomos unirse mutua-mente. Aunque no lo necesitamos por ahora para nuestro estudio, por lo me-nos recordemos que los tomos pue-den formar uniones metlicas, inicas y covalentes.

La unin metlica es la que se lleva a cabo entre tomos de elementos bue-nos conductores de la electricidad, aquellos con solo un electrn en la ca-pa de valencia, y se caracteriza por un movimiento desordenado y continuo de sus electrones de valencia, pasando de un tomo al siguiente para llenar momentneamente las capas exterio-res de todos.

La unin inica o electrovalente es la que se forma cuando se asocian to-mos de elementos diferentes, de forma tal que los unos ceden electrones de valencia a los otros, formndose iones positivos y negativos, los cuales se jun-tan debido a la atraccin entre sus car-gas de signo contrario.

La unin covalente tiene lugar entre tomos de elementos diferentes, pero en este caso, a diferencia de la unin inica, los tomos se resisten a ceder o a tomar electrones de valencia, razn


por la cual los comparten mutuamente para completar sus respectivas capas. Por ejemplo, en el caso de dos tomos que tienen cada uno de a cuatro elec-trones externos, tal como ocurre con el germanio y el silicio, entonces cada tomo deja que uno de sus electrones sea alternativamente compartido con el otro. En otras palabras, cada tomo conserva tres electrones en su propia rbita, mientras los dos electrones que hacen el enlace pasan alternadamente de una a otra capa de valencia.

ELEMENTOS AISLANTES

Un tomo con ocho electrones de valencia es completamente estable, y resistir casi cualquier intento de qui-tarle un electrn. Puesto que tampoco reciben electrones libres, no permiten la formacin de corrientes elctricas. Se dice que son los mejores aislantes, y dada su alta resistencia a los cambios en la capa de valencia, hasta hace muy poco tiempo se crea que no se com-binaban con ningn otro elemento pa-ra formar compuestos, por lo cual se los llam elementos inertes o nobles. A esta clase pertenecen los gases helio, nen, argn, criptn, xenn y radn.

Figura 5

Los tomos que tienen 7 electrones en su ltima capa tambin presentan alta resistencia a la formacin de un flujo electrnico, pues todos ellos es-peran capturar de a un electrn para completar los 8 que requiere la capa de valencia. Entre los elementos de es-te grupo estn el flor, cloro, bromo, yodo y astatino.

En la prctica, los aislantes utiliza-dos para interrumpir u oponer resis-tencia al paso de una corriente elctri-ca se obtienen a base de compuestos, con molculas que no tengan tenden-cia a liberar o recibir electrones libres.

ELEMENTOS SEMICONDUCTORES

Siguiendo el razonamiento anterior, es fcil deducir que los tomos con dos electrones de valencia no son tan buenos conductores como aquellos que solo tienen uno, pero si permiten el movimiento de electrones ms fcil-mente que los tomos con tres electro-nes externos. De manera similar, los de seis son menos aislantes que los de sie-te, pero ms que los de cinco.

Aquellos elementos que estn en el punto medio, con cuatro electrones de valencia, y que por consiguiente no se inclinan hacia los conductores, ni ha-cia los aislantes, reciben el nombre de semiconductores. A este grupo perte-necen el germanio y el silicio, dos ele-mentos muy utilizados en la fabrica-cin de diodos, transistores y circuitos integrados.

Mediante tcnicas apropiadas se puede mejorar o modificar las caracte-rsticas elctricas de un material se-miconductor, agregndole algunos to-mos diferentes que produzcan un ex-ceso o un dficit de electrones en las

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uniones. Puesto que estos materiales agregados tienden a daar o ensuciar la estructura cristalina (unin covalente o de par electrnico) del silicio o el germanio puros, se les denomina im-purezas, o elementos dopantes.

Cuando el tomo utilizado como impureza tiene solamente tres electro-nes de valencia forma una unin de siete con el elemento semiconductor, razn por la cual se dice que ha queda-do un hueco en la retcula o red crista-lina de los enlaces. Las impurezas tri-valentes ms comunes son el indio, el galio y el boro. Puesto que en un semi-conductor inyectado con impurezas

de este tipo predominan las cargas po-sitivas (tambin denominados porta-dores positivos) sobre el nmero de electrones, a tal semiconductor se le llama tipo p.

Cuando los tomos dopantes tienen de a cinco electrones en la capa exter-na, queda sobrando un electrn al hacer el enlace con los tomos del material semiconductor. Estos electrones libres extra aportan al semiconductor un nmero mayor de electrones de los que tendra normalmente, por lo cual recibe el nombre de tipo n. Las impurezas pentavalentes ms utilizadas son el arsnico, el fsforo y el antimonio.

Condensado de un artculo suministra-do por Unin Carbide de Colombia, y de un captulo del libro "Understan-ding Solid-State Electronics", editado por Texas Instruments Learning Center.


Puesto que nosotros no podemos ver, tocar ni percibir la energa elctri-ca como tal, debemos estudiarla con base en sus efectos, mensurables por medio de instrumentos que indican el grado de su accin.

Entender el comportamiento de la electricidad nos resulta fcil si pone-mos atencin a la figura 6, debido a que existe una gran semejanza entre su forma de actuar y las caractersticas de los lquidos. Su flujo se parece al del agua, y de manera similar tiende a llenar cada espacio que encuentre disponible. As como el agua puede ser bombeada para producir una co-rriente a travs de una red de tuberas o caos, as tambin los electrones de un alambre pueden ser empujados a travs de un circuito o red de con-ductores, por medio de una batera o un generador apropiado. De mane-ra similar a como el agua, por accin de la fuerza de gravedad, busca tener el mismo nivel en toda la superficie del recipiente, as tambin los electrones tienden a alcanzar la misma densidad a travs de un circuito, por accin de las repulsiones mutuas de sus cargas nega-tivas.

UNIDAD DE CANTIDAD ELCTRICA La unidad de cantidad de electrici-

dad, o carga elctrica, es el Culombio. Representa una cantidad definida de energa elctrica, del mismo modo en que un litro representa una cantidad determinada de agua. Un culombio equivale, aproximadamente, a 6 280 000 000 000 000 000 electrones libres. Qumicamente hablando, un culombio es la cantidad de electricidad requeri-da para ocasionar, en una solucin, la precipitacin de 0,00111800 gramos de plata metlica.

CORRIENTE

Cuando el agua corre a travs de un cao, tenemos lo que se llama un flujo o corriente de agua. Del mismo modo, cuando la electricidad fluye a travs de un conductor o alambre, tenemos una corriente de electricidad. El caudal de una corriente de agua puede ser indi-cado en litros por segundo; la intensi-dad de una corriente elctrica se ex-presa en culombios por segundo. Se de-nomina un Amperio a una corriente constante de un culombio por segun-do, y su nombre fue dado en honor al matemtico y cientfico francs Andrs Mara Ampre (1775-1836), quien ide la electrodinmica e invent el electroimn y el telgrafo.

RESISTENCIA

Por experiencia sabemos lo difcil que resulta respirar cuando tenemos tapada una de las dos fosas nasales, ya que nuestros pulmones deben aumen-tar la presin para lograr inhalar o ex-pulsar el volumen de aire que el orga-nismo requiere. Similarmente, un cao ofrece una cierta resistencia al paso del agua. Cuanto menor sea su dimetro, o mayor sea la longitud, ms grande ser la resistencia al flujo.

Tambin los conductores elctricos presentan resistencia al paso de la co-rriente elctrica a travs de ellos; cuan-to ms reducido sea el calibre o sec-cin transversal, y ms largo el alam-bre, mayor ser la resistencia. En estos dos aspectos, la resistencia de un cao de agua y la de un conductor elctrico son similares. Una manera fcil de ex-perimentar esto, es tratar de respirar a travs de mangueras que tengan dife-rente largo y dimetro. Indudablemen-te, la menor resistencia al paso del aire

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la encontraremos en la manguera ms ancha y en la ms corta.

La resistencia elctrica, sin embar-go, involucra tambin otras propieda-des del conductor: su temperatura y su material. Hemos explicado que, en el caso de los tomos de un buen con-ductor, es fcil sacarles un electrn de sus rbitas de valencia, lo cual equiva-le a decir que se requiere poca energa para hacerlo. De hecho, se requiere mayor energa para liberar un electrn de un tomo aislante. Cuando se trata de los semiconductores, se requiere menos energa que en el caso de los aislantes, pero ms que en el de los conductores.

Algunos materiales, como el carbn y las soluciones electrolticas, dismi-nuyen su resistencia elctrica a medida que la temperatura aumenta. Otros, por el contrario, mejoran su enlace molecular y aumentan la resistencia al subir la temperatura. En los circuitos electrnicos se necesita a veces una de estas dos caractersticas, y para obte-nerla se utiliza un dispositivo denomi-nado termistor. Cuando su resistencia aumenta con la temperatura, se dice que es de coeficiente positivo. En caso contrario, su coeficiente ser negativo. En los metales buenos conductores, tal como el cobre y el aluminio, es despre-ciable el efecto de la temperatura so-bre su resistencia.

En cuanto a la resistencia depen-diente del material, esta se explica en razn de la mayor o menor energa re-querida para liberar los electrones ex-ternos de su banda u rbita. El cobre, por ejemplo, debido a que tiene sola-mente un electrn de valencia, ubica-do en la cuarta capa y lejos de la atrac-cin del ncleo, es uno de los mejores

conductores elctricos. Existen otros metales que ofrecen menor resistencia, tal como el oro y la plata, pero su alto costo hace que se empleen solamente en aplicaciones especiales. En los cir-cuitos electrnicos se utiliza muy a menudo un dispositivo llamado resis-tor, el cual se puede conseguir con va-lores definidos de resistencia elctrica, con su magnitud especificada en el cuerpo por medio de bandas de color, o con caracteres siguiendo un cdigo internacional. La unidad de resistencia elctrica se llama Ohmio, y se expresa con el smbolo W.

Un Ohmio es la resistencia que tie-ne un conductor, cuando, al aplicar una tensin elctrica de un Voltio en-tre sus extremos, se produce una co-rriente de un Amperio.

VOLTAJE

Para ocasionar el flujo de agua a tra-vs de una caera se necesita una de-terminada presin, ya sea la suminis-trada por una bomba, o por la diferen-cia de niveles entre la superficie del agua y el orificio de salida.

Como se puede ver en la figura 7, la presin que ejerce el lquido sobre la vlvula de salida depende de la carga hidrosttica (es decir, la altura de la columna de agua), y se la expresa ge-neralmente en "metros de agua". De manera similar, se requiere una deter-minada presin elctrica para enviar una corriente de electricidad a travs de un conductor. Esta presin elctri-ca se denomina Fuerza Electromotriz (fem) o voltaje. La unidad correspon-diente se llama Voltio en honor del f-sico italiano Alejandro Volta (1745-1827), inventor de la pila elctrica que lleva su nombre.


Un Voltio es la presin requerida para causar una corriente de un culom-bio por segundo (un Amperio) a travs de un conductor que ofrece una resis-tencia de un Ohmio.

Segn el ejemplo de la figura 6, de-bido a que el canal presenta resistencia al flujo, el agua demora un poco en ha-cer el recorrido entre la salida del grifo y la boca del tubo de succin, presen-tando, en consecuencia, diferencias de nivel entre dos puntos cualquiera, sien-do mayor la diferencia de alturas en el sitio de colocacin de la bomba.

A mayor diferencia entre los niveles superior e inferior, mayor ser la pre-sin que empuja el agua a travs del canal, aumentando as el volumen de galones por minuto. Si ponemos ms canales en serie, se aumenta la resisten-cia y disminuye el nivel del agua en el punto de succin. En la prctica, des-de el punto de vista elctrico, se intro-ducen ciertas resistencias a un circuito con el f in de disminuir ("tumbar") el voltaje en un punto especfico.

En trminos elctricos, el bombeo de electrones de un extremo a otro de

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un circuito se puede hacer de diversas maneras, ya sea utilizando una batera o un generador de corriente, acciona-do por una cada de agua o por un molino de viento, etc. La diferencia de altura entre los niveles del lquido del ejemplo anterior equivale a la diferen-cia de potencial (voltaje) entre dos puntos cualquiera de un circuito o conductor elctrico. El voltaje ser mximo entre los dos extremos, don-de se tiene conectada la fuente de ten-sin elctrica (presin).

LA LEY DE OHM

Se conoce como Ley de Ohm a la relacin existente entre el voltaje (E), la resistencia (R) y la corriente (I) en un circuito elctrico, y debe su nombre al fsico alemn Georg Simn Ohm (1789-1854), quien fue el primero en establecer que la corriente en un cir-cuito es directamente proporcional al voltaje aplicado, e inversamente pro-porcional a la resistencia. Ello puede ser expresado en la siguiente frmula, donde E corresponde a la inicial de "Electromotriz", para referirse al volta-je o fuerza que hace mover los electro-nes a travs de un conductor o circui-to:

Energa, Trabajo y Potencia Aurelio Meja M.

Fuerza electromotriz Amperios de (Voltios) corriente =

Resistencia en Ohmios Matemticamente se puede deducir

que E = IR (para conocer el voltaje, basta con multiplicar la corriente en amperios por la resistencia en ohmios). La resistencia, a su vez, se puede obte-ner dividiendo el voltaje por el valor de la corriente en amperios, aplicando la frmula siguiente: R = E/I.

La ley de Ohm afirma que, dados dos circuitos sometidos a igual voltaje, la corriente ser proporcionalmente mayor en aquel circuito que ofrezca menor resistencia. Dicha ley tambin establece que, en circuitos de resisten-cias iguales, la corriente que por ellos fluye ser directamente proporcional al voltaje aplicado. En otras palabras, una elevada resistencia o un reducido voltaje determinan una corriente redu-cida. Por simple deduccin de la figura 6, al ampliar el canal, o al elevar ms el nivel del agua en el lado del tanque, se aumenta el caudal del agua. Desde el punto de vista elctrico, equivale a decir que la corriente (I) aumenta cuando se disminuye la resistencia (R), o cuando se aumenta la diferencia de potencial elctrico (E, V).

Estos tres nuevos trminos se en-cuentran muy ligados, tanto como lo estn corriente, voltaje y resistencia en los circuitos elctricos que hemos es-tudiado. Pues bien, la verdad es que todo circuito elctrico se disea para llevar a cabo un trabajo. Para que di-cho circuito pueda efectuar su trabajo necesita energa, ya que de lo contra-rio no funciona.

Electrnica Fcil 1 23

La energa se manifiesta de muchas formas en la naturaleza. Hay energa elctrica, mecnica, luminosa, calri-ca, qumica, atmica, etc. Tener ener-ga es tener capacidad para desempe-ar un trabajo til. Todo trabajo al efectuarse consume energa, pero est comprobado que sta no se pierde si-no que se transforma en otra energa de forma distinta. Una de las leyes fundamentales de la fsica nos dice que "la energa no se crea ni se destru-ye; slo se transforma" (ley de la con-servacin de la energa). Los motores elctricos, por ejemplo, hacen su traba-jo a base de convertir energa elctrica en mecnica; las bombillas al trabajar transforman electricidad en energa lu-minosa; cuando el obrero golpea con su herramienta el duro suelo, efecta su trabajo gracias a que la energa qu-mica de su cuerpo se transforma en energa mecnica.

As como una misma persona puede saber varios idiomas, as tambin un mismo objeto fsico tiene en un mo-mento dado varias formas de energa, distintas en su naturaleza pero traduci-bles a una muy comn: Calor. Una simple rama de un rbol, por ejemplo, tiene energa potencial por el slo he-cho de estar suspendida en el aire. Si la rama se cae, dicha energa potencial se transforma primero en energa cin-tica (energa mecnica, de movimien-to) y luego en calrica, ya que al res-balar contra el piso se presenta el fe-nmeno de la friccin, el cual trans-forma la energa cintica en calor. Ade-ms, este trozo de madera se puede usar despus para alimentar una calde-ra, con lo cual contina el proceso de transformacin o de trabajo con la energa almacenada, la cual probable-mente tuvo su origen en la energa so-lar recibida por el rbol. Ya sabemos que la energa calrica y luminosa del

sol es transformada en energa qumi-ca por los vegetales, la cual se aprove-cha luego para la produccin de ox-geno, etc., etc. Cada seccin de la fsi-ca tiene sus propias unidades de medi-da para la energa que le compete, ya sea luminosa, cintica, potencial, cal-rica, radiante, atmica, sonora, elctri-ca, etc., por lo que se necesitara un estudio amplio para comprenderlas.

ENERGA = CAPACIDAD PARA EFECTUAR UN TRABAJO

TRABAJO = TRANSFORMACIN TIL DE UNA FORMA DE ENERGA A OTRA DISTINTA (aprovechamien-to de la energa).

POTENCIA = TRABAJO REALIZADO EN LA UNIDAD DE TIEMPO.

Energa y trabajo son generalmente designados con una misma unidad de medida. En un sistema mecnico, la energa necesaria para mover un obje-to es el producto de la fuerza aplicada por la distancia recorrida. Si una caja que pesa 10 libras es levantada a una altura de 4 pies, el trabajo ejecutado y la energa requerida para este trabajo es igual a 10 x 4 = 40 pies - libra. La unidad ms empleada para medir el trabajo mecnico es el joule (julio, en espaol), que equivale a un poco me-nos de un pie-libra (1 joule = 0.738 de pie-libra), la cual recibi su nombre en honor a James Prescott Joule (1818 -1889), fsico ingls, quien fu el prime-ro en estudiar la dependencia entre la cantidad de calor producida y la mag-nitud del trabajo mecnico que gener dicho calor. En otras palabras, Joule hall el valor correcto del equivalente mecnico del calor mediante el trabajo realizado durante la expansin de una masa gaseosa.

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El trabajo que hace la corriente en los circuitos elctricos aparece en for-ma de energa qumica en la electrli-sis, o en forma de energa cintica en los motores. Pero si el circuito est formado nicamente por resistencias hmicas, ese trabajo aparece ntegra-mente en forma de calor. Pues bien, el seor Joule encontr que la cantidad de calor producida es directamente proporcional al cuadrado de la intensi-dad, a la resistencia del circuito, y al tiempo que dure el fenmeno elctri-co.

Pequeas caloras (cal) = 0.24 I2 Rt En todo circuito elctrico se hace

un trabajo siempre que los electrones sean forzados a circular a travs de una resistencia. La cantidad del traba-jo hecho depende de la cantidad de electrones movidos y del potencial (voltaje) necesitado para hacerlos pa-sar por la resistencia. La cantidad o carga de electrones es el total de elec-trones que pasan por un punto en un cierto lapso de tiempo, valor que est dado por la siguiente relacin.

Carga Q = Intensidad x tiempo

La energa o trabaj en un circuito elctrico es igual al producto del volta-je por la cantidad de electrones movi-dos. Se usa la letra W para designar trabajo y energa.

W = VQ W = VIt

El trabajo es igual al producto del voltaje en voltios (en algunas frmulas matemticas se acostumbra utilizar la letra E para indicar voltaje), corriente en amperios, y tiempo en segundos. Se necesita un joule de energa para hacer fluir 1 amperio de corriente a travs de una resistencia cuando se tiene apli-

cada una tensin de 1 voltio durante 1 segundo.

La potencia elctrica, como la po-tencia mecnica, es directamente pro-porcional al trabajo e inversamente proporcional al tiempo durante el cual se realiza ese trabajo.

Potencia = Trabajo/tiempo P=VQ/ t

P = Voltaje x Intensidad

La unidad prctica de potencia es el joule/segundo, pero en los circuitos elctricos se acostumbra el watt (vatio, en espaol), en honor a James Watt, ingeniero escocs (1736 - 1819), quien dise la mquina de vapor de doble efecto. Cuando este seor comenz a vender sus motores, que ms tarde da-ran origen a la locomotora de vapor, tuvo que especificar su potencia com-parndolos con los caballos que iban a reemplazar. Encontr que un caballo promedio, que trabajara en propor-cin constante, poda hacer 550 pies-libras de trabajo por segundo. Este va-lor recibi el nombre de caballo de fuerza, o un HP, de las palabras Horse (caballo) y Power (potencia, fuerza).

1 joule/segundo = 1 vatio La potencia elctrica aumenta con

el voltaje y con la corriente, siendo en consecuencia proporcional al produc-to de ambos. Un vatio es igual a una corriente de un amperio fluyendo a la presin de un voltio, y su frmula co-rrespondiente es:

W (vatios) = E (voltios) x l (amperios)

Cuando un voltaje de 20 voltios ge-nera una corriente de 2 amperios a tra-vs de un resistor de 10 ohmios, la po-tencia del circuito es:


P = VI = 20 x 2 = 40 vatios

Nosotros podemos decir que la ener-ga est siendo convertida de elctrica a energa calrica a una rata de 40 va-tios por segundo. Generalmente se usa el trmino "disipacin" para describir la conversin de energa elctrica en calor. En este ejemplo, el resistor est disipando 40 vatios de potencia.

Se puede relacionar una corriente elctrica con el agua corriente de un ro: ... puede ser torrentosa, con mu-cho o poco caudal... puede ser una co-rriente serena, que invita al bao, o un hilo de agua que cae libremente desde una gran altura.

En electrnica tambin tenemos co-rrientes elctricas con variados niveles de tensin y de corriente, dependien-do del objetivo del circuito. Su capaci-dad para efectuar un trabajo (mover un motor, encender una bombilla, ca-lentar una resistencia de fogn, etc.) depender de la combinacin adecua-da de la tensin y la corriente, as co-

Condensado de un captulo del Libro "Understanding Solid-State Electro-nics". Editado por Texas Instruments Lear-ning Center.

Una de las aplicaciones prcticas de la electricidad, es que puede llevar energa, o potencia, de un lugar a otro.

mo el poder de los ros se mide tam-bin por el efecto combinado de su torrente y caudal. Es lgico que la can-tidad de agua que sale de la ducha de nuestro bao no es suficiente para ha-cernos dao ni aunque est cayndo-nos desde 30 metros de altura, pero no podramos decir lo mismo si se tratase de la tubera que alimenta a todo nues-tro barrio; en este caso el impacto del agua nos tumbara y ocasionara da-os en nuestro cuerpo.

En el ejemplo del ro, su corriente puede tener un gran caudal pero su le-cho corre por un llano de muy poca pendiente; en este caso no tendramos potencia suficiente para mover una rueda Pelton, para accionar un genera-dor elctrico o un molino, ya que, ade-ms de una buena corriente, se necesi-ta que tenga una adecuada velocidad. El ejemplo opuesto se nos presentara en una zona montaosa, en la que una mnima corriente corre presurosa en-tre las altas peas: si el caudal no es suficiente, tampoco se logra hacer gi-rar la turbina.

Volviendo a la analoga con el agua, y tal como lo muestra la figura 8, la ener-ga desarrollada por el hombrecito de la bomba es usada por su compaero para accionar la sierra que est cortan-do el tronco de madera. Desde el pun-to de vista elctrico, el generador pone energa en el circuito cuando "bom-bea" electricidad desde un nivel de

Cmo hacer que la electricidad

lleve potencia

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voltaje bajo hasta un nivel de voltaje alto. Dicha energa se puede recuperar haciendo el trabajo inverso, es decir, haciendo que la tensin elctrica caiga de un voltaje alto a un voltaje bajo.

As como el hombrecito de la figura 8 puede poner ms potencia a la tur-bina que impulsa la sierra, incremen-tando la altura en la cada del agua, o aumentando el flujo del agua, as tambin nosotros podemos hacer que el generador (GEN) elctrico aumente la potencia hacia el motor (MOT), ya sea poniendo otro que aporte una ma-yor diferencia de potencial (voltaje), o haciendo crecer la intensidad de la co-rriente.

Aunque en nuestro ejemplo hemos utilizado la bomba para representar a un generador, que es un dispositivo que convierte energa mecnica en

energa elctrica, en la prctica tam-bin se puede referir a un micrfono, elemento encargado de convertir la energa sonora en energa elctrica. La rueda de paletas representa cualquier dispositivo que reconvierta la energa elctrica a la forma original. Por ejem-plo, puede ser un motor que produzca energa mecnica, o un parlante que entregue energa sonora.

LA RESISTENCIA DE UN CIRCUITO DISIPA ENERGA EN FORMA DE CALOR

Veamos ahora que sucede cuando retiramos el motor y dejamos que el agua caiga libremente, tal como se muestra en la figura 9. El salto de agua es ahora simplemente el equivalente de un resistor (dibujado con lnea en zig-zag en el circuito elctrico). Pero, qu est sucediendo a la energa el


trabajo- que est poniendo el hombre-cito en el agua con su bomba?. Esta energa se est gastando solamente en vencer la friccin, o resistencia, en las paredes del canal y la cada del agua.

Puesto que la friccin genera calor, se presentan diferencias en la tempera-tura del agua que sale del grifo de la bomba y la que hay en el canal infe-rior. En resumen, en un circuito elc-trico se utilizan los resistores para "ha-cer caer" el potencial entre dos pun-tos, pero la diferencia de energa (el producto de voltios por amperios) es convertida en calor. Es por este fen-meno que se produce el calentamiento de las resistencias de la estufa, y la in-

candescencia del filamento de las bom-billas elctricas.

Aunque dos resistores para uso elec-trnico pueden tener un mismo valor de resistencia ohmica, es posible que estn hechos para soportar la disipa-cin de potencias diferentes. En otras palabras, para una misma resistencia se producen resistores que pueden "gas-tar" 1/4, 1/2, 2, 5, etc., vatios de po-tencia sin sufrir deterioro por el au-mento de su temperatura.

CORRIENTE DIRECTA, PULSANTE Y CONTINUA

En los circuitos anteriores hemos

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visto que el agua siempre fluye en una direccin, formando lo que se deno-mina corriente directa, o simplemente "dc". Cuando el generador funciona como la bomba de mano de la figura 9, que solamente expulsa agua cuando el hombrecito baja la palanca, se dice que la corriente es directa pulsante, y a la duracin de cada chorro se le lla-ma ciclo de trabajo (duty cycle). A la cantidad de chorros por segundo (ci-clos de operacin subida-bajada de la palanca) se le denomina frecuencia de pulsos. Otro caso se presenta cuando la bomba utilizada como dispositivo generador de la corriente es del tipo turbina, la cual funciona en forma continua y entrega un chorro unifor-me. Cuando esto sucede decimos que la corriente es directa continua, o simplemente "cc" (corriente conti-nua).

CORRIENTE ALTERNA

Cuando la corriente invierte alterna-damente su sentido dentro del circuito recibe el nombre de corriente ac. Un circuito para corriente alterna trabaja de manera similar a uno para corriente directa, excepto que se requiere un ge-nerador especial para bombear la co-rriente primero en una direccin a tra-vs del circuito y el motor, y luego en la otra direccin. Para recobrar la energa de la corriente en cualquiera de sus sentidos se utiliza un motor es-pecial.

La figura 10 muestra un circuito de corriente alterna en trminos hidru-licos. El pistn o compuerta conecta-da a la palanca que el hombrecito mue-ve hacia uno y otro lado, empuja pri-mero el agua en una direccin, y luego en sentido contrario. El dispositivo que cumple tal funcin con la electri-cidad recibe el nombre de generador ac.


Qu es frecuencia elctrica

Aurelio M e j a . La frecuencia de la corriente alterna

es justamente la medida de cuan a me-nudo ella cambia de direccin. Esto es, si llamamos ciclo a cada recorrido completo de da y vuelta de los elec-trones a travs del conductor, o una porcin de ste, entonces frecuencia es la cantidad de ciclos por cada se-gundo.

Se da el nombre de "hertz" a una frecuencia de un ciclo por segundo, en honor al fsico alemn Heinrich Ru-dolph Hertz (1857-1894), quien de-mostr la existencia de ondas electro-magnticas y que estudi varias de sus propiedades (longitud, velocidad, re-fraccin, reflexin, polarizacin). Abri el camino de la telegrafa inalmbrica y fue el primero en observar el efecto fotoelctrico.

En los circuitos elctricos reales se utilizan frecuencias mayores que las que seran posibles con nuestro mode-lo hidrulico. Por ejemplo, escucha-remos kilohertz, que equivale a miles de ciclos por segundo, megahertz, que significa millones, y gigahertz, que in-dica billones.

La corriente alterna se obtiene a par-tir de generadores que aprovechan el electromagnetismo, fenmeno por el

cual un campo magntico de intensi-dad variable puede alterar las trayecto-rias de los electrones en los tomos de un conductor cercano. Dicho de otra manera, las lneas de fuerza del campo magntico actan como cuerdas de ar-co lanzando electrones cual si fuesen flechas. Para que las "cuerdas" se ten-sionen y cumplan su cometido es in-dispensable que stas se muevan, es decir, que el imn se aleje o se acerque al conductor.

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A la distancia total que el electrn logre avanzar en un vaivn completo (un ciclo), se llama longitud de onda. Imagina el movimiento acompasado de un pndulo de reloj, o recuerda el ejemplo hidrulico de la figura 10, y observa que, debido a la inercia del agua, resulta imposible iniciar a plena velocidad el movimiento de la compuerta que empuja el hombrecito.

Si llamamos "media longitud de onda" al segmento recto del canal por el cual se desplaza la compuerta en una direccin, resulta evidente que la mxima velocidad se alcanza cuando la compuerta llegue al centro de la "media longitud de onda", punto en el cual el hombrecito debe comenzar a frenar, hasta llegar a velocidad cero, o punto del retorno. Pues bien, los electrones tambin experimentan esos mismos cambios de presin en una corriente alterna, llamndose amplitud mxima o voltaje pico a la diferencia de potencial existente en el centro de cada "media longitud de onda". Miremos la figura 12.

Existen tambin generadores de co-rriente continua basados en el electro-magnetismo, pero requieren ciertos ar-tificios, tales como rectificadores de

corriente o sistemas mecnicos para inversin de los polos. De esto se en-cargan unas escobillas de carbn pues-tas en contacto con unas laminillas de cobre (delgas) localizadas en el rotor del generador.

REPRESENTACIN GRFICA DE UNA CORRIENTE ALTERNA

Para un principiante es confuso que las ondas de corriente alterna se dibu-jen como crestas y valles de olas acu-ticas, cuando sabemos que los electro-nes se mueven a lo largo del conductor. Se ha utilizado esta representacin grfica con el fin de poder visualizar mejor las caractersticas de sentido (polaridad), voltaje (amplitud) y frecuencia (hertz).

Si unimos un lpiz al extremo de un pndulo de reloj, y colocamos debajo de ste una hoja de papel, veremos que el lpiz traza siempre una lnea recta. Sin embargo, cuando movemos lentamente la hoja hacia un lado, mientras el pndulo funciona, los trazos del lpiz dejan de coincidir uno sobre el otro, y ante nuestros ojos aparece una onda como la mostrada en la figura 12.


Condensado de un captulo del libro Understanding Solid-State Electronics, editado por Texas Instruments Learning Center.

Traduccin y adaptacin: Aurelio Mejia M.

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Ya conocemos las caractersticas del flujo de una corriente, y sabemos que puede llevar potencia de uno a otro sitio. Pues bien, dicha potencia puede ser controlada para hacer que el sistema se comporte como lo nece-sitamos.

Existen dos maneras de controlar la potencia. La primera consiste en re-gular la cantidad de potencia que el generador pone en el circuito. En el ejemplo hidrulico que hemos utiliza-do en la figura 8, la potencia que lle-ga a la sierra circular depende de la potencia aplicada a la bomba. Si el hombrecillo bombea vigorosamente, sube ms el nivel del agua y aumenta la presin sobre la turbina que mueve a la sierra. En la prctica, sin embar-go, la potencia disponible en los siste-mas elctricos no tiene control en su fuente.

La segunda, y la forma ms comn de controlar la potencia, consiste en regular la tensin elctrica, o la co-rriente, en algn punto intermedio del circuito. La figura 13 nos ilustra como ejercer este control -observe la repre-sa que forma el hombrecillo con la compuerta deslizante.

Suponiendo que la bomba de agua est trabajando a un ritmo constante, se puede variar la potencia de corte de la sierra circular solamente deslizando la compuerta hacia adentro o hacia afuera del canal. Puesto que el hombrecillo puede interrumpir el flujo, limitar su caudal, o abrir del to-do la compuerta, se tiene en conse-cuencia un control sobre la potencia aplicada a la turbina. Se puede hacer que la sierra se detenga, corte lento, o ms rpido.

El hombrecillo de la compuerta es representativo de todo aquello que tenga incidencia sobre el flujo elctri-co dentro de un circuito, entre la fuente de alimentacin de potencia y el punto de su utilizacin.

Resumiendo: Nosotros slo pode-mos hacer dos cosas a la electricidad entre la fuente de potencia y el pun-to de utilizacin: Interrumpirla , lo que equivale a la funcin "encendido-apagado", o regularla, lo cual pode-mos hacer variando el valor de una re-sistencia intercalada en el circuito.

El diagrama esquemtico de la figu-ra 13 nos ilustra en trminos elctricos lo que hemos dicho. Como se puede apreciar, entre el generador (bomba) y el motor (turbina de agua) se encuen-tra un resistor variable, usualmente lla-mado "potencimetro", el cual tam-bin puede actuar como un interrup-tor para encendido-apagado.


EL CONDENSADOR, UN ELEMENTO PARA ALMACENAR ELECTRICIDAD

Al igual que los resistores, los con-densadores se utilizan ampliamente en el diseo de circuitos electrnicos. B-sicamente, un condensador consiste en dos placas metlicas paralelas (electro-dos) separadas por un espacio de aire. Cuando se suministra una tensin de corriente continua a travs de los elec-trodos, se almacena entre ellas una carga elctrica proporcional a dicha tensin.

La polaridad de la carga depende de la direccin de la corriente suministra-da. Cuanto mayor sea el rea (superfi-cie) de los electrodos enfrentados, y menor la distancia entre ellos, mayor ser la carga elctrica almacenada (ca-pacitancia). La figura 15 nos muestra la forma elemental de un condensar-dor.

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Podemos almacenar la energa elctrica?

Aurelio Meja M.

As como podemos contener pintu-ra a presin dentro de un envase tipo aerosol, o podemos almacenar ener-ga mecnica comprimiendo un resor-te, as tambin podemos ejercer pre-sin sobre un flujo de electrones y obligarlos a que se acomoden "apretu-jados" dentro de una placa o lmina de material conductor. Al aumentar la tensin elctrica (voltaje) haremos que un mayor nmero de tomos reciban ms electrones libres en sus respecti-vas capas de valencia, cual si estuvise-mos inflando un globo de caucho.

Para liberar la energa en cada caso, bastar con abrir la vlvula del envase, o soltar el resorte, o poner la placa en contacto con otro conductor que reci-ba fcilmente a esos electrones exce-dentes. Cuando eso suceda, se producir momentneamente un flujo que tien-de a establecer el equilibrio de las car-gas positivas y negativas.

Ahora bien, si en lugar de una sola placa ponemos dos bien juntas, sin que se toquen, obtendremos mejores resultados, ya que se les puede llenar con cargas de signos opuestos. Al unir por medio de un circuito externo dichas placas, los electrones almace-nados en la negativa fluirn hacia la positiva, y podremos utilizar dicha corriente elctrica para ejecutar los trabajos previstos. A este dispositivo formado por las dos placas se le denomina condensador (o capacitor).

Si se coloca un material aislante entre los electrodos, tal como se ilus-tra en la figura 16, la capacitancia se vuelve an ms alta. El material que da un valor particularmente alto de capacitancia se llama dielctrico. Los dielctricos ms empleados son el papel, la mica, la cermica, xidos de aluminio, el tantalio, el polister y el polipropileno.

La unidad bsica de capacitancia es el Faradio (unidad F). Un condensa-dor tiene una capacitancia de 1 Fa-radio cuando es capaz de almacenar una carga equivalente a 1 Culombio (unos 6,3 billones de billones de elec-trones) al aplicar una tensin de 1 Voltio entre sus placas.

La unidad de capacitancia recibi su nombre en honor al qumico y fsi-co britnico Michael Faraday (1791 -1867), quien descubri la manera de producir corriente elctrica por medio del magnetismo (o induccin electro-magntica), haciendo girar un disco de cobre entre los polos de un imn (28 de octubre de 1831). Adems de

la teora de la influencia electrostti-ca, se le debe la formulacin de las le-yes de la electrlisis (leyes de Faraday). Tambin, licu varios gases: produjo nuevas clases de vidrio ptico y efec-tu la vaporizacin del mercurio.

Como el faradio es una unidad de-masiado grande para aplicaciones prc-ticas, se utilizan unidades de capaci-tancia ms pequeas, como el microfa-radio (mF =millonsima parte de un fa-radio), el nanofaradio (nF = milsima parte de un microfaradio) y el picofa-radio (pF = milsima parte de un nano-faradio). Por ejemplo: 0,001mF = 1nF = 1000 pF

Puesto en paralelo con la fuente de tensin de un circuito, el condensador hace las veces del tanque de almacena-miento de agua en nuestras casas: cuan-do falte el suministro principal, enton-ces la energa almacenada en el con-densador trata de mantener uniforme la corriente. En este caso se dice que el condensador est conectado como filtro de la fuente, o eliminador del riza-do en las fluctuaciones del flujo.


Conectado en serie con los otros elementos del circuito, se comporta como si dejase pasar corriente slo momentneamente, mientras se cargan o descargan las placas. Despreciando este flujo transitorio, podemos afirmar que el condensador no permite el paso de corrientes directas.

Otra cosa sucede con las corrientes alternas, pues aunque no haya paso f-sico de electrones a travs del espacio entre las placas del condensador, s puede haber flujo elctrico en el resto del circuito externo, producido por la carga y descarga sucesiva de las placas cada vez que la corriente elctrica in-vierte su direccin. El grado de con-duccin para las corrientes alternas de-pende esencialmente de su frecuencia y de la capacitancia del condensador.

Si no existen fugas de corriente a travs del dielctrico, la energa alma-cenada en las placas del condensador se conserva indefinidamente, aunque desconectemos la fuente de tensin. En la prctica siempre existen fugas, debido principalmente al tipo y cali-dad del material. Cuando las fugas son motivadas por arco elctrico entre las placas, debido a una sobretensin, se produce el rompimiento del dielctri-co y queda inservible el condensador. Para evitar esto, nunca se debe conec-tar un condensador a una tensin ma-yor que la estipulada nominalmente en su cuerpo.

TIPOS DE CONDENSADORES

Segn la aplicacin y las condicio-nes del circuito, existen diversos tipos de condensadores, tales como los de capacitancia variable y los de valor f i -jo. Los condensadores variables son ge-neralmente de muy baja capacitancia,

tienen placas mviles y se utilizan para ajuste de resonancia en circuitos osci-ladores y de sintona de frecuencias. Los hay para ajuste espordico, me-diante destornillador, y para ajuste fre-cuente, tal como el que tienen los ra-dios para la sintona de las emisoras.

Smbolos y formas de algunos tipos de condensador

Figura 17

Los condensadores fijos tienen gran variedad de formas, tamaos y dielc-tricos. Los hay a manera de discos, ci-lndricos, ovalados, y con forma de pastilla cermica rectangular ("chip"), etc., segn se requieran ciertas caracte-rsticas de estabilidad a la temperatura y fluctuacionesen la tensin y frecuen-cia de las corrientes que han de mane-jar. Se consiguen unidades de muy ba-ja capacitancia, tal como los conden-sadores de disco (hechos con dos pe-lculas de plata separadas por un die-

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lctrico cermico a base de titanato de bario) y tambin los hay de muy alta capacidad de carga, tales como los de tantalio y los electrolticos de alumi-nio.

CONDENSADORES ELECTROLTICOS

Si extendemos sobre la mesa una hoja de papel que previamente hemos arrugado bastante con nuestras manos, observaremos que su tamao (largo x ancho) se ha reducido, con relacin a la hoja lisa original. Sin embargo, la superficie real, aquella que tendra que recorrer un insecto en el caso de tener que ir de una esquina a la otra del lado opuesto, sigue siendo la misma.

Pues bien, para un condensador de capacitancia mayor que 1 microfara-dio, no resulta prctico emplear dos placas lisas para el electrodo negativo

(ctodo) y el positivo (nodo), ya que resultara de un tamao tal que sera imposible su aplicacin en los nuevos aparatos miniatura. En este caso se so-mete una de las placas de aluminio a un proceso de corrosin y oxidacin qumica (anodizado), de tal forma que se formen en su cara infinidad de mi-nsculas "arrugas", "canales", "labe-rintos", etc. Como se puede apreciar en la figura 18, todas estas porosida-des se encuentran cubiertas por una delgada capa de xido de aluminio, el cual es aislante elctrico y hace las ve-ces de dielctrico en el condensador.

El electrlito que impregna el papel electroltico tiene por misin servir de conductor elctrico intermediario en-tre los electrodos nodo y ctodo, ya que puede llenar cada cavidad e irregu-laridad del material de las placas. Di-cho de otra manera, el electrolito es una continuacin del ctodo.


As como las gradas permiten que un mayor nmero de personas puedan ver el partido en el estadio, as tambin las irregularidades y porosidades de las placas facilitan la acomodacin de un mayor nmero de electrones.

Los condensadores electrolticos normales no se pueden utilizar para el paso de corrientes alternas, pues la capa aislante de xido de aluminio "se disuelve" cuando las cargas elctricas circulan en sentido contrario al previs-to, ocasionando fugas y cortocircuitos entre los electrodos. A estos conden-sadores se les utiliza ms comnmente para filtrar el rizado en fuentes de ali-

mentacin, o para el paso de seales cuando corresponden simplemente a variaciones de tensin en una corrien-te directa. Por esta razn, a los elec-trolticos tambin se los llama conden-sadores polarizados.

Cuando se requiere un condensador no-polarizado de alta capacitancia, se puede implementar colocando en serie dos condensadores electrolticos, uni-dos por electrodos de igual signo. Pre-feriblemente deben ser guales, y con capacitancia equivalente al doble de la requerida, pues el valor resultante de dos condensadores iguales en serie es igual a la mitad del valor de uno de ellos.

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Qu es un circuito elctrico

Se denomina circuito elctrico a la trayectoria que sigue una corriente elctrica para ir del polo negativo al polo positivo del elemento generador de la fuerza electromotriz (voltaje). Aunque se dan casos como el de las se-ales de radio, que viajan por el espacio en todas las direcciones, y el de los ra-yos y chispas que saltan entre dos pun-tos a travs del aire, usualmente se toma como circuito solamente a la configu-racin de conductores y dispositivos puestos por el hombre para llevar a cabo una determinada funcin con di-cha corriente.

El circuito ms corto podra ser simplemente un alambre comunicando los dos polos opuestos de la fuente de corriente (algo as como unir median-

te un tubo la entrada con la salida de la bomba accionada por el hombrecito de un tema anterior), pero tal corto-circuito no tendra sentido prctico. Puesto que no hay ningn dispositivo que regule la magnitud de la corriente elctrica, se puede sobrecargar y reca-lentar el alambre que hace las veces de puente.

CARACTERSTICAS DE UN CIRCUITO CON RESISTORES EN SERIE

Ejemplos de circuitos en serie son los vagones de un tren, las personas que hacen fila en lnea a la entrada de un teatro, el contador de consumo de energa y los aparatos elctricos de nuestra casa, etc.


Para comprender ms fcilmente como se afectan la corriente y el vol-taje de un flujo elctrico al pasar por los diferentes elementos de un circui-to en serie, imaginemos un edificio que, por ser muy alto, requiere el uso de varios ascensores, puestos uno a continuacin del otro, para poder mo-vilizar las personas del piso 40 al 35, del 35 al 18; del 18 al 6, y de all al primer piso.

Podemos ver claramente que el flu-jo de personas (corriente) se interrum-pe cuando uno de los ascensores se daa (se abre el circuito), ya que los pasajeros del ascensor que viene a em-patar con ste tienen que esperar a que lo reparen para poder continuar bajando. Dicho de otra manera, el ascensor ms estrecho (con mayor re-sistencia) limita el nmero de pasaje-ros por todo el sistema.

Adems, aunque un ascensor sea es-pacioso (con poca resistencia) limita en algo el flujo, ya que las personas pierden velocidad (voltaje) cada vez que tienen que hacer el transbordo. La prdida de velocidad (cada del volta-je) depende directamente de la falta de cupo suficiente en el ascensor (gra-do de resistencia).

La resistencia total es igual a la suma de las resistencias individuales de cada resistor conectado en la serie, ya que la corriente tiene que vencer la oposicin de ste Y y de se Y de aqul, puesto que tiene que pasar a travs de todos ellos. En otras pala-bras:

R total en serie = R1 + R2 + R3 + . . .

La corriente que pasa a travs de dos o ms resistores en serie, es la mis-

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ma para todos ellos, y su valor se pue-de deducir aplicando la ley de Ohm (I = V/R) para los dos extremos del circuito, o para los extremos de uno cualquiera de los resistores involucra-dos en la serie. La mxima corriente a travs de un circuito en serie est limitada por la cantidad de electrones que puedan pasar por la parte de ma-yor resistencia del recorrido (en la prctica esto equivale a un conductor de calibre reducido o de mucha lon-gitud).

I total en serie = Voltaje en extremos de serie + R total

I total = I en R1 = I en R2 = I en R3

I (amp.) = Voltaje en extremos del resistor 2 dividido por R2

( i 2 = V 2 / R 2 )

La suma de las diferencias de poten-cial en cada uno de los resistores de un circuito en serie es igual al valor del voltaje aplicado entre sus extremos. Si tenemos agua en un tanque que est a cierta altura del piso, digamos a 10 metros, entonces la diferencia de altu-ra entre el piso (nivel 0) y el tope del lquido (nivel 10) equivalen a la pre-

Tanque alto con agua

Presin total

Cuando en un circuito intercalamos impedancias en serie se va disminuyendo (dividiendo) la tensin para las etapas que quedan a continuacin. Figura 23

P total = P 1 + P 2

Presin 2


sin disponible para ejecutar un tra-bajo, el cual puede consistir en mover una turbina con el chorro de descarga.

Nosotros podemos canalizar el agua del tanque con dos o ms tuberas puestas en forma escalonada, para ob-tener chorros de agua con presin me-nor que la que se obtendra con una sola tubera puesta desde el tanque hasta el piso. Es evidente que la altura mxima equivale a sumar la altura de cada uno de los canalones o tuberas necesarias para bajar el agua hasta el suelo.

Pues bien, de manera anloga con el ejemplo anterior, los resistores puestos en serie con una corriente elctrica "tumban" cada uno una cierta por-cin de la fuerza electromotriz o dife-rencia de potencial aplicada en los ex-tremos de la serie. Estas cadas parcia-les de tensin son. proporcionales al valor de cada resistor, ya que la inten-sidad de la corriente es la misma para todos ellos, como tuvimos oportuni-dad de apreciarlo en el ejemplo de los ascensores en cadena en un edificio muy alto.

CARACTERSTICAS DE UN CIRCUITO

CON RESISTORES EN PARALELO

Cuando los elementos componen-tes de un circuito estn colocados a manera de ramales por los que la co-rriente proveniente de la fuente de energa tiene la opcin de dividirse, y de volverse a reunir ms adelante, se tiene lo que se denomina una co-nexin en paralelo o en "shunt".

A manera de ejemplo, si imagina-mos un gran edificio muy ancho, que necesita tener varios ascensores funcionando desde un mismo piso has-

ta el primer nivel, para poder movili-zar la gran cantidad de personas que llegan a sus oficinas, podemos decir entonces que tales ascensores estn funcionando en paralelo.

Si todos los ascensores viajan a la misma velocidad (es decir, tienen el mismo "voltaje"), resulta evidente que la mayor circulacin de personas ("co-rriente") se hace por el ascensor ms amplio (el de menor "resistencia"). Adems, el flujo total de personas que salen por la puerta principal del edi-ficio (corriente proveniente de la fuen-te de energa) es igual a la suma de las personas movilizadas por cada ascen-sor, tanto por los amplios como por los estrechos.

En este sistema con ascensores en paralelo hay la opcin de escoger ste, O se, O aqul, para poder bajar del piso alto a la calle. Pues bien, en elec-trnica digital tambin se presenta es-te mismo caso con las seales binarias, y se le denomina funcin lgica OR. Para que el dispositivo mencionado tenga seal de salida (corriente o vol-taje) es suficiente con que una cual-quiera de las patillas de entrada tenga aplicada una seal del mismo tipo.

Poniendo otro ejemplo, si imagina-mos una ciudad que solamente tiene una autopista para la entrada de veh cu-los, y otra para su salida, podemos pensar en que las muchas calles que la cruzan paralelamente dentro de su pe-rmetro presentan diferentes opciones a los conductores: Por la ms rpida se deciden la mayora (la de menor re-sistencia), mientras que por la ms lar-ga o la ms angosta optan solamente unos pocos automovilistas (siguiendo la comparacin con un circuito elc-trico, digamos que esta es la va de mayor resistencia).

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As como los extremos del recorri-do de los ascensores en paralelo de nuestro ejemplo estn todos a la mis-ma altura del suelo, es decir, parten del mismo nivel, as tambin los extre-mos de dos o ms resistores, condensa-dores, etc., puestos en paralelo tienen la misma diferencia de potencial (vol-taje) para cada uno de ellos. As pues, para averiguar el valor de la intensidad de la corriente por cualquiera de las ramificaciones basta con dividir el va-lor del voltaje por el valor de la res-pectiva resistencia cuya corriente que-remos conocer (Ley de Ohm).

PARA CUANDO NO HAYA MAS REMEDIO

Las siguientes frmulas son para aplicar en aquellos casos en que no tengamos a la mano el diagrama esque-mtico con las caractersticas que ne-cesitamos. Se debe trabajar con vol-tios, amperios y ohmios.

Resistencia total del circuito: Pues-to que la corriente se puede dividir por varios caminos, es evidente que la resistencia total debe tener un valor ms bajo que el valor de cualquiera de los resistores individuales.

Cuando se conocen los valores de

cada uno de los resistores se puede averiguar la resistencia resultante, me-diante "el recproco de la suma de los recprocos", o sea con la siguiente fr-mula:

1 Rtotal =

1/R, +1 /R 2 + 1/R3

Cuando solamente se quiere cono-cer el valor de resistencia resultante de conectar en paralelo dos resistores, R1 y R2, es ms prctico utilizar esta fr-mula:

R1 x R2 Rt =

R1 + R2

Cuando se trata de conocer el valor resultante de la conexin en paralelo de resistores iguales, simplemente bas-ta con dividir el valor de la resistencia de un resistor (en ohmios) por la can-tidad N de resistores:

Rt = R/N

Si conocemos la intensidad de la co-rriente, digamos que 0.035A (35 mili-amperios), y el circuito tiene aplicada una fuerza electromotriz de 10 vol-tios, podemos utilizar otra frmula ms fcil:


unen en paralelo se suman sus capaci-dades. As como dos tanques con agua se pueden unir en paralelo con una tubera que los comunique (lla-mada "vaso comunicante"), con el fin de poder almacenar ms cantidad de galones o de litros del lquido, as tambin podemos conectar en paralelo dos ms condensadores para sumar la superficie de sus placas, y obtener as una capacitancia equivalente para dicha rea:

Ct = C1 + C2 + C3 + etc

Para condensadores en paralelo, el voltaje mximo aplicable queda limita-do por el valor del condensador que lo tenga nominalmente ms bajo. Di-cho de otra manera, si tenemos varios tanques conectados en paralelo, unos de mayor altura que otros, entonces el nivel mximo que puede alcanzar el agua en el sistema queda limitado al nivel mximo del tanque ms bajo, ya que por ste se empieza a derramar cualquier cantidad de agua que siga-mos virtiendo a partir de tal altura.

CIRCUITOS CON CONDENSADORES EN SERIE

Cuando dos ms condensadores se Cuando dos ms condensadores se

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Rt = V / I t = 10V/0,035A

Rt = 285ohms

intensidad total a travs de resisto-res en paralelo: Evidentemente, tal como lo apreciamos en el ejemplo de los ascensores, el flujo total es la suma de las corrientes parciales a travs de cada una de las posibles derivaciones:

It = I1 + l2 + l 3

Si conocemos la diferencia de po-tencial (voltaje) entre los extremos de un determinado resistor (valor igual para todos los resistores en paralelo), podemos averiguar cada intensidad parcial de corriente (por cada resistor) aplicando la ley de Ohm:

I1 = V/R1 ; l2 = V/R2

Para la derivacin formada por R2 en la figura anterior, la intensidad re-sultante es igual 0.002 amperios (se puede leer tomo "2 miliamperios").

CIRCUITOS CON CONDENSADORES

EN PARALELO

unen en serie, su capacidad resultante es menor que la del condensador de menor capacitancia. Esto equivale a incrementar la separacin entre las dos placas de los extremos en los que se aplica la tensin. Al disminuir la atrac-

cin entre las cargas positivas y nega-tivas, en razn de la mayor separacin, se hace ms difcil acomodar los elec-trones que llegan a la placa que los es-t recibiendo. Recordemos que la pla-ca positiva, cuando est bien cerca, ayuda a "jalar".

La capacidad resultante se puede calcular con las mismas frmulas da-das para el caso de resistores en para-lelo (observe que los unos y los otros se comportan de manera contraria, y por consiguiente debemos utilizar en forma trocada sus frmulas).

Por ejemplo, para el caso en que so-lamente haya dos condensadores en serie:

C1 x C2 Ct =

C1 + C2

Para condensadores en serie, la mxi-ma tensin aplicable entre los dos ex-tremos (sin que se presente ruptura del dielctrico o chispa entre las pla-cas) equivale a la suma de las tensiones mximas nominales dadas por el fabri-cante para cada uno de los con

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