Embed Size (px)
Citation preview
ElectrónicaPara los dispositivos electrónicos de uso personal, véase electrónica de consumo.
Detalle de un circuito integrado SMD.
Circuito electrónico sobre una placa para prototipos
La electrónica es la rama de la física y especialización de la ingeniería, que estudia y emplea
sistemas cuyo funcionamiento se basa en la conducción y el control del flujo microscópico de
loselectrones u otras partículas cargadas eléctricamente.
Utiliza una gran variedad de conocimientos, materiales y dispositivos, desde
los semiconductoreshasta las válvulas termoiónicas. El diseño y la construcción de circuitos
electrónicos para resolver problemas prácticos forma parte de la electrónica y de los campos de
la ingeniería electrónica, electromecánica y la informática en el diseño de software para su control.
El estudio de nuevos dispositivos semiconductores y su tecnología se suele considerar una rama de
la física, más concretamente en la rama de ingeniería de materiales.
Contenido
[ocultar]
1 Historia
2 Aplicaciones de la electrónica
3 Sistemas electrónicos
4 Señales electrónicas
5 Tensión
6 Corriente eléctrica
7 Resistencia
8 Circuitos electrónicos
9 Componentes
o 9.1 Dispositivos analógicos (algunos ejemplos)
o 9.2 Dispositivos digitales
o 9.3 Dispositivos de potencia
10 Equipos de medición
11 Teoría de la electrónica
12 Véase también
13 Referencias
14 Enlaces externos
[editar]Historia
Se considera que la electrónica comenzó con el diodo de vacío inventado por John Ambrose
Fleming en 1904. El funcionamiento de este dispositivo está basado en el efecto Edison. Edison fue
el primero que observó en 1883 la emisión termoiónica, al colocar una lámina dentro de
una bombilla para evitar el ennegrecimiento que producía en la ampolla de vidrio el filamento
de carbón. Cuando se polarizaba positivamente la lámina metálica respecto al filamento, se producía
una pequeña corriente entre el filamento y la lámina. Este hecho se producía porque
los electrones de los átomos del filamento, al recibir una gran cantidad de energía en forma de calor,
escapaban de la atracción del núcleo (emisión termoiónica) y, atravesando el espacio vacío dentro
de la bombilla, eran atraídos por la polaridad positiva de la lámina.
El otro gran paso lo dio Lee De Forest cuando inventó el triodo en 1906. Este dispositivo es
básicamente como el diodo de vacío, pero se le añadió una rejilla de control situada entre
el cátodo y la placa, con el objeto de modificar la nube electrónica del cátodo, variando así la
corriente de placa. Este fue un paso muy importante para la fabricación de los
primeros amplificadores de sonido, receptores de radio,televisores, etc.
Conforme pasaba el tiempo, las válvulas de vacío se fueron perfeccionando y mejorando,
apareciendo otros tipos, como los tetrodos (válvulas de cuatro electrodos), los pentodos (cinco
electrodos), otras válvulas para aplicaciones de alta potencia, etc. Dentro de los perfeccionamientos
de las válvulas se encontraba su miniaturización.
Pero fue definitivamente con el transistor, aparecido de la mano de Bardeen y Brattain, de la Bell
Telephone, en 1948, cuando se permitió aún una mayor miniaturización de aparatos tales como las
radios. El transistor de unión apareció algo más tarde, en 1949. Este es el dispositivo utilizado
actualmente para la mayoría de las aplicaciones de la electrónica. Sus ventajas respecto a
las válvulas son entre otras: menor tamaño y fragilidad, mayor rendimiento energético, menores
tensiones de alimentación, etc. El transistor no funciona en vacío como las válvulas, sino en un
estado sólido semiconductor (silicio), razón por la que no necesita centenares de voltios de tensión
para funcionar.
A pesar de la expansión de los semiconductores, todavía se siguen utilizando las válvulas en
pequeños círculos audiófilos, porque constituyen uno de sus mitos1 más extendidos.
El transistor tiene tres terminales (el emisor, la base y el colector) y se asemeja a un triodo: la base
sería la rejilla de control, el emisor el cátodo, y el colector la placa. Polarizando adecuadamente
estos tres terminales se consigue controlar una gran corriente de colector a partir de una pequeña
corriente de base.
En 1958 se desarrolló el primer circuito integrado, que alojaba seis transistores en un único chip.
En 1970 se desarrolló el primermicroprocesador, Intel 4004. En la actualidad, los campos de
desarrollo de la electrónica son tan vastos que se ha dividido en varias disciplinas especializadas. La
mayor división es la que distingue la electrónica analógica de la electrónica digital.
La electrónica es, por tanto, una de las ramas de la ingeniería con mayor proyección en el futuro,
junto con la informática.
[editar]Aplicaciones de la electrónica
La electrónica desarrolla en la actualidad una gran variedad de tareas. Los principales usos de los
circuitos electrónicos son el control, el procesado, la distribución de información, la conversión y la
distribución de la energía eléctrica. Estos dos usos implican la creación o la detección de campos
electromagnéticos y corrientes eléctricas. Entonces se puede decir que la electrónica abarca en
general las siguientes áreas de aplicación:
Electrónica de control
Telecomunicaciones
Electrónica de potencia
[editar]Sistemas electrónicos
Un sistema electrónico es un conjunto de circuitos que interactúan entre sí para obtener un
resultado. Una forma de entender los sistemas electrónicos consiste en dividirlos en las siguientes
partes:
1. Entradas o Inputs – Sensores (o transductores) electrónicos o
mecánicos que toman las señales (en forma de temperatura,
presión, etc.) del mundo físico y las convierten en señales de
corriente o voltaje. Ejemplo: El termopar, la foto resistencia
para medir la intensidad de la luz, etc.
2. Circuitos de procesamiento de señales – Consisten en piezas
electrónicas conectadas juntas para manipular, interpretar y
transformar las señales de voltaje y corriente provenientes de
los transductores.
3. Salidas o Outputs – Actuadores u otros dispositivos (también
transductores) que convierten las señales de corriente o voltaje
en señales físicamente útiles. Por ejemplo: un display que nos
registre la temperatura, un foco o sistema de luces que se
encienda automáticamente cuando esté oscureciendo.
Básicamente son tres etapas: La primera (transductor), la segunda (circuito procesador) y la tercera
(circuito actuador).
Como ejemplo supongamos un televisor. Su entrada es una señal de difusión recibida por
una antena o por un cable. Los circuitos de procesado de señales del interior del televisor extraen la
información sobre el brillo, el color y el sonido de esta señal. Los dispositivos de salida son un tubo
de rayos catódicos que convierte las señales electrónicas en imágenes visibles en una pantalla y
unos altavoces. Otro ejemplo puede ser el de un circuito que ponga de manifiesto la temperatura de
un proceso, el transductor puede ser un termocouple, el circuito de procesamiento se encarga de
convertir la señal de entrada en un nivel de voltaje (comparador de voltaje o de ventana) en un nivel
apropiado y mandar la información decodificándola a un display donde nos dé la temperatura real y
si esta excede un límite preprogramado activar un sistema de alarma (circuito actuador) para tomar
las medida pertinentes.
[editar]Señales electrónicas
Es la representación de un fenómeno físico o estado material a través de una relación establecida;
las entradas y salidas de un sistema electrónico serán señales variables.
En electrónica se trabaja con variables que toman la forma de Tensión o corriente estas se pueden
denominar comúnmente señales.Las señales primordialmente pueden ser de dos tipos:
Variable analógica –Son aquellas que pueden tomar un número
infinito de valores comprendidos entre dos límites. La mayoría de
los fenómenos de la vida real dan señales de este tipo. (presión,
temperatura, etc.)
Variable digital – También llamadas variables discretas,
entendiéndose por estas, las variables que pueden tomar un
número finito de valores. Por ser de fácil realización los
componentes físicos con dos estados diferenciados, es este el
número de valores utilizado para dichas variables, que por lo tanto
son binarias. Siendo estas variables más fáciles de tratar (en lógica
serían los valores V y F) son los que generalmente se utilizan para
relacionar varias variables entre sí y con sus estados anteriores.
[editar]Tensión
Es la diferencia de potencial generada entre los extremos de un componente o dispositivo eléctrico.
También podemos decir que es la energía capaz de poner en movimiento los electrones libres de un
conductor o semiconductor. La unidad de este parámetro es el voltio (V). Existen dos tipos de
tensión: la continua y la alterna.
Voltaje continuo (VDC) –Es aquel que tiene una polaridad
definida, como la que proporcionan las pilas, baterías y fuentes de
alimentación.
Voltaje Alterno (VAC) .- –Es aquel cuya polaridad va cambiando o
alternando con el transcurso del tiempo. Las fuentes de voltaje
alterno más comunes son los generadores y las redes de energía
doméstica.
[editar]Corriente eléctrica
Artículo principal: Corriente eléctrica
También denominada intensidad, es el flujo de electrones libres a través de un conductor o
semiconductor en un sentido. La unidad de medida de este parámetro es el amperio (A). Al igual que
existen tensiones continuas o alternas, las intensidades también pueden ser continuas o alternas,
dependiendo del tipo de tensión que se utiliza para generar estos flujos de corriente.
[editar]Resistencia
Artículo principal: Resistencia eléctrica
Es la propiedad física mediante la cual todos los materiales tienden a oponerse al flujo de la
corriente. La unidad de este parámetro es el Ohmio (Ω). No debe confundirse con el
componente resistor.
[editar]Circuitos electrónicos
Se denomina circuito electrónico a una serie de elementos o componentes eléctricos (tales como
resistencias, inductancias, condensadores y fuentes) o electrónicos, conectados eléctricamente
entre sí con el propósito de generar, transportar o modificar señales electrónicas. Los circuitos
electrónicos o eléctricos se pueden clasificar de varias maneras:
Por el tipo de información Por el tipo de régimen Por el tipo de señal Por su configuración
AnalógicosDigitalesMixtos
PeriódicoTransitorioPermanente
De corriente continuaDe corriente alternaMixtos
SerieParaleloMixtos
[editar]Componentes
Para la síntesis de circuitos electrónicos se utilizan componentes electrónicos e instrumentos
electrónicos. A continuación se presenta una lista de los componentes e instrumentos más
importantes en la electrónica, seguidos de su uso más común:
Altavoz : reproducción de sonido.
Cable : conducción de la electricidad.
Conmutador : reencaminar una entrada a una salida elegida entre
dos o más.
Interruptor : apertura o cierre de circuitos, manualmente.
Pila : generador de energía eléctrica.
Transductor : transformación de una magnitud física en una eléctrica
(ver enlace).
Visualizador : muestra de datos o imágenes.
[editar]Dispositivos analógicos (algunos ejemplos)
Amplificador operacional : amplificación, regulación, conversión de
señal, conmutación.
condensador : almacenamiento de energía, filtrado,
adaptación impedancias.
Diodo : rectificación de señales, regulación, multiplicador de tensión.
Diodo Zener : regulación de tensiones.
Inductor : adaptación de impedancias.
Potenciómetro : variación de la corriente eléctrica o la tensión.
Relé : apertura o cierre de circuitos mediante señales de control.
Resistor o Resistencia : división de intensidad o tensión, limitación
de intensidad.
Transistor : amplificación, conmutación.
[editar]Dispositivos digitales
Biestable : control de sistemas secuenciales.
Memoria : almacenamiento digital de datos.
Microcontrolador : control de sistemas digitales.
Puerta lógica : control de sistemas combinacionales.
[editar]Dispositivos de potencia
DIAC : control de potencia.
Fusible : protección contra sobre-intensidades.
Tiristor : control de potencia.
Transformador : elevar o disminuir tensiones, intensidades,
e impedancia aparente.
Triac : control de potencia.
Varistor : protección contra sobre-tensiones.
[editar]Equipos de medición
Los equipos de medición de electrónica se utilizan para crear estímulos y medir el comportamiento
de los Dispositivos Bajo Prueba (DUT por sus siglas en inglés).La medición de magnitudes
mecánicas, térmicas, eléctricas y químicas se realiza empleando dispositivos denominados
sensores y transductores. El sensor es sensible a los cambios de la magnitud a medir, como una
temperatura, una posición o una concentración química. El transductor convierte estas mediciones
en señales eléctricas, que pueden alimentar a instrumentos de lectura, registro o control de las
magnitudes medidas. Los sensores y transductores pueden funcionar en ubicaciones alejadas del
observador, así como en entornos inadecuados o impracticables para los seres humanos.
Algunos dispositivos actúan de forma simultánea como sensor y transductor. Un termopar consta de
dos uniones de diferentes metales que generan una pequeña tensión que depende del diferencial
término entre las uniones. El termistor es una resistencia especial, cuyo valor de resistencia varía
según la temperatura. Un reóstato variable puede convertir el movimiento mecánico en señal
eléctrica. Para medir distancias se emplean condensadores de diseño especial, y para detectar la
luz se utilizan fotocélulas. Para medir velocidades, aceleración o flujos de líquidos se recurre a otro
tipo de dispositivos. En la mayoría de los casos, la señal eléctrica es débil y debe ser amplificada por
un circuito electrónico. A continuación presentamos una lista de los más equipos de medición más
importantes:
Galvanómetro : mide el cambio de una determinada magnitud, como
la intensidad de corriente o tensión (o voltaje). Se utiliza en la
construcción de Amperímetros y Voltímetros analógicos.
Amperímetro y pinza amperimétrica: miden la intensidad
de corriente eléctrica.
Óhmetro o puente de Wheatstone: miden la resistencia eléctrica.
Cuando la resistencia eléctrica es muy alta (sobre los 1 M-ohm) se
utiliza un megóhmetro o medidor de aislamiento.
Voltímetro : mide la tensión.
Multímetro o polímetro: mide las tres magnitudes citadas arriba,
además de continuidad eléctrica y el valor B de
los transistores (tanto PNP como NPN).
Vatímetro : mide la potencia eléctrica. Está compuesto de un
amperímetro y un voltímetro. Dependiendo de la configuración de
conexión puede entregar distintas mediciones de potencia eléctrica,
como la potencia activa o la potencia reactiva.
Osciloscopio : miden el cambio de la corriente y el voltaje respecto
al tiempo.
Analizador lógico : prueba circuitos digitales.
Analizador de espectro : mide la energía espectral de las señales.
Analizador vectorial de señales : como el analizador espectral pero
con más funciones de demodulación digital.
Electrómetro : mide la carga eléctrica.
Frecuencímetro o contador de frecuencia: mide la frecuencia.
Reflectómetro de dominio de tiempo (TDR): prueba la integridad de
cables largos.
Capacímetro : mide la capacidad eléctrica o capacitancia.
Contador eléctrico : mide la energía eléctrica. Al igual que el
vatímetro, puede cofigurarse para medir energía activa (consumida)
o energía reactiva.
[editar]Teoría de la electrónica
Métodos matemáticos en electrónica
Circuitos digitales
Electrónica analógica
[editar]Véase también
Electricidad
Electrónica de control
Electrónica de potencia
Electrónica de señal
Electrónica automotriz
Microelectrónica
Instrumentación electrónica
Diseño de circuitos
Optoelectrónica
Hoja de especificaciones
Mecatrónica
Transistor
[editar]Referencias
1. ↑ Kite, Thomas (2001). «Signal Processing Seminar: Debunking
Audio Myths». The Embedded Signal Processing Laboratory -
University of Texas at Austin.
[editar]Enlaces externos
Wikimedia Commons alberga contenido multimedia
sobre Electrónica.
Wikilibros alberga un libro o manual sobre Electrónica.
Asociación de Robótica y Domotica De España A.R.D.E.
Curso de electrónica básica
IEEE Instituto de ingenieros eléctricos y electrónicos.
Simbología electrónica
Categorías: Electrónica | Ingeniería eléctrica | Ingeniería electrónica
Iniciar sesión / crear cuenta
Artículo Discusión Leer Editar Ver historial
Portada Portal de la comunidad Actualidad Cambios recientes Páginas nuevas Página aleatoria Ayuda Donaciones Notificar un error
Imprimir/exportar Crear un libro Descargar como PDF Versión para imprimir
Herramientas
Otros proyectos
En otros idiomas Afrikaans Aragonés العربية Asturianu Azərbaycanca Boarisch Žemaitėška Беларуская Беларуская (тарашкевіца) Български বাংলা Brezhoneg Bosanski Català Cebuano Česky Ч ӑ вашла Cymraeg Dansk Deutsch Ελληνικά English Esperanto Eesti Euskara فارسی Suomi Võro Français Furlan Frysk 贛語 Galego עברית
हि�न्दी Hrvatski Kreyòl ayisyen Magyar Հայերեն Interlingua Bahasa Indonesia Ido Íslenska Italiano 日本語 ქართული Қазақша Kalaallisut ಕನ್ನಡ 한국어 Kurdî Latina ລາວ Lietuvių Latviešu Македонски മലയാളം Монгол मराठी Bahasa Melayu Mirandés မြ�န�်ာဘာသာ Plattdüütsch नेपाली Nederlands Norsk (nynorsk) Norsk (bokmål) Occitan Polski پنجابی پښتو Português Română Русский Русиньскый संस्कृत Sicilianu Scots Srpskohrvatski / Српскохрватски සිංහල Simple English Slovenčina Slovenščina Shqip Српски / Srpski
Seeltersk Basa Sunda Svenska தமிழ் ไทย Tagalog Tok Pisin Türkçe Татарча/Tatarça Uyghurche / ئۇيغۇرچە Українська اردو Vèneto Tiếng Việt Winaray Wolof יִידיש Yorùbá 中文
Esta página fue modificada por última vez el 25 ago 2011, a las 22:17.
El texto está disponible bajo la Licencia Creative Commons Atribución Compartir
Igual 3.0; podrían ser aplicables cláusulas adicionales. Lee los términos de
uso para más
ElectricidadEste artículo o sección puede ser demasiado extenso(a).Algunos navegadores pueden tener dificultades al mostrar este artículo. Por favor, considera separar cada sección porartículos independientes, y luego resumir las secciones presentes en este artículo para así poder reducir su tamaño.
Contenido
[ocultar]
1 Historia de la electricidad
2 Electrostática y electrodinámica
o 2.1 Carga eléctrica
o 2.2 Fuerza entre cargas
o 2.3 Campos eléctrico y magnético
3 Electromagnetismo
4 Potencial y tensión eléctrica
5 Propiedades eléctricas de los materiales
o 5.1 Origen microscópico
o 5.2 Conductividad y resistividad
6 Corriente eléctrica
o 6.1 Corriente continua
o 6.2 Corriente alterna
6.2.1 Corriente trifásica
6.2.2 Corriente monofásica
7 Circuitos
8 Fenómenos termoeléctricos
9 Generación de energía eléctrica
o 9.1 Generación masiva
9.1.1 Centrales termoeléctricas
9.1.2 Centrales hidroeléctricas
9.1.3 Centrales eólicas
9.1.4 Centrales fotovoltaicas
o 9.2 Generación a pequeña escala
9.2.1 Grupo electrógeno
9.2.2 Pila voltaica
9.2.3 Pilas de combustible
9.2.4 Generador termoeléctrico de radioisótopos
10 Suministro eléctrico
o 10.1 Transporte de energía eléctrica
o 10.2 Distribución de energía eléctrica
11 Mediciones eléctricas
o 11.1 Unidades eléctricas
o 11.2 Instrumentos de medida
11.2.1 Galvanómetro
11.2.2 Amperímetros
11.2.3 Voltímetros
11.2.4 Óhmetro
11.2.5 Multímetro
11.2.6 Osciloscopio
11.2.7 Analizador de espectro
12 Potencia eléctrica
o 12.1 Potencia de cargas reactivas
o 12.2 Potencia activa
13 Elementos de seguridad
14 Aplicaciones de la electricidad
o 14.1 Máquinas eléctricas
14.1.1 Generador eléctrico
14.1.2 Motor eléctrico
14.1.3 Transformador
o 14.2 Máquinas frigoríficas y aire acondicionado
o 14.3 Electroimanes
o 14.4 Electroquímica
o 14.5 Electroválvulas
o 14.6 Iluminación y alumbrado
o 14.7 Producción de calor
o 14.8 Robótica y máquinas CNC
o 14.9 Señales luminosas
o 14.10 Telecomunicaciones
o 14.11 Uso doméstico
o 14.12 Uso en la industria
o 14.13 Uso en el transporte
o 14.14 Uso en la medicina
15 Electrónica
o 15.1 Electrónica digital
16 Consumo de energía y eficiencia energética
17 Salud y electricidad
18 Electricidad en la naturaleza
o 18.1 Mundo inorgánico
18.1.1 Descargas eléctricas atmosféricas
18.1.2 Campo magnético terrestre
o 18.2 Mundo orgánico
18.2.1 Impulso nervioso
18.2.2 Uso biológico
19 Véase también
20 Referencias
21 Bibliografía
22 Enlaces externos
La electricidad (del griego ήλεκτρον elektron, cuyo significado es ámbar) es unfenómeno físico cuyo
origen son las cargas eléctricas y cuya energía se manifiesta en fenómenos mecánicos, térmicos,
luminosos y químicos, entre otros.1 2 3 4 Se puede observar de forma natural en fenómenos
atmosféricos, por ejemplo los rayos, que son descargas eléctricas producidas por la transferencia de
energía entre la ionosfera y la superficie terrestre (proceso complejo del que los rayos solo forman
una parte). Otros mecanismos eléctricos naturales los podemos encontrar en procesos biológicos,
como el funcionamiento del sistema nervioso. Es la base del funcionamiento de muchas máquinas,
desde pequeños electrodomésticos hasta sistemas de gran potencia como los trenes de alta
velocidad, y de todos los dispositivos electrónicos.5 Además es esencial para la producción de
sustancias químicas como el aluminio y el cloro.
También se denomina electricidad a la rama de la física que estudia las leyes que rigen el
fenómeno y a la rama de la tecnología que la usa en aplicaciones prácticas. Desde que, en
1831, Faraday descubriera la forma de producir corrientes eléctricas porinducción —fenómeno que
permite transformar energía mecánica en energía eléctrica— se ha convertido en una de las formas
de energía más importantes para el desarrollo tecnológico debido a su facilidad de generación y
distribución y a su gran número de aplicaciones.
La electricidad en una de sus manifestaciones naturales: el relámpago.
La electricidad es originada por las cargas eléctricas, en reposo o en movimiento, y las interacciones
entre ellas. Cuando varias cargas eléctricas están en reposo relativo se ejercen entre ellas fuerzas
electrostáticas. Cuando las cargas eléctricas están en movimiento relativo se ejercen
tambiénfuerzas magnéticas. Se conocen dos tipos de cargas eléctricas: positivas y negativas. Los
átomos que conforman la materia contienen partículas subatómicas positivas (protones), negativas
(electrones) y neutras (neutrones). También hay partículas elementales cargadas que en
condiciones normales no son estables, por lo que se manifiestan sólo en determinados procesos
como los rayos cósmicos y lasdesintegraciones radiactivas.6
La electricidad y el magnetismo son dos aspectos diferentes de un mismo fenómeno físico,
denominado electromagnetismo, descrito matemáticamente por las ecuaciones de Maxwell. El
movimiento de una carga eléctrica produce un campo magnético, la variación de un campo
magnético produce un campo eléctrico y el movimiento acelerado de cargas eléctricas genera ondas
electromagnéticas (como en las descargas de rayos que pueden escucharse en los receptores
de radio AM).7
Debido a las crecientes aplicaciones de la electricidad como vector energético, como base de las
telecomunicaciones y para el procesamiento de información, uno de los principales desafíos
contemporáneos es generarla de modo más eficiente y con el mínimo impacto ambiental.
[editar]Historia de la electricidad
Artículo principal: Historia de la electricidad
Michael Faraday relacionó el magnetismo con la electricidad.
Configuración electrónica del átomo decobre. Sus propiedades conductoras se deben a la facilidad de
circulación que tiene su electrón más exterior (4s).
La historia de la electricidad como rama de la física comenzó con observaciones aisladas y simples
especulaciones o intuiciones médicas, como el uso de peces eléctricos en enfermedades como la
gota y el dolor de cabeza, u objetos arqueológicos de interpretación discutible (la batería de
Bagdad).8 Tales de Mileto fue el primero en observar los fenómenos eléctricos cuando, al frotar una
barra de ámbar con un paño, notó que la barra podía atraer objetos livianos.2 4
Mientras la electricidad era todavía considerada poco más que un espectáculo de salón, las
primeras aproximaciones científicas al fenómeno fueron hechas en los siglos XVII y XVIII por
investigadores sistemáticos como Gilbert, von Guericke,Henry Cavendish, Du Fay, van
Musschenbroek y Watson. Estas observaciones empiezan a dar sus frutos
conGalvani, Volta, Coulomb y Franklin, y, ya a comienzos del siglo XIX,
con Ampère,Faraday y Ohm. No obstante, el desarrollo de una teoría que unificara la electricidad
con el magnetismo como dos manifestaciones de un mismo fenómeno no se alcanzó hasta la
formulación de las ecuaciones de Maxwell (1861-1865).
Los desarrollos tecnológicos que produjeron la primera revolución industrial no hicieron uso de la
electricidad. Su primera aplicación práctica generalizada fue el telégrafo eléctrico de Samuel
Morse (1833), que revolucionó las telecomunicaciones. La generación masiva de electricidad
comenzó cuando, a fines del siglo XIX, se extendió la iluminación eléctrica de las calles y las casas.
La creciente sucesión de aplicaciones que esta disponibilidad produjo hizo de la electricidad una de
las principales fuerzas motrices de la segunda revolución industrial. Más que de grandes teóricos,
como Lord Kelvin, fue éste el momento de grandes inventores comoGramme, Westinghouse, von
Siemens y Alexander Graham Bell. Entre ellos destacaron Nikola Tesla y Thomas Alva Edison, cuya
revolucionaria manera de entender la relación entreinvestigación y mercado capitalista convirtió la
innovación tecnológica en una actividad industrial. Tesla, un inventor serbio-americano, descubrió el
principio del campo magnético rotatorio en 1882, que es la base de la maquinaria de corriente
alterna. También inventó el sistema de motores y generadores de corriente alterna polifásica que da
energía a la sociedad moderna.
El alumbrado artificial modificó la duración y distribución horaria de las actividades individuales y
sociales, de los procesos industriales, del transporte y de las telecomunicaciones. Lenin definió
el socialismo como la suma de la electrificación y el poder de los soviets.9 Lasociedad de
consumo que se creó en los países capitalistas dependió (y depende) en gran medida del uso
doméstico de la electricidad.
El desarrollo de la mecánica cuántica durante la primera mitad del siglo XX sentó las bases para la
comprensión del comportamiento de los electrones en los diferentes materiales. Estos saberes,
combinados con las tecnologías desarrolladas para las transmisiones de radio, permitieron el
desarrollo de la electrónica, que alcanzaría su auge con la invención del transistor. El
perfeccionamiento, la miniaturización, el aumento de velocidad y la disminución de costo de
las computadoras durante la segunda mitad del siglo XX fue posible gracias al buen conocimiento de
las propiedades eléctricas de los materiales semiconductores. Esto fue esencial para la
conformación de la sociedad de la información de la tercera revolución industrial, comparable en
importancia con la generalización del uso de los automóviles.
Los problemas de almacenamiento de electricidad, su transporte a largas distancias y la autonomía
de los aparatos móviles alimentados por electricidad todavía no han sido resueltos de forma
eficiente. Asimismo, la multiplicación de todo tipo de aplicaciones prácticas de la electricidad ha sido
—junto con la proliferación de los motores alimentados con destilados del petróleo— uno de los
factores de la crisis energética de comienzos del siglo XXI. Esto ha planteado la necesidad de
nuevas fuentes de energía, especialmente las renovables.
[editar]Electrostática y electrodinámica
Artículos principales: electrostática y electrodinámica
La electrostática es la rama de la física que estudia los fenómenos resultantes de la distribución de
cargas eléctricas en reposo, esto es, delcampo electrostático.1 Los fenómenos electrostáticos son
conocidos desde la antigüedad. Los griegos del siglo V a. C. ya sabían que al frotar ciertos objetos
estos adquirían la propiedad de atraer cuerpos livianos. En 1785 el físico francés Charles Coulomb
publicó un tratado donde cuantificaba las fuerzas de atracción y repulsión de cargas eléctricas
estáticas y describía, por primera vez, cómo medirlas usando una balanza de torsión. Esta ley se
conoce en su honor con el nombre de ley de Coulomb.
Durante el siglo XIX se generalizaron las ideas de Coulomb, se introdujo el concepto de campo
eléctrico y potencial eléctrico, y se formuló laecuación de Laplace, que determina el potencial
eléctrico en el caso electrostático. Se produjeron también avances significativos en la
electrodinámica, que estudia los fenómenos eléctricos producidos por cargas en movimiento. En
estos fenómenos aparecen asimismo campos magnéticos, que pueden ser ignorados en el caso de
circuitos con corriente eléctrica estacionaria, pero deben ser tomados en cuenta en el caso de
circuitos de corriente alterna.
Finalmente, en 1864 el físico escocés James Clerk Maxwell unificó las leyes de la electricidad y del
magnetismo en un sistema de cuatroecuaciones en derivadas parciales conocidas como ecuaciones
de Maxwell. Con ellas se desarrolló el estudio de los fenómenos eléctricos y magnéticos, mostrando
que ambos tipos son manifestaciones del único fenómeno del electromagnetismo, que incluía
también a las ondas electromagnéticas.10
[editar]Carga eléctricaArtículo principal: Carga eléctrica
Interacciones entre cargas de igual y distinta naturaleza.
La carga eléctrica es una propiedad que poseen algunas partículas subatómicas y que se manifiesta
mediante las fuerzas observadas entre ellas. La materia cargada eléctricamente es influida por los
campos electromagnéticos siendo, a su vez, generadora de ellos. La interacción entre carga y
campo eléctrico es la fuente de una de las cuatro interacciones fundamentales, lainteracción
electromagnética. La partícula que transporta la información de estas interacciones es el fotón.
Estas fuerzas son de alcance infinito y no se manifiestan de forma inmediata, sino que tardan un
tiempo , donde c es la velocidad de la luz en el medio en el que se transmite y dla distancia
entre las cargas.
Las dos partículas elementales cargadas que existen en la materia y que se encuentran de forma
natural en la Tierra son el electrón y el protón, aunque pueden encontrarse otras partículas cargadas
procedentes del exterior (como los muones o los piones). Todos los hadrones (como el protón y el
neutrón) además, están constituidos por partículas cargadas más pequeñas llamadas quarks, sin
embargo estas no pueden encontrarse libres en la naturaleza.
Cuando un átomo gana o pierde un electrón, queda cargado eléctricamente. A estos átomos
cargados se les denomina iones.
Los trabajos de investigación realizados en la segunda mitad del siglo XIX por el premio Nobel de
Física Joseph John Thomson, que le llevaron en 1897 a descubrir el electrón, y de Robert Millikan a
medir su carga, determinaron la naturaleza discreta de la carga eléctrica.11
En el Sistema Internacional de Unidades la unidad de carga eléctrica se
denomina culombio (símbolo C) y se define como la cantidad de carga que pasa por una sección en
1 segundo cuando la corriente eléctrica es de 1 amperio. Se corresponde con la carga de
6,24 × 1018electrones aproximadamente. La carga más pequeña que se encuentra en la naturaleza
es la carga del electrón (que es igual en magnitud a la del protón y, de signo opuesto): e =
1,602 × 10-19 C (1 eV en unidades naturales).
Véanse también: Átomo, Polarización electroquímica, Experimento de Millikan y Electroscopio
[editar]Fuerza entre cargasArtículo principal: Ley de Coulomb
Coulomb fue el primero en determinar, en 1785, el valor de las fuerzas ejercidas entre cargas
eléctricas.12 Usando una balanza de torsióndeterminó que la magnitud de la fuerza con que se
atraen o repelen dos cargas eléctricas puntuales en reposo es directamente proporcional al producto
de las magnitudes de cada carga e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que las
separa.13
donde q1 y q2 son las cargas, r es la distancia que las separa y la constante de
proporcionalidad k depende del sistema de unidades.
Una propiedad fundamental de estas fuerzas es el principio de superposición que establece que,
cuando hay varias cargas qj, la fuerza resultante sobre una cualquiera de ellas es la suma vectorial
de las fuerzas ejercidas por todas las demás. La fuerza ejercida sobre la carga puntual qi en
reposo está dada en el SI por:
donde denota el vector que une la carga qj con la carga qi.
Cuando las cargas están en movimiento aparecen también fuerzas magnéticas. La forma más
sencilla de describir el fenómeno es con el uso de campos eléctrico ( ) y magnético ( ), de los
que a su vez se pueden derivar las fuerzas a partir de la fórmula de Lorentz:
En el caso general de cargas distribuidas de manera arbitraria, no es posible escribir expresiones
explícitas de las fuerzas. Hay que resolver las ecuaciones de Maxwell, calcular los campos y derivar
las fuerzas a partir de las expresiones de la energía electromagnética.14
Véanse también: Fuerza de Lorentz y polarización eléctrica
[editar]Campos eléctrico y magnético
Líneas de campo de dos cargas eléctricas de igual valor absoluto y signos opuestos.
Artículos principales: campo eléctrico y campo magnético
Los campos eléctrico y magnético , son campos vectoriales caracterizables en cada punto
del espacio y cada instante del tiempo por un módulo, una dirección y un sentido. Una propiedad
fundamental de estos campos es el principio de superposición, según el cual el campo resultante
puede ser calculado como la suma vectorial de los campos creados por cada una de las cargas
eléctricas.
Se obtiene una descripción sencilla de estos campos dando las líneas de fuerza o de campo, que
son curvas tangentes a la dirección de los vectores de campo. En el caso del campo eléctrico, esta
línea corresponde a la trayectoria que seguiría una carga sin masa que se encuentre libre en el seno
del campo y que se deja mover muy lentamente.
Normalmente la materia es neutra, es decir, su carga eléctrica neta es nula. Sin embargo, en su
interior tiene cargas positivas y negativas y se localizan corrientes eléctricas en los átomos y
moléculas, lo cual da lugar a campos eléctricos y magnéticos. En el caso de dos cargas opuestas se
generan campos dipolares, como el representado en la figura de la derecha, donde las cargas de
igual magnitud y signos opuestos están muy cercanas entre sí. Estos campos dipolares son la base
para describir casos tan fundamentales como los enlaces iónicos en las moléculas, las
características como disolvente del agua, o el funcionamiento de las antenas entre otros.
Los campos eléctricos y magnéticos se calculan resolviendo las ecuaciones de Maxwell, siendo
magnitudes inseparables en general.
[editar]Electromagnetismo
Artículo principal: Electromagnetismo
Fluido ferroso que se agrupa cerca de los polos de un imán o magneto.
Se denomina electromagnetismo a la teoría física que unifica los fenómenos eléctricos y
magnéticos en una sola teoría, cuyos fundamentos son obra de Faraday, pero fueron formulados por
primera vez de modo completo por Maxwell. La formulación consiste en cuatro ecuaciones
diferenciales vectoriales, conocidas como ecuaciones de Maxwell, que relacionan el campo
eléctrico, el campo magnético y sus respectivas fuentes materiales: densidad de carga
eléctrica, corriente eléctrica, desplazamiento eléctrico y corriente de desplazamiento.
A principios del siglo XIX Ørsted encontró evidencia empírica de que los fenómenos magnéticos y
eléctricos estaban relacionados. A partir de esa base Maxwell unificó en 1861 los trabajos de físicos
como Ampère, Sturgeon, Henry, Ohm y Faraday, en un conjunto de ecuaciones que describían
ambos fenómenos como uno solo, el fenómeno electromagnético.11
Se trata de una teoría de campos; las explicaciones y predicciones que provee se basan en
magnitudes físicas vectoriales y son dependientes de la posición en el espacio y del tiempo. El
electromagnetismo describe los fenómenos físicos macroscópicos en los que intervienen cargas
eléctricas en reposo y en movimiento, usando para ello campos eléctricos y magnéticos y sus
efectos sobre la materia.
Para la descripción de
fenómenos a nivel
molecular, atómico o
corpuscular, es necesario
emplear las expresiones
clásicas de la energía
electromagnética
conjuntamente con las de
la mecánica cuántica.
Las ecuaciones de Maxwell
describen los campos
eléctricos y magnéticos
como manifestaciones de
un solo campo
electromagnético. Además,
explican la naturaleza ondulatoria de la luz como parte de una onda electromagnética.15 Al contar
con una teoría unificada consistente que describiera estos dos fenómenos antes separados, se
pudieron realizar varios experimentos novedosos e inventos muy útiles, como el generador de
corriente alterna inventado por Tesla.16 El éxito predictivo de la teoría de Maxwell y la búsqueda de
una interpretación coherente con el experimento de Michelson y Morley llevó a Einstein a formular
la teoría de la relatividad, que se apoyaba en algunos resultados previos de Lorentz yPoincaré.
Esta unificación es fundamental para describir las relaciones que existen entre los campos eléctricos
variables que se utilizan en la vida diaria —como la corriente alterna utilizada en las redes eléctricas
domésticas— y los campos magnéticos que inducen. Entre otras aplicaciones técnicas, se utiliza
para el cálculo de antenas de telecomunicaciones y de circuitos eléctricos o electrónicos en los que
hay campos eléctricos y magnéticos variables que se generan mutuamente.
Véanse también: Inducción magnética, Ley de Faraday, Onda electromagnética y Fotón
[editar]Potencial y tensión eléctrica
Artículo principal: Potencial eléctrico
Ecuaciones de Maxwell, en su forma diferencial
Nombre de la ley Forma diferencial
Ley de Gauss
Ley de Gauss para el magnetismoo inexistencia del monopolo magnético
Ecuación de Maxwell-Faraday(ley de Faraday)
Ley de Ampère-Maxwell
Representación esquemática de unaresistencia R por la que circula unaintensidad de corriente I debido a
ladiferencia de potencial entre los puntosA y B.
Se denomina tensión eléctrica o voltaje a la energía potencial por unidad de carga que está
asociada a un campo electrostático. Su unidad de medida en el SI son los voltios.17 A la diferencia
de energía potencial entre dos puntos se le denomina voltaje. Esta tensión puede ser vista como si
fuera una "presión eléctrica" debido a que cuando la presión es uniforme no existe circulación de
cargas y cuando dicha "presión" varía se crea un campo eléctrico que a su vez genera fuerzas en
las cargas eléctricas. Matemáticamente, la diferencia de potencial eléctrico entre dos
puntos A y B es la integral de línea del campo eléctrico:
Generalmente se definen los potenciales referidos a un punto inicial dado. A veces se escoge
uno situado infinitamente lejos de cualquier carga eléctrica. Cuando no hay campos
magnéticos variables, el valor del potencial no depende de la trayectoria usada para calcularlo,
sino únicamente de sus puntos inicial y final. Se dice entonces que el campo eléctrico
es conservativo. En tal caso, si la carga eléctrica q tan pequeña que no modifica
significativamente , la diferencia de potencial eléctrico entre dos puntos A y B será el
trabajo W por unidad de carga, que debe ejercerse en contra del campo eléctrico para
llevar q desde B hasta A. Es decir:
Otra de las formas de expresar la tensión entre dos puntos es en función de la intensidad
de corriente y la resistencia existentes entre ellos. Así se obtiene uno de los enunciados
de la ley de Ohm:
En el caso de campos no estacionarios el campo eléctrico no es conservativo y la
integral de línea del campo eléctrico contiene efectos provenientes de los campos
magnéticos variables inducidos o aplicados, que corresponden a una fuerza
electromotriz inducida (f.e.m.), que también se mide en voltios.
La fuerza electromotriz, cuyo origen es la inyección de energía externa al circuito,
permite mantener una diferencia de potencial entre dos puntos de un circuito
abierto o de producir una corriente eléctrica en un circuito cerrado. Esta energía
puede representarse por un campo de origen externo cuya circulación (integral de
línea sobre una trayectoria cerrada C) define la fuerza electromotriz
del generador. Esta expresión corresponde el trabajo que el generador realiza para
forzar el paso por su interior de una carga, del polo negativo al positivo (es decir,
en contra de las fuerzas eléctricas), dividido por el valor de dicha carga.
El trabajo así realizado puede tener origen mecánico (dínamo), químico (batería),
térmico (efecto termoeléctrico) o de otro tipo.
[editar]Propiedades eléctricas de los materiales
[editar]Origen microscópico
La posibilidad de generar corrientes eléctricas en los materiales depende de la
estructura e interacción de los átomos que los componen. Los átomos están
constituidos por partículas cargadas positivamente (los protones), negativamente
(los electrones) y neutras (los neutrones). La conducción eléctrica de los materiales
sólidos, cuando existe, se debe a los electrones más exteriores, ya que tanto los
electrones interiores como los protones de los núcleos atómicos no pueden
desplazarse con facilidad. Los materiales conductores por excelencia son metales,
como el cobre, que usualmente tienen un único electrón en la última capa
electrónica. Estos electrones pueden pasar con facilidad a átomos contiguos,
constituyendo los electrones libres responsables del flujo de corriente eléctrica. En
otros materiales sólidos los electrones se liberan con dificultad constituyendo
semiconductores, cuando la liberación puede ser producida por excitación térmica,
o aisladores, cuando no se logra esta liberación.
Los mecanismos microscópicos de conducción eléctrica son diferentes en los
materiales superconductores y en los líquidos. En los primeros, a muy bajas
temperaturas y como consecuencia de fenómenos cuánticos, los electrones no
interactúan con los átomos desplazándose con total libertad (resistividad nula). En
los segundos, como en los electrólitos de las baterías eléctricas, la conducción de
corriente es producida por el desplazamiento de átomos o moléculas completas
ionizadas de modo positivo o negativo. Los materiales superconductores se usan
en imanes superconductores para la generación de elevadísimos campos
magnéticos.
En todos los materiales sometidos a campos eléctricos se modifican, en mayor o
menor grado, las distribuciones espaciales relativas de las cargas negativas
(electrones) y positivas (núcleos atómicos). Este fenómeno se
denomina polarización eléctrica y es más notorio en los aisladores eléctricos
debido a la ausencia de apantallamiento del campo eléctrico aplicado por los
electrones libres. Los materiales con alta capacidad de polarización se usan en la
construcción de condensadores eléctricos y se denominan dieléctricos. Aquellos
cuya polarización es permanente (electretos y materiales ferroeléctricos) se usan
para fabricar dispositivos como micrófonos y altavoces, entre otros.
[editar]Conductividad y resistividad
Conductor eléctrico de cobre.
Artículos principales: Conductividad eléctrica y Resistividad
La conductividad eléctrica es la propiedad de los materiales que cuantifica la
facilidad con que las cargas pueden moverse cuando un material es sometido a un
campo eléctrico. La resistividad es una magnitud inversa a la conductividad,
aludiendo al grado de dificultad que encuentran los electrones en sus
desplazamientos, dando una idea de lo buen o mal conductor que es. Un valor alto
de resistividad indica que el material es mal conductor mientras que uno bajo
indicará que es un buen conductor. Generalmente la resistividad de los metales
aumenta con la temperatura, mientras que la de los semiconductores disminuye
ante el aumento de la temperatura.
Los materiales se clasifican según su conductividad eléctrica o resistividad en
conductores, dieléctricos, semiconductores y superconductores.
Conductores eléctricos . Son los materiales que, puestos en contacto con un
cuerpo cargado de electricidad, transmiten ésta a todos los puntos de su
superficie. Los mejores conductores eléctricos son los metales y sus
aleaciones. Existen otros materiales, no metálicos, que también poseen la
propiedad de conducir la electricidad, como son el grafito, las soluciones
salinas (por ejemplo, el agua de mar) y cualquier material en estado de
plasma. Para el transporte de la energía eléctrica, así como para cualquier
instalación de uso doméstico o industrial, el metal más empleado es
el cobre en forma de cables de uno o varios hilos. Alternativamente se emplea
el aluminio, metal que si bien tiene una conductividad eléctrica del orden del
60% de la del cobre es, sin embargo, un material mucho más ligero, lo que
favorece su empleo en líneas de transmisión de energía eléctrica en las redes
de alta tensión. Para aplicaciones especiales se utiliza como conductor el oro.18
La conductividad eléctrica del cobre puro fue adoptada por la Comisión
Electrotécnica Internacional en 1913 como la referencia estándar para esta
magnitud, estableciendo el International Annealed Copper Standard (Estándar
Internacional del Cobre Recocido) o IACS. Según esta definición, la conductividad
del cobre recocido medida a 20 °C es igual a 0,58108 S/m.19 A este valor se lo
denomina 100% IACS, y la conductividad del resto de los materiales se expresa
como un cierto porcentaje de IACS. La mayoría de los metales tienen valores de
conductividad inferiores a 100% IACS, pero existen excepciones como la plata o
los cobres especiales de muy alta conductividad, designados C-103 y C-110.20
Dieléctricos . Son los materiales que no conducen la electricidad, por lo que
pueden ser utilizados como aislantes. Algunos ejemplos de este tipo de
materiales
son vidrio, cerámica, plásticos, goma, mica, cera, papel, madera seca, porcela
na, algunas grasas para uso industrial y electrónico y la baquelita. Aunque no
existen materiales absolutamente aislantes o conductores, sino mejores o
peores conductores, son materiales muy utilizados para
evitar cortocircuitos (forrando con ellos los conductores eléctricos, para
mantener alejadas del usuario determinadas partes de los sistemas eléctricos
que, de tocarse accidentalmente cuando se encuentran en tensión, pueden
producir una descarga) y para confeccionar aisladores (elementos utilizados en
las redes de distribución eléctrica para fijar los conductores a sus soportes sin
que haya contacto eléctrico). Algunos materiales, como el aire o el agua, son
aislantes bajo ciertas condiciones pero no para otras. El aire, por ejemplo, es
aislante a temperatura ambiente pero, bajo condiciones de frecuencia de la
señal y potencia relativamente bajas, puede convertirse en conductor.
Asociaciones mixtas de resistencias: a) serie de paralelos, b) paralelo de series y c)
otras posibles conexiones.
La conductividad se designa por la letra griega sigma minúscula (σ) y se mide
en siemens pormetro, mientras que la resistividad se designa por la letra
griega rho minúscula (ρ) y se mide enohms por metro (Ω•m, a veces también en
Ω•mm²/m).
La ley de Ohm describe la relación existente entre la intensidad de corriente que
circula por un circuito, la tensión de esa corriente eléctrica y la resistencia que
ofrece el circuito al paso de dicha corriente: la diferencia de potencial (V) es
directamente proporcional a la intensidad de corriente (I) y a la resistencia (R). Se
describe mediante la fórmula:
Esta definición es válida para la corriente continua y para la corriente alterna
cuando se trate de elementos resistivos puros, esto es, sin
componente inductiva ni capacitiva. De existir estos componentes reactivos,
la oposición presentada a la circulación de corriente recibe el nombre
deimpedancia.
Véanse también: Impedancia y Resistencia eléctrica
[editar]Corriente eléctrica
Artículo principal: Corriente eléctrica
Relación existente entre la intensidad y la densidad de corriente.
Se denomina corriente eléctrica al flujo de carga eléctrica a través de un
material sometido a unadiferencia de potencial. Históricamente, se definió
como un flujo de cargas positivas y se fijó el sentido convencional de
circulación de la corriente como un flujo de cargas desde el polo positivo al
negativo. Sin embargo, posteriormente se observó, gracias al efecto Hall, que
en los metales los portadores de carga son electrones, con carga negativa, y
se desplazan en sentido contrario al convencional.
A partir de la corriente eléctrica se definen dos magnitudes: la intensidad y la
densidad de corriente. El valor de la intensidad de corriente que atraviesa un
circuito es determinante para calcular la sección de los elementos
conductores del mismo.
La intensidad de corriente (I) en una sección dada de un conductor (s) se
define como la carga eléctrica (Q) que atraviesa la sección en una unidad
de tiempo (t):
. Si la intensidad de corriente es constante, entonces
La densidad de corriente (j) es la intensidad de corriente que
atraviesa una sección por unidad de superficie de la sección (S).
[editar]Corriente continuaArtículo principal: Corriente continua
Rectificador de corriente alterna en continua, con puente de Gratz. Se
emplea cuando la tensión de salida tiene un valor distinto de la
tensión de entrada.
Se denomina corriente continua (CC en español, en inglés DC,
de Direct Current) al flujo de cargas eléctricas que no cambia de
sentido con el tiempo. La corriente eléctrica a través de un
material se establece entre dos puntos de distinto potencial.
Cuando hay corriente continua, los terminales de mayor y menor
potencial no se intercambian entre sí. Es errónea la identificación
de la corriente continua con la corriente constante (ninguna lo es,
ni siquiera la suministrada por una batería). Es continua toda
corriente cuyo sentido de circulación es siempre el mismo,
independientemente de su valor absoluto.
Su descubrimiento se remonta a la invención de la primera pila
voltaica por parte del conde y científico italiano Alessandro Volta.
No fue hasta los trabajos de Edison sobre la generación de
electricidad, en las postrimerías del siglo XIX, cuando la corriente
continua comenzó a emplearse para la transmisión de la energía
eléctrica. Ya en el siglo XX este uso decayó en favor de la
corriente alterna, que presenta menores pérdidas en la
transmisión a largas distancias, si bien se conserva en la conexión
de redes eléctricas de diferentes frecuencias y en la transmisión a
través de cables submarinos.
Desde 2008 se está extendiendo el uso de generadores de
corriente continua a partir de células fotoeléctricas que permiten
aprovechar laenergía solar.
Cuando es necesario disponer de corriente continua para el
funcionamiento de aparatos electrónicos, se puede transformar la
corriente alterna de la red de suministro eléctrico mediante un
proceso, denominado rectificación, que se realiza con unos
dispositivos llamadosrectificadores, basados en el empleo
de diodos semiconductores o tiristores (antiguamente, también
de tubos de vacío).
[editar]Corriente alternaArtículo principal: Corriente alterna
Onda senoidal.
Voltaje de las fases de un sistema trifásico. Entre cada una de las
fases hay un desfase de 120º.
Esquema de conexión.
Conexión en triángulo y en estrella.
Se denomina corriente alterna (simbolizada CA en español y AC
en inglés, de Alternating Current) a la corriente eléctrica en la que
la magnitud y dirección varían cíclicamente. La forma de onda de
la corriente alterna más comúnmente utilizada es la de una
onda sinoidal.21 En el uso coloquial, "corriente alterna" se refiere a
la forma en la cual la electricidad llega a los hogares y a las
empresas.
El sistema usado hoy en día fue ideado fundamentalmente
por Nikola Tesla, y la distribución de la corriente alterna fue
comercializada por George Westinghouse. Otros que
contribuyeron al desarrollo y mejora de este sistema fueron Lucien
Gaulard, John Gibbs y Oliver Shallenger entre los años 1881 y
1889. La corriente alterna superó las limitaciones que aparecían al
emplear la corriente continua (CC), la cual constituye un sistema
ineficiente para la distribución de energía a gran escala debido a
problemas en la transmisión de potencia.
La razón del amplio uso de la corriente alterna, que minimiza los
problemas de trasmisión de potencia, viene determinada por su
facilidad de transformación, cualidad de la que carece la corriente
continua. La energía eléctrica trasmitida viene dada por el
producto de la tensión, la intensidad y el tiempo. Dado que la
sección de los conductores de las líneas de transporte de energía
eléctrica depende de la intensidad, se puede, mediante
un transformador, modificar el voltaje hasta altos valores (alta
tensión), disminuyendo en igual proporción la intensidad de
corriente. Esto permite que los conductores sean de menor
sección y, por tanto, de menor costo; además, minimiza las
pérdidas por efecto Joule, que dependen del cuadrado de la
intensidad. Una vez en el punto de consumo o en sus cercanías,
el voltaje puede ser de nuevo reducido para permitir su uso
industrial o doméstico de forma cómoda y segura.
Las frecuencias empleadas en las redes de distribución son 50 y
60 Hz. El valor depende del país.
[editar]Corriente trifásica
Artículo principal: Corriente trifásica
Se denomina corriente trifásica al conjunto de tres corrientes
alternas de igual frecuencia, amplitud yvalor eficaz que presentan
una diferencia de fase entre ellas de 120°, y están dadas en un
orden determinado. Cada una de las corrientes que forman el
sistema se designa con el nombre de fase.
La generación trifásica de energía eléctrica es más común que la
monofásica y proporciona un uso más eficiente de los
conductores. La utilización de electricidad en forma trifásica es
mayoritaria para transportar y distribuir energía eléctrica y para su
utilización industrial, incluyendo el accionamiento de motores. Las
corrientes trifásicas se generan mediante alternadores dotados de
tres bobinas o grupos de bobinas, arrolladas en un sistema de tres
electroimanes equidistantes angularmente entre sí.
Los conductores de los tres electroimanes pueden conectarse en
estrella o en triángulo. En la disposición en estrella cada bobina se
conecta a una fase en un extremo y a un conductor común en el
otro, denominado neutro. Si el sistema está equilibrado, la suma
de las corrientes de línea es nula, con lo que el transporte puede
ser efectuado usando solamente tres cables. En la disposición en
triángulo o delta cada bobina se conecta entre dos hilos de fase,
de forma que un extremo de cada bobina está conectado con otro
extremo de otra bobina.
El sistema trifásico presenta una serie de ventajas, tales como la
economía de sus líneas de transporte de energía (hilos más finos
que en una línea monofásica equivalente) y de los
transformadores utilizados, así como su elevado rendimiento de
los receptores, especialmente motores, a los que la línea trifásica
alimenta con potencia constante y no pulsada, como en el caso de
la línea monofásica.
Tesla fue el inventor que descubrió el principio del campo
magnético rotatorio en 1882, el cual es la base de la maquinaria
de corriente alterna. Él inventó el sistema de motores y
generadores de corriente alterna polifásica que da energía al
planeta.22
Véase también: Motor de corriente alterna
[editar]Corriente monofásica
Artículo principal: Corriente monofásica
Se denomina corriente monofásica a la que se obtiene de tomar
una fase de la corriente trifásica y un cable neutro. En España y
demás países que utilizan valores similares para la generación y
trasmisión de energía eléctrica, este tipo de corriente facilita una
tensión de 220/230 voltios, lo que la hace apropiada para que
puedan funcionar adecuadamente la mayoría de
electrodomésticos y luminarias que hay en las viviendas.
Desde el centro de transformación más cercano hasta las
viviendas se disponen cuatro hilos: un neutro (N) y tres fases (R,
S y T). Si la tensión entre dos fases cualesquiera (tensión de
línea) es de 380 voltios, entre una fase y el neutro es de 220
voltios. En cada vivienda entra el neutro y una de las fases,
conectándose varias viviendas a cada una de las fases y al
neutro; esto se llama corriente monofásica. Si en una vivienda hay
instalados aparatos de potencia eléctrica alta (aire acondicionado,
motores, etc., o si es un taller o una empresa industrial)
habitualmente se les suministra directamente corriente trifásica
que ofrece una tensión de 380 voltios.
Ingeniería electrónicaEste artículo o sección necesita referencias que aparezcan en una publicación acreditada, como revistas especializadas, monografías, prensa diaria o páginas de Internet fidedignas.Puedes añadirlas así o avisar al autor principal del artículo en su página de discusión pegando: {{subst:Aviso referencias|Ingeniería electrónica}} ~~~~
Ingeniería electrónica
Áreas del
saber
Electromagnetismo, electrónica,teoría de circuitos
Campo de
aplicación
Microcontroladores yMicroprocesadores, análisis de
circuitos, control de procesos de fabricación
Reconocida Todo el mundo, aunque enEuropa y en los Estados
en Unidoscomo un área de la ingeniería eléctrica
Subárea Ingeniería eléctrica
La Ingeniería electrónica es una rama de la ingeniería, basada en la electrónica, que se encarga
de resolver problemas de la ingeniería tales como el control de procesos industriales, la
transformación de la electricidad para el funcionamiento de diversos dispositivos y tiene aplicación
en la industria, en las telecomunicaciones, en el diseño y análisis deinstrumentación
electrónica, microcontroladores y microprocesadores.
Esta ingeniería es considerada un área de estudio de la ingeniería eléctrica en los Estados
Unidos y Europa.
Contenido
[ocultar]
1 Áreas del conocimiento
2 Campos de acción
o 2.1 Electrónica de potencia
o 2.2 Computadores o electrónica digital
o 2.3 Control de procesos industriales
o 2.4 Telecomunicaciones
o 2.5 Ingeniería de componentes
3 Historia
4 Referencias
5 Véase también
6 Enlaces Externos
[editar]Áreas del conocimiento
La ingeniería electrónica es el conjunto de conocimientos técnicos, tanto teóricos como prácticos
que tienen por objetivo la aplicación de la tecnología electrónica para la resolución de problemas
prácticos.
La electrónica es una rama de la física que trata sobre el aprovechamiento y utilidad del
comportamiento de las cargas eléctricas en los diferentes materiales y elementos como
los semiconductores. La ingeniería electrónica es la aplicación práctica de la eléctronica para lo cual
incorpora además de los conocimientos teóricos y científicos otros de índole técnica y práctica sobre
los semiconductores así como de muchos dispositivos eléctricos además de otros campos del saber
humano como son dibujo y técnicas de planificación entre otros.
Entre la ingeniería electrónica y la ingeniería eléctrica existen similitudes fundamentales, pues
ambas tienen como base de estudio el fenómeno eléctrico. Sin embargo la primera se especializa en
circuitos de bajo voltaje entre ellos los semiconductores, los cuales tienen como componente
fundamental al transistor o el comportamiento de las cargas en el vacío como en el caso de las
viejas válvulas termoiónicas y la ingeniería eléctrica se especializa en circuitos eléctricos de alto
voltaje como se ve en las líneas de transmisión y en las estaciones eléctricas. Ambas ingenierías
poseen aspectos comunes como pueden ser los fundamentos matemáticos y físicos, la teoría de
circuitos, el estudio del electromagnetismo y la planificación de proyectos. Otra diferencia
fundamental reposa en el hecho de que la ingeniería electrónica estudia el uso de la energía
eléctrica para transmitir, recibir y procesar información, siendo esta la base de la ingeniería de
telecomunicación, de la ingeniería informática y la ingeniería de control automático. El punto
concordante de las ingenierías eléctrica y electrónica es el área de potencia. La electrónica se usa
para convertir la forma de onda de los voltajes que sirven para transmitir la energía eléctrica; la
ingeniería eléctrica estudia y diseña sistemas de generación, distribución y conversión de la energía
eléctrica, en suficientes proporciones para alimentar y activar equipos, redes de electricidad de
edificios y ciudades entre otros.
[editar]Campos de acción
Las áreas específicas en que el ingeniero electrónico puede contribuir al desarrollo se puede resumir
en:
[editar]Electrónica de potenciaArtículo principal: Electrónica de potencia
Esta rama consiste en adaptar y transformar la electricidad, para su uso posterior en dispositivos
eléctricos y electrónicos, tales comomotores eléctricos y servomotores. Se usan
principalmente resistencias, rectificadores, Inversores, cicloconversores y choppers.
[editar]Computadores o electrónica digitalVéanse también: Computadora y Electrónica digital
La automatización creciente de sistemas y procesos que conlleva necesariamente a la utilización
eficiente de los computadores digitales. Los campos típicos de este ingeniero son: redes de
computadores, sistemas operativos y diseño de sistemas basado en microcomputadores o
microprocesadores, que implica diseñar programas y sistemas basados en componentes
electrónicos.
Entre las empresas relacionadas con estos tópicos se encuentran aquellas que suministran equipos
y desarrollan proyectos computacionales y las empresas e instituciones de servicios.
[editar]Control de procesos industrialesVéanse también: Proceso de fabricación y Sistema de control
La actividad se centra aquí en la planificación, diseño, administración, supervisión y explotación de
sistemas de instrumentación, automatización y control en líneas de montaje y procesos de sistemas
industriales, tales como empresas papeleras, pesqueras, textiles, de manufactura, mineras y de
servicios.
El control automático moderno emplea en forma intensiva y creciente computadores en variados
esquemas. Asimismo, la disciplina envuelve sistemas de índoles no convencionales tales como
robótica, sistemas expertos, sistemas neuronales, sistemas difusos, sistemas artificiales evolutivos y
otros tipos de control avanzado.
[editar]TelecomunicacionesVéanse también: Ingeniería de telecomunicación y Telecomunicación
El procesamiento y transmisión masiva de la información requiere de la planificación, diseño y
administración de los sistemas de radiodifusión, televisión, telefonía, redes de computadores, redes
de fibra óptica, las redes satelitales y en forma cada vez más significativa los sistemas de
comunicación inalámbricos, como la telefonía celular y personal.
[editar]Ingeniería de componentes
Gran parte del proceso de producción en las empresas de electricidad y electrónica está relacionado
con el diseño de circuitos. En este proceso es de gran importancia un conocimiento especializado de
los componentes, lo que ha dado lugar a una especialidad dentro de la ingeniería electrónica
denominada ingeniería de componentes.
En esta especialidad el ingeniero deberá encargarse de una serie de funciones en las que cabe
destacar las siguientes:
Asesorar a los diseñadores: Para ello deberá tener conocimientos
profundos sobre componentes tanto a nivel teórico como práctico.
Además deberá estar constantemente al día para conocer las
novedades del mercado así como sus tendencias.
Redactar normas: Relacionadas con el manejo de los componentes
desde que entran en la empresa hasta que pasan a la cadena de
montaje.
Elaborar una lista de componentes preferidos.
Seleccionar componentes: Deberá elegirlo de entre la lista de
preferidos y si no está, realizar un estudio de posibles candidatos.
Con ello se persigue mejorar los diseños.
Relacionarse con los proveedores: Para resolver problemas
técnicos o de cualquier otro tipo.
En la ingeniería de componentes se tiene en cuenta los materiales empleados así como los
procesos de fabricación, por lo que el ingeniero deberá tener conocimientos al respecto.
[editar]Historia
Los experimentos llevados a cabo por diferentes científicos a finales del siglo XIX y principios del XX
en cuanto a los fenómenos eléctricos y electromagnéticos fueron asentando las bases para lo que
poco tiempo después sería una nueva especialidad, primero de la física, y seguidamente de la
ingeniería. En 1884 Thomas Alva Edison en sus trabajos para mejorar la lámpara
incandescente detectó el fenómeno termoiónico, fenómeno que lleva su nombre. Este hecho daría
lugar a la primera válvula electrónica (o bulbo electrónico) y al nacimiento de la nueva ingeniería.
Esta primera válvula fue el diodo. En 1893, Nikola Tesla realiza la primera demostracion publica de
una comunicacion de radio. En 1912, Edwin Armstrong desarrolla el Circuito regenerativo,
el Oscilador de Amstrong y el Receptor superheterodino. En 1907 Lee de Forest intentando
perfeccionar los receptores telegráficos añadió una rejilla entre el cátodo y el ánodo de un diodo.
Con éste añadido podía controlar la corriente de paso entre las placas de primitivo diodo, el nuevo
elemento recibió el nombre de triodo y fue la base de la electrónica moderna. Hasta el nacimiento de
los transistores, e incluso mucho tiempo después, se han utilizado las válvulas termoiónicas para los
circuitos electrónicos. En 1947, William Bradford Shockley junto a John Bardeen y Walter Houser
Brattain desarrollan el Transistor, en los Laboratorios Bell. Este dispositivo, mucho mas versatil,
economico y pequeño, terminaria por reemplazar las valvulas en practicamente todas las
aplicaciones electronicas, salvo en aplicaciones de audio de alta potencia y alta fidelidad. El
nacimiento deltransistor, a finales de la década de los 50 del siglo XX, vino a revolucionar la
electrónica. En la tercera fase de desarrollo tenemos la tecnología de circuitos integrados(chip),
basada inicialmente en transistores bipolares y mas tarde en los transistores MOSFET. Finalmente,
el desarrollo en tecnologias de materiales y en los procesos de fabricacion de dispositivos
semiconductores (Microelectrónica), permitio lograr altas escalas de integracion y ampliar la
flexibilidad y vesatilidad de los dispositivos electronicos. Esto posibilito ampliar la escala de
produccion de sistemas electronicos y la gama de productos, a la vez que reducia el coste de los
equipos.
[editar]Referencias
[editar]Véase también
Portal:Ingeniería. Contenido relacionado con Ingeniería.
Electrónica
Ingeniería eléctrica
Ingeniería electromecánica
Ingeniería mecatrónica
[editar]Enlaces Externos
Apexar Technologies S.A.
Wikimedia Commons alberga contenido multimedia
sobre Electrónica
Wikiversidad alberga proyectos de aprendizaje
sobre Ingeniería electrónica.
Institute of Electrical and Electronics Engineers
Asociación de Ingenieros Electrónicos de la Comunidad Valenciana
Diseño y fabricación de equipos electrónicos
Categoría: Ingeniería electrónica
Iniciar sesión / crear cuenta
Artículo Discusión Leer Editar Ver historial
Portada Portal de la comunidad Actualidad Cambios recientes Páginas nuevas Página aleatoria Ayuda Donaciones Notificar un error
Imprimir/exportar Crear un libro Descargar como PDF Versión para imprimir
Herramientas
Otros proyectos
En otros idiomas العربية বাংলা Català Ελληνικά English Esperanto فارسی Français Interlingua Italiano
Polski Português Türkçe 中文
Esta página fue modificada por última vez el 31 ago 2011, a las 02:55.
El texto está disponible bajo la Licencia Creative Commons Atribución Compartir
Igual 3.0; podrían ser aplicables cláusulas adicionales. Lee los términos de
uso para más información.
Ingeniería eléctricaIngeniería eléctrica
Los ingenieros electricistas diseñan sistemas complejos de potencia y
circuitos electrónicos
Otros nombres Ingeniería eléctrica
Áreas del saber Física, matemáticas yelectromagnetismo
Campo de
aplicación
Electricidad
Electrotecnia (redes eléctricas y máquinas
eléctricas)
Sistema eléctrico de potencia *
Electrónica *
Automática *
Procesamiento de señales *
Telecomunicaciones *
Informática *
(*) Sólo en algunos lugares.
Reconocida en Todo el mundo
La ingeniería eléctrica es el campo de la ingeniería que se ocupa del estudio y la aplicación de
la electricidad, la electrónica y el electromagnetismo. Aplica conocimientos deciencias como
la física y las matemáticas para generar, transportar, distribuir y utilizar laenergía eléctrica.
Dicha área de la ingeniería es reconocida como carrera profesional en todo el mundo y constituye
una de las áreas fundamentales de la ingeniería desde el siglo XIX con
lacomercialización del telégrafo eléctrico y la generación industrial de energía eléctrica. El campo,
ahora, abarca una serie de disciplinas que incluyen la electrotecnia, la electrónica, los sistemas de
control, el procesamiento de señales y las telecomunicaciones.
Dependiendo del lugar y del contexto en que se use, el término ingeniería eléctrica puede o no
incluir a la ingeniería electrónica. Cuando se hace una distinción, generalmente se considera la
ingeniería eléctrica para hacer frente a los problemas asociados sistemas eléctricos de gran escala,
como los sistemas eléctricos de transmisión de energía y de control de motores, mientras que la
ingeniería electrónica trata del estudio de sistemas eléctricos a pequeña escala, incluidos los
sistemas electrónicos con semiconductores y circuitos integrados.1
Contenido
[ocultar]
1 Historia
2 Áreas de conocimiento
3 Campos de Acción
o 3.1 Ingeniería Electromecánica
o 3.2 Ingeniería de Control
o 3.3 Ingeniería electrónica
o 3.4 Microelectrónica
o 3.5 Procesamiento de señales
o 3.6 Telecomunicaciones
4 Referencias
5 Véase también
6 Enlaces externos
[editar]Historia
La electricidad ha sido materia de interés científico desde principios del siglo XVII. El primer
ingeniero electricista fue probablemente William Gilbert quien diseñó el "versorium", un aparato que
detectaba la presencia de objetos estáticamente cargado. El también fue el primero en marcar una
clara distinción entre electricidad magnética y estática y se le atribuye la creación del termino
electricidad. En 1775 la experimentación científica de Alessandro Volta resultó en la creación
del electróforo, un aparato que producía carga eléctrica estática, y por el 1800 Volta inventó la pila
voltáica, el precesor de la batería eléctrica.
Thomas Edison construyó la primera red de energía eléctrica del mundo.
Sin embargo, no fue hasta el siglo XIX que las investigaciones dentro de la ingeniería eléctrica
empezaron a intensificarse. Algunos de los desarrollos notables en éste siglo incluyen el trabajo
de Georg Ohm, quien en 1827 midió la relación entre corriente eléctrica y la diferencia de
potenciales en un conductor,Michael Faraday el que descubrió la inducción electromagnética en
1831, y James Clerk Maxwell, quien en 1873 publicó la teoría unificada de la electricidad y
magnetismo en su tratado Electricity and Magnetism
Nikola Tesla hizo posibles las redes de transmisión de energía eléctrica de larga distancia.
Durante estos años, el estudio de la electricidad era ampliamente considerado como una rama de la
física. No fue hasta finales del siglo XIX que las universidades empezaron a ofrecer carreras en
ingeniería eléctrica. La Universidad Técnica de Darmstadt tuvo la primera cátedra y facultad de
ingeniería eléctrica en 1882. En 1883 la Universidad Técnica de Darmstadt y la Universidad
Cornell empezaron a dar los primeros cursos de ingeniería eléctrica, y en 1885 el University College
de Londres fundó la primera cátedra de ingeniería eléctrica en el Reino Unido. La Universidad de
Misuri estableció el primer departamento de ingeniería eléctrica en los Estados Unidos en 1886.
Durante este período, el trabajo relacionado con la ingenería eléctrica se incrementó rápidamente.
En 1882, Thomas Edison encendió la primera red de energía eléctrica de gran escala que proveía
110 volts de corriente continua a 59 clientes en el bajo Manhattan. En 1887,Nikola Tesla llenó un
número de patentes sobre una forma de distribución de energía eléctrica conocida como corriente
alterna. En los años siguiente una amarga rivalidad entre Edison y Tesla, conocida como "La guerra
de las corrientes", tomó lugar sobre el mejor método de distribución. Eventualmente, la corriente
alterna remplazó a la corriente continua, mientras se expandía y se mejoraba la eficiencia de las
redes de distribución energética.
[editar]Áreas de conocimiento
La ingeniería eléctrica aplica conocimientos de ciencias como la física y las matemáticas.
Considerando que esta rama de la ingeniería resulta más abstracta que otras, la formación de un
ingeniero electricista requiere una base matemática que permita la abstracción y entendimiento de
los fenómenos electromagnéticos.
Tras este tipo de análisis ha sido posible reflejar mediante un conjunto de ecuaciones las leyes que
gobiernan los fenómenos eléctricos y magnéticos. Por ejemplo, el desarrollo de las leyes de
Maxwell permite describir los fénomenos electromagnéticos y forman la base de la teoría del
electromagnetismo. En el estudio de la corriente eléctrica, la base teórica parte de la ley de Ohm y
las leyes de Kirchhoff.
Además se requieren conocimientos generales de mecánica y de ciencia de materiales, para la
utilización adecuada de materiales adecuados para cada aplicación.
Un ingeniero eléctricista debe tener conocimientos básicos de otras áreas afines, pues muchos
problemas que se presentan en ingeniería son complejos e interdisciplinares.
[editar]Campos de Acción
[editar]Ingeniería ElectromecánicaArtículo principal: Ingeniería electromecánica
[editar]Ingeniería de ControlArtículos principales: Ingeniería automática e Ingeniería de control
[editar]Ingeniería electrónicaArtículo principal: Ingeniería electrónica
[editar]MicroelectrónicaArtículo principal: Microelectrónica
[editar]Procesamiento de señalesArtículo principal: Procesamiento de señales
[editar]TelecomunicacionesArtículo principal: Ingeniería de telecomunicaciones
[editar]Referencias
1. ↑ What is the difference between electrical and electronics
engineering? en FAQs - Studying Electrical Engineering (en
inglés). IEEE. Con acceso el 18-01-2007
[editar]Véase también
Portal:Ingeniería. Contenido relacionado con Ingeniería.
Ingeniería electrónica
Ingeniería electromecánica
[editar]Enlaces externos
www.tuveras.com (Web de Tecnología Eléctrica)
www.ieee.org (Institute of Electrical and Electronics Engineers)
www.amperis.com/recursos/articulos/ Artículos de Ingeniería
eléctrica
Categoría: Ingeniería eléctrica
Iniciar sesión / crear cuenta
Artículo Discusión Leer Editar Ver historial
Portada Portal de la comunidad Actualidad Cambios recientes Páginas nuevas Página aleatoria Ayuda Donaciones Notificar un error
Imprimir/exportar Crear un libro
Descargar como PDF Versión para imprimir
Herramientas
En otros idiomas Afrikaans العربية Boarisch Български বাংলা Bosanski Català Česky Deutsch Ελληνικά
English Esperanto Eesti Euskara فارسی Suomi Français Frysk עברית हि�न्दी Hrvatski Magyar Interlingua Bahasa Indonesia Íslenska Italiano 日本語 Lojban ქართული 한국어 Кыргызча Latina Lëtzebuergesch Lietuvių Latviešu Македонски മലയാളം मराठी Bahasa Melayu Plattdüütsch नेपाली Nederlands Norsk (nynorsk) Norsk (bokmål) Polski Português Română
Русский Русиньскый
Srpskohrvatski / Српскохрватски සිංහල Simple English Slovenčina Slovenščina Shqip Српски / Srpski Seeltersk Svenska ไทย Türkçe Українська اردو Tiếng Việt Wolof Yorùbá 中文
Esta página fue modificada por última vez el 27 ago 2011, a las 14:03.
El texto está disponible bajo la Licencia Creative Commons Atribución Compartir
Igual 3.0; podrían ser aplicables cláusulas adicionales. Lee los términos de
uso para más información.
Cual es la diferencia entre electrico y electronico? hace 5 años Denunciar abuso
markajmcMejor respuesta - elegida por quién preguntó
ElectricidadLa electricidad es un fenómeno físico originado por cargas eléctricas estáticas o en movimiento y por su interacción. Cuando una carga se encuentra en reposo produce fuerzas sobre otras situadas en su entorno. Si la carga se desplaza produce también fuerzas magnéticas. Hay dos tipos de cargas eléctricas, llamadas positivas y negativas. La electricidad está presente en algunas partículas subatómicas. La partícula fundamental más ligera que lleva carga eléctrica es el electrón, que transporta una unidad de carga. Los átomos en circunstancias normales contienen electrones, y a menudo los que están más alejados del núcleo se desprenden con mucha facilidad. En algunas sustancias, como los metales, proliferan los electrones libres. De esta manera un cuerpo queda cargado eléctricamente gracias a la reordenación de los electrones. Un átomo normal tiene cantidades iguales de carga eléctrica positiva y negativa, por lo tanto es eléctricamente neutro. La cantidad de carga eléctrica transportada por todos los electrones del átomo, que por convención son negativas, esta equilibrada por la carga positiva localizada en el núcleo. Si un cuerpo contiene un exceso de electrones quedará cargado negativamente. Por lo contrario, con la ausencia de electrones un cuerpo queda cargado positivamente, debido a que hay más cargas eléctricas positivas en el núcleo.
HistoriaHacia el año 600 adC, el filósofo griego Tales de Mileto observo que, frotando una varilla de ámbar con una piel o con lana, podían atraer cuerpos pequeños. También habían observado que si la frotaban mucho tiempo podrían causar el salto de una chispa.Cerca de Mileto, (en la actualidad Turquía), se encuentra un sitio arqueológico llamado Magnesia, donde en la antigüedad se encontraron trozos de magnetita. Los antiguos griegos observaron que los trozos de este material se atraían entre sí, y también a pequeños objetos de hierro. La palabra magneto (en español, imán) proviene del lugar donde se descubrió.Un objeto es encontrado en Iraq en 1938, fechado alrededor de 250 adC, llamado la Batería de Bagdad, se asemeja a una celda electroquímica. No se han encontrado documentos que evidencien su utilización, aunque hay otras descripciones anacrónicas de dispositivos eléctricos en muros egipcios y escritos antiguos.
En 1600 el científico inglés William Gilbert publicó su libro De Magnete, en donde utiliza la palabra latina electricus derivada del griego elektron, que significa ámbar, para describir los fenómenos descubiertos por los griegos. También estableció las diferencias entre el magnetismo y la electricidad. Estas investigaciones fueron continuadas en 1660 por Otto von Guericke quien inventó un generador electrostático. Robert Boyle afirmó en 1675 que la atracción y repulsión pueden producirse en el vacío. Stephen Gray en 1729 clasificó los materiales como conductores y aislantes. C.F. Du Fay fue el primero en identificar los dos tipos de carga eléctrica que más tarde se llamarían positiva y negativa. Pieter van Musschenbroek inventó en 1745 la botella de Leyden, un tipo de capacitor para almacenar cargas eléctricas en gran cantidad. William Watson experimentó con la botella Leyden, descubriendo en 1747 que una descarga de electricidad estática es equivalente a una corriente eléctrica.Benjamin Franklin en 1752 experimentó con la electricidad haciendo volar una cometa durante una tormenta. Demostró que el relámpago es debido a la electricidad. Como consecuencia de estas experimentaciones inventó el pararrayos y formuló una teoría sobre un fluido que explicara la presencia de cargas positivas y negativas.Charles-Augustin de Coulomb en 1777 inventó una balanza de torsión para medir la fuerza de repulsión y atracción eléctrica. Por este procedimiento formuló el principio de interacción de cargas eléctricas (ley de Coulomb).Hans Christian Oersted en 1819 observó que una aguja imantada se orientaba colocándose perpendicularmente a un conductor al cual se le hacia pasar una corriente eléctrica. Siguiendo estas investigaciones, Michael Faraday en 1831 descubrió que se generaba una corriente eléctrica en un conductor que se exponía a un campo magnético variable.Luigi Galvani en 1790 descubrió accidentalmente que se producen contracciones en los músculos de una rana en contacto con metales cargados eléctricamente. Alessandro Volta descubrió que las reacciones químicas podían generar cargas positivas (cationes) y negativas (aniones). Cuando un conductor une estas cargas, la diferencia de potencial eléctrico (también conocido como voltaje) impulsa una corriente eléctrica a través del conductor. La diferencia de potencial entre dos puntos se mide en unidades de voltio, en reconocimiento al trabajo de Volta. Humphry Davy en 1807 trabajó con la electrólisis y aisló de esta forma los metales alcalinos.En 1821 el físico alemán Thomas Seebeck descubrió que se producía una corriente eléctrica por la aplicación de calor a la unión de dos metales diferentes. Jean Peltier en 1834 observó el fenómeno opuesto, la absorción de calor mediante el paso de corriente en una unión de materiales.Georg Simon Ohm en 1827 dio una relación (Ley de Ohm) que liga la tensión entre dos puntos de un circuito y la intensidad de corriente que pasa por él, definiendo la resistencia eléctrica. El físico alemán Gustav Kirchoff expuso dos reglas, llamadas Leyes de Kirchoff con respecto a la distribución de corriente eléctrica en un circuito eléctrico con derivaciones.James Prescott Joule en 1841 desarrolló una ley que establece la cantidad de calor que se produce en un conductor por el paso de una corriente eléctrica. Wheatstone en 1844 ideó su puente para medir resistencias eléctricas.En 1878, Thomas Alva Edison construyó la primera lámpara incandescente con filamentos de bambú carbonizado. En 1901 Peter Hewitt inventa la lámpara de vapor de mercurio.En 1873, el físico británico James Clerk Maxwell publicó su obra Tratado sobre electricidad y magnetismo, en donde, por primera vez, reúne en cuatro ecuaciones la descripción de la
naturaleza de los campos electromagnéticos. Heinrich Hertz extendió esta teoría y demostró que la electricidad puede transmitirse en forma de ondas electromagnéticas, como la luz. Estas investigaciones posibilitaron la invención del telégrafo sin cables y la radio.Nikola Tesla experimentó con alto voltaje y corriente alterna polifásica de esa manera inventó el alternador y el primer motor de inducción en 1882.Por medio de los trabajos de Johann Wilhelm Hittorf, Williams Crookes inventó en 1872 el tubo de rayos catódicos. Utilizando utbo de Crookes el físico alemán Wilhelm Röntgen descubrió los rayos X. Joseph John Thomson investigando el flujo de rayos catódicos, descubrió el electrón. En 1906 el físico estadounidense Robert Andrews Millikan, mediante su experimento de "la gota de aceite", determinó la carga del electrón.Actualmente, la comprensión y control del fenómeno eléctrico ha posibilitado la implantación de la electricidad en todos los tipos de aplicaciones industriales del ser humano e incluso en medicina .
Energía eléctricaSubestación eléctrica en Alcira.La energía eléctrica es la forma de energía más utilizada. Gracias a la flexibilidad en la generación y transporte se ha convertido para la industria en la forma más extendida de consumo de energía. El transporte por líneas de alta tensión es muy ventajoso y el motor eléctrico tiene un rendimiento superior a las máquinas térmicas. Los inconvenientes de esta forma de energía son la imposibilidad de almacenamiento en grandes cantidades y que las líneas de transmisión son muy costosas.
Las instalaciones para generación y el transporte de la energía eléctrica utilizan generalmente corriente alterna, debido a que es más fácil reducir o elevar el voltaje por medio de transformadores. Para el transporte de una cantidad de energía dada, si se eleva la tensión disminuye la intensidad de corriente necesaria, esto disminuye las pérdidas que son proporcionales al cuadrado de la intensidad. Posteriormente, para la distribución se reduce el voltaje en las subestaciones que gradúan la tensión según se utilicen en la industria (entre 33 kV y 380 Voltios) o en instalaciones domiciliarias (entre 220 y 110 V).
Una central eléctrica utiliza una fuerza motora para hacer girar un generador eléctrico con diversas fuentes de energía. Se pueden clasificar las centrales eléctricas según la energía aprovechada.
* Central hidroeléctrica: utiliza la energía obtenida en los saltos de agua (energía hidráulica).* Central termoeléctrica: utiliza la energía obtenida de los combustibles fósiles (carbón, fueloil, etc. )* Central nuclear: utiliza la energía obtenida mediante reactores nucleares.* Centrales de recursos renovables: Utiliza energía de recursos renovables: energía solar, eólica, mareomotriz y geotérmica.
La producción mundial en los últimos 40 años aumentó más del 1300%: de 1 billón de kWh a 13 billones. El índice de producción refleja principalmente la importancia de las necesidades de las grandes potencias industriales. Estados Unidos ocupa el primer puesto, con más del 26 %, le siguen China con 8,5 %, Japón con 7,40 % y Rusia con 5,80 %. La electricidad de estos grandes productores es esencialmente de origen térmico: Estados Unidos con 70 %, China con el 80 %, Japón con el 59 % y Rusia con el 66%. La electricidad de origen térmico representa un 63% de la producción mundial, le sigue la hidráulica con el 19%, la nuclear con el 17% y se produce solamente con un 1% con fuentes de energía eólica, solar y geotérmica.
Corriente eléctricaEfectos de una subida de la tensiónEl flujo de cargas eléctricas pueden generarse en un conductor pero no existen en los aislantes. Algunos dispositivos eléctricos que usan estas características eléctricas en los materiales se denominan dispositivos electrónicos.
La ley de Ohm describe la relación entre la intensidad y la tensión en una corriente eléctrica: la diferencia de potencial (V) es directamente proporcional a la intensidad de corriente (I) y a la resistencia (R). Se describe mediante la fórmula:
V = I \times R
La intensidad de corriente (I) en una sección dada de un conductor se define como la carga eléctrica (Q) que la atraviesa en una unidad de tiempo.
I = {Q \over t}= \frac{dQ}{dt}
En cambio Electrónica es una ciencia aplicada que estudia y emplea sistemas cuyo funcionamiento se basa en el control del flujo de los electrones u otras partículas cargadas en una gran variedad de dispositivos, desde las válvulas termoiónicas hasta los semiconductores. El diseño y la construcción de circuitos electrónicos para resolver problemas prácticos forma parte de los campos de la Ingeniería electrónica, y el diseño de software para controlarlos de la Ingeniería informática. El estudio de nuevos dispositivos semiconductores y su tecnología se suele considerar una rama de la Física.
Breve historia de la electrónicaLa electrónica se originó en 1906 con la invención del triodo por parte de Lee de Forest, que permitió el desarrollo de la radio, la telefonía de larga distancia y las películas sonoras. En 1947 con la invención del transistor se inició la electrónica de estado sólido, basada en semiconductores, que desplazaría completamente a la válvula termoiónica o válvula de vacío. En 1958 se desarrolló el primer circuito integrado, que integraba seis transistores en un único chip. En 1970 se desarrolló el primer microprocesador, Intel 4004. En la actualidad los campos de desarrollo de la electrónica son tan vastos que se ha dividido en varias ciencias especializadas. La mayor división consiste en distinguir la electrónica analógica de la electrónica digital.
Dispositivos electrónicos actualesLa electrónica desarrolla en la actualidad una gran variedad de tareas. Los principales usos de los circuitos electrónicos son el control, el procesado, la distribución de información, la conversión y la distribución de la energía eléctrica. Estos dos usos implican la creación o la detección de campos electromagnéticos y corrientes eléctricas. Mientras que se ha trabajado con la energía eléctrica durante algún tiempo para transmitir datos sobre telégrafos y teléfonos, no se puede decir que el desarrollo de la electrónica comenzara realmente hasta la llegada de la radio.
CAD/CAM de los circuitos electrónicosPara el diseño de circuitos por ordenador, los ingenieros electrónicos actuales emplean bloques prefabricados de fuentes de alimentación, resistencias, condensadores,diodos, semiconductores como los transistores y circuitos integrados. El software empleado para la automatización del diseño electrónico incluye programas de captura esquemática como ORCAD, empleados para hacer diagramas electrónicos y circuitos impresos.
Sistemas electrónicosUna forma de entender los sistemas electrónicos consiste en dividirlos en las siguientes partes:
1. Entradas o Inputs – Sensores (o transductores) electrónicos o mecánicos que toman las señales (en forma de temperatura, presión, etc.) del mundo físico y las convierten en señales de corriente o voltaje. Ejeplo: El termopar, la foto resistencia para medir la intensidad de la luz, etc.2. Circuitos de procesado de señales – Consisten en componentes electrónicos conectados juntos para manipular, interpretar y transformar las señales de voltaje y corriente provenientes de los transductores.3. Salidas o Outputs – Actuadores u otros dispositivos (también transductores) que convierten las señales de corriente o voltaje en señales físicamente útiles. Por ejemplo: un display que nos
registre la temperatura, un foco o sistema de luces que se encienda automaticamente cuando este obscureciendo.Basicamente son tres etapas: La primera (transductor). la segunda (circuito procesador) y la tercera (circuito actuador). Como ejemplo supongamos un televisor. Su entrada es una señal de difusión recibida por una antena o por un cable. Los circuitos de procesado de señales del interior del televisor extraen la información sobre el brillo, el color y el sonido de esta señal. Los dispositivos de salida son un tubo de rayos catódicos que convierte las señales electrónicas en imágenes visibles en una pantalla y unos altavoces. Otro ejemplo puede ser el de un circuito que monitoree la temperatura de un proceso, el transductor puede ser un termocouple, el circuito de procesamiento se encarga de convertir la senal de entrada en un nivel de voltaje (comparador de voltaje o de ventana) en un nivel apropiado y mandar la indormacion decodificandola a un display donde nos de la temperatura real y si esta exede un limite preprogramado activar un sistema de alarma (circuito actuador)para tomar las medida pertinentes.
Equipos de control electrónico* Amperímetro o galvanómetro: miden la corriente eléctrica.* Óhmetro o puente de Wheatstone: miden la resistencia eléctrica.* Voltímetro: mide el voltaje.* Multímetro: miden las tres magnitudes citadas arriba.* Osciloscopio: miden el cambio de la corriente y el voltaje con el tiempo.* Analizador lógico: prueba circuitos digitales.* Analizador espectral: mide la energía espectral de las señales.* Analizador vectorial de señales: como el analizador espectral pero con más funciones de demodulación digital.* Electrómetro: mide la carga eléctrica.* Contador de frecuencia: mide la frecuencia.* Reflectómetro de dominio de tiempo (TDR): prueba la integridad de cables largos.
Componentes electrónicos
* Componentes electrónicos* Diseño de circuitos
Circuitos analógicosMuchas de las aplicaciones electrónicas analógicas, como los receptores de radio, se fabrican como un conjunto de unos cuantos circuitos más simples:
* Multiplicador analógico* Amplificador electrónico* Filtro analógico* Oscilador electrónico* Lazo de seguimiento de fase* Mezclador electrónico* Conversor de potencia* Fuente de alimentación* Adaptador de impedancia* Amplificador operacional* Comparador
Circuitos digitalesLos ordenadores, los relojes electrónicos y los controladores lógicos programables (usados para controlar procesos industriales) se fabrican con circuitos digitales. Los procesadores de señales digitales son otro ejemplo.
Bloques:
* Puerta lógica
* Biestable* Contador* Registro* Multiplexador* Disparador Schmitt
Dispositivos integrados:
* Microprocesador* Microcontrolador* DSP* FPGA
Familias Lógicas:
* RTL* DTL* TTL* CMOS* ECL
Circuitos de señal mixtaLos circuitos de señal mixta, también conocidos como circuitos híbridos, se están haciendo cada vez más comunes. Estos circuitos contienen componentes analógicos y digitales. Los conversores analógico-digital y los conversores digital-analógico son los principales ejemplos. Otros son las puertas de transmisión y los buffers.
Disipación del calorEl calor generado por la circuitería electrónica debe disiparse para mejorar la confiabilidad. Las técnicas para eliminar el calor emplean disipadores de calor y ventiladores para enfriar el aire, así como otras formas de refrigeración de ordenadores como el watercooling.
RuidoExiste ruido asociado a todos los circuitos electrónicos. Algunos tipos de ruido son
* Ruido de disparo en resistencias* Ruido térmico (o ruido de Johnson-Nyquist) en resistencias* Ruido blanco* Ruido rosa (o ruido 1/f)* Ruido gaussianoTeoría de la electrónica* Métodos matemáticos en electrónica* Circuitos digitales* Electrónica analógica
hace 5 años Denunciar abuso
Puntaje de la persona que pregunta:
Comentario de la persona que pregunta:Frente a una respuesta como esta dan ganas de continuar haciendo preguntas. Gracias por dedicarle tiempo a la respuesta.
