Embed Size (px)
Citation preview
Nº FEBRERO DE 2009
C/ Recogidas Nº 45 - 6ºA 18005 Granada [email protected]
ISSN 1988-6047 DEP. LEGAL: GR 2922/2007
1
“Estudio de un electroscopio” AUTORÍA
JUAN ANDRÉS DE ALBA MORENO TEMÁTICA
TECNOLOGÍA ETAPA
3º, 4º ESO
Resumen Debemos conseguir que el alumnado se interese por la Tecnología. Para ello propongo el estudio
de un electroscopio. Éste consiste en un montaje Darlington, presentado una sonda por la base del primer transistor, y conectado un diodo led en el emisor del segundo transistor.
El alumnado buscará información, que tenga relación con este montaje, el docente hará uso de todos los recursos que disponga el centro incluso si es centro TIC. Entre ellos diversa bibliografía, trabajos monográficos, libros de consulta, libros de apoyo, webgrafía.
Repasará los conceptos impartidos en las unidades didácticas, reforzando aquellos que no quedaron claro en su momento.
Abordará con autonomía y personalidad por parte del alumnado, las dificultades que se presenten, tendrán la ayuda del docente.
Se pretenderá que el alumnado sepa interpretar tanto esquema de montaje como eléctrico. Así mismo sepan deducir el esquema de montaje y eléctrico a partir de un montaje determinado que el docente plante.
Justificación
Todo objeto tecnológico, necesita de la aplicación de componentes electrónicos básicos. Éstos deberán estudiarse desde un punto de vista de sus características, propiedades, composición, etc., como de aplicaciones más usuales en nuestro mundo cotidiano, del cual nos encontramos rodeados.
Debemos conseguir que el alumnado adquiera durante esta etapa el mayor número de competencias básicas. Éstas se consigue a través de la elaboración de los distintos tipos de análisis (histórico, morfológico, funcional, etc.); presupuesto; redacción del proceso de fabricación y montaje (fase técnica); elaboración de bocetos de esquemas de montaje y eléctrico ( fase tecnológica).
Nº FEBRERO DE 2009
C/ Recogidas Nº 45 - 6ºA 18005 Granada [email protected]
ISSN 1988-6047 DEP. LEGAL: GR 2922/2007
2
Tenemos que procurar que nuestro alumnado sea capaz de tener autonomía e iniciativa
personal, sabiendo resolver las dificultades que se les presente, pudiendo tomar un aserie de soluciones consensuadas por todos los componentes del grupo.
Se deberá procurar asignar a nuestro alumnado un aserie de tareas. Entendiendo estas tareas, como trabajos fundamentales que hacen que el alumno sea un sujeto activo, y no pasivo, como pasa con las actividades. Éstas pueden ser:
1. Interpretación de esquemas electrónicos básicos, de cualquier objeto técnico cotidiano. 2. Distinguir componentes básicos: resistencias, transistor, diodo led. 3. Usar correctamente herramientas básicas como: destornillador, alicates, tijeras de
electricista, clemas, soldador eléctrico, estaño para soldar. Palabras clave
o Transistor: elemento compuesto de dos semiconductores P o N, dispuestos de forma que
obtengamos transistores bipolares tipo NPN PNP. Éstas se denominan base, colector y emisor. o Resistencia: elemento pasivo que se coloca en un circuito entre dos puntos, bien para limitar la
corriente que pase después de ella, o como divisor de tensión. En objetos, como planchas, calentadores, etc. resistencias se emplean para producir calor aprovechando el efecto. Se suele llamar también resistor.
o Led: dispositivo semiconductor que emite una cierta luz, cuando se polariza de forma directa. Se emplea como elemento señalizador, su color puede variar desde ultravioleta hasta infrarrojo. Tiene dos terminales, en concreto el cátodo es más corto que el otro (ánodo).
o Cable conductor: elemento que transmite corriente y tensión, puede ser de cobre o aluminio. Se presenta en distintos grosores enlazados entre varios cables, y distintos tipos de cubierta aislante. Presenta una variedad como puede ser unipolar, bipolar, tripolar.
Nº FEBRERO DE 2009
C/ Recogidas Nº 45 - 6ºA 18005 Granada [email protected]
ISSN 1988-6047 DEP. LEGAL: GR 2922/2007
Fotografías de transistores
Fotografías de resistencias
3
Nº FEBRERO DE 2009
C/ Recogidas Nº 45 - 6ºA 18005 Granada [email protected]
ISSN 1988-6047 DEP. LEGAL: GR 2922/2007
4
Nº FEBRERO DE 2009
C/ Recogidas Nº 45 - 6ºA 18005 Granada [email protected]
ISSN 1988-6047 DEP. LEGAL: GR 2922/2007
Fotografías del diodo led
5
Nº FEBRERO DE 2009
C/ Recogidas Nº 45 - 6ºA 18005 Granada [email protected]
ISSN 1988-6047 DEP. LEGAL: GR 2922/2007
Fotografías de conductores
6
Nº FEBRERO DE 2009
C/ Recogidas Nº 45 - 6ºA 18005 Granada [email protected]
ISSN 1988-6047 DEP. LEGAL: GR 2922/2007
Fotografías de condensadores condensador básico condensador de papel partes de un condensador
condensador cerámico de disco condensador cerámico de placa
condensador electrolítico condensador de tántalo
7
Nº FEBRERO DE 2009
C/ Recogidas Nº 45 - 6ºA 18005 Granada [email protected]
ISSN 1988-6047 DEP. LEGAL: GR 2922/2007
Código de colores para condensadores
A B C D
COLOR 1ª Cifra 2ª Cifra Multiplicador C<10pF ±pF
C≥10pF ±%
Negro 0 0 - 2 20 Marrón 1 1 0 0,1 1
Rojo 2 2 00 - 2 Naranja 3 3 000 - 3 Amarillo 4 4 0000 - - Verde 5 5 00000 0,5 5 Azul 6 6 - - -
Violeta 7 7 0,001 - - Gris 8 8 0,01 0,25 -
Blanco 9 9 0,1 1 10 Oro - - - - -
Azul oscuro - - - - -
Símbolos de los transistores
Transistor común PNP
Transistor común NPN
Transistor NPN con unión en la cápsula
Transistor multiemisor
8
Nº FEBRERO DE 2009
C/ Recogidas Nº 45 - 6ºA 18005 Granada [email protected]
ISSN 1988-6047 DEP. LEGAL: GR 2922/2007
Estructura de un transistor NPN Estructura de un transistor PNP
Símbolos de resistencias
Símbolo general
de la resistencia
Resistencia con tomasadicionales decorriente
Se utilizatambién comosímbolo generalde la resistencia
Resistencia no inductiva
Potenciómetro Resistencia no
inductiva
Potenciómetro fijo Resistencia de
impedancia
9
Nº FEBRERO DE 2009
C/ Recogidas Nº 45 - 6ºA 18005 Granada [email protected]
ISSN 1988-6047 DEP. LEGAL: GR 2922/2007
Resistencia
ajustable Resistencia de
calefacción
Resistencia
ajustable LDR
Resistencia
variable VDR
Resistencia variable escalonada
Resistencia dependiente deun campomagnético
Figura de resistencia
Código de colores de las resistencias
10
Nº FEBRERO DE 2009
C/ Recogidas Nº 45 - 6ºA 18005 Granada [email protected]
ISSN 1988-6047 DEP. LEGAL: GR 2922/2007 Color Primera banda
Primer dígito
Segunda banda
Segundo dígito
Tercera banda
Tercer dígito
Cuarta banda
Tolerancia Negro 0 0 1 Marrón 1 1 10 Rojo 2 2 100 Naranja 3 3 1000 Amarillo 4 4 10000 Verde 5 5 100000 Azul 6 6 1000000 Violeta 7 7 10000000 Gris 8 8 100000000 Blanco 9 9 1000000000 Dorado 0.1 5% Plateado 0.01 10% Ninguno 20%
Símbolos del diodo led
Símbolos de los condensadores electrolíticos polarizados
Tabla de cables aislados con aislamiento seco; temperatura máxima, en °C, asignada al conductor
Tipo de Aislamiento seco Temperatura máxima °C
11
Nº FEBRERO DE 2009
C/ Recogidas Nº 45 - 6ºA 18005 Granada [email protected]
ISSN 1988-6047 DEP. LEGAL: GR 2922/2007
12
Servicio permanente
Cortocircuito t < o igual a 5s
Policloruro de vinilo ( PVC)
S < o igual a 300 mm 2
S > 300 mm 2
70
70
160
140
Polietileno reticulado ( XLPE) 90 250
Etileno Propileno ( EPR) 90 250 Componentes
Transistor
Un transistor es similar a dos diodos, el transistor tiene dos uniones: una entre el emisor y la base y la otra entre la base y el colector. El emisor y la base forman uno de los diodos, mientras que el colector y la base forman el otro.
Estos diodos se llaman: “Diodo de emisor” (el de la izquierda en este caso) y “Diodo de colector” (el de la derecha en este caso).
Se presenta la situación de corte cuando no circula intensidad por la Base, por lo que, la intensidad de Colector y Emisor también es nula. La tensión entre Colector y Emisor es la de la batería. El transistor, entre Colector y Emisor se comporta como un interruptor abierto.
Se presenta la situación de saturación cuando por la Base circula una intensidad, se aprecia un incremento de la corriente de colector considerable. En este caso el transistor entre Colector y Emisor se comporta como un interruptor cerrado. De esta forma, se puede decir que la tensión de la batería se encuentra en la carga conectada en el Colector.
Resistencia
Los factores principales que determinan la resistencia eléctrica de un material son: - tipo de material - longitud - sección transversal - temperatura
Un material de mayor longitud tiene mayor resistencia eléctrica. En concreto, a mayor longitud y menor área transversal del elemento, más resistencia. Por el contrario, a menor longitud y mayor área transversal del elemento, menos resistencia.
Nº FEBRERO DE 2009
C/ Recogidas Nº 45 - 6ºA 18005 Granada [email protected]
ISSN 1988-6047 DEP. LEGAL: GR 2922/2007
13
Los materiales que se encuentran a mayor temperatura tienen mayor resistencia. La unidad de medida de la resistencia eléctrica es el Ohmio y se representa por la letra griega omega (Ω) y se expresa con la letra "R".
los potenciómetros, éstos se conectan en paralelo al circuito y se comporta como un divisor de tensión.
reóstato, éste va conectado en serie con el circuito y se debe tener cuidado de que su valor (en ohmios) y su la potencia (en Watts (vatios)) que puede aguantar sea el adecuado para soportar la corriente I en amperios (ampere) que va a circular por él.
Hay varios tipos de resistencias: 1 - Fijos: - Aglomerados - Película de carbón - Bobinados - Película metálica 2 - Variables: - No lineales: - L.D.R., variable por la luz. - N.T.C. o P.T.C., variable por la temperatura - V.D.R, variable por tensión. - Lineales: - Bobinados
- De película. Diodo Led
Este elemento consta de un diodo de unión pn que emite luz cuando se polariza en sentido directo. La luz emitida puede ser invisible (infrarroja) o puede estar comprendida dentro del espectro visible. Las fuentes de luz a semiconductores pueden obtenerse en un amplio margen de longitudes de onda, que se extienden desde la región del ultravioleta cercano, en el espectro electromagnético, hasta la región del infrarrojo lejano, aunque los dispositivos previstos para empleos corrientes están limitados actualmente a longitudes de onda mayores de 500 nm.
Directa, cuando el ánodo se conecta al polo positivo de la fuente de alimentación o batería, y el cátodo al negativo.
Inversa, cuando el ánodo se conecta al negativo y el cátodo al polo positivo de la batería.
Condensadores
Es un componente electrónico que almacena cargas eléctricas para utilizarlas en un circuito en el momento adecuado. Está compuesto, básicamente, por un par de armaduras separadas por un material aislante denominado dieléctrico. La capacidad de un
Nº FEBRERO DE 2009
C/ Recogidas Nº 45 - 6ºA 18005 Granada [email protected]
ISSN 1988-6047 DEP. LEGAL: GR 2922/2007
14
condensador consiste en almacenar mayor o menor número de cargas cuando está sometido a tensión.
Son componentes pasivos de dos terminales. Se clasifican en función del material dieléctrico y su forma. Pueden ser: de papel, de plástico, cerámico, electrolítico, de mica, de tántalo, de vidrio, de poliéster, estos son los más utilizados.
1. De papel, su dieléctrico es celulosa impregnada con resinas o parafinas. Tiene un reducido volumen y gran estabilidad frente a cambios de temperatura. Tienen la propiedad de autorregeneración en caso de perforación. Las armaduras son de aluminio. Se fabrican en capacidades comprendidas entre 1uF y 480uF con tensiones entre 450v y 2,8Kv. Se emplean en electrónica de potencia y energía para acoplamiento, protección de impulsos y aplanamiento de ondulaciones en frecuencias no superiores a 50Hz.
2. De plástico, sus características más importantes son: gran resistencia de aislamiento (lo cual permite conservar la carga gran tiempo), volumen reducido y excelente comportamiento a la humedad y a las variaciones de temperatura, además, tienen la propiedad de autorregeneración en caso de perforación en menos de 10s.
3. Cerámico, Los materiales cerámicos son buenos aislantes térmicos y eléctricos. El proceso de fabricación consiste básicamente en la metalización de las dos caras del material cerámico.
4. Electrolítico, permiten obtener capacidades elevadas en espacios reducidos. Actualmente existen dos tipos: los de aluminio, y los de tántalo. El fundamento es el mismo: se trata de depositar mediante electrolisis una fina capa aislante. Los condensadores electrolíticos deben conectarse respetando su polaridad, que viene indicada en sus terminales, pues de lo contrario se destruiría.
5. De mica, Son condensadores estables que pueden soportar tensiones altas, ya que la rigidez dieléctrica que presenta es muy elevada. Sobre todo se emplean en circuitos de alta frecuencia.
Su capacidad se mide en: milifaradio, microfaradio, picofaradio. Esto es debido a que el faradio es una unidad muy grande. Teniendo sus equivalencias entre éstas. 1milifaradio = 10-3 faradios. 1 microfaradio = 10-6 faradios. 1 picofaradio = 10-12 faradios
Conductores eléctricos
En general, un conductor eléctrico está compuesto por 3 partes: 1. El alma, o elemento conductor 2. El aislamiento 3. Las cubiertas protectoras
Según su constitución 1. Alambre: Conductor eléctrico cuya alma conductora está formada por un solo
Nº FEBRERO DE 2009
C/ Recogidas Nº 45 - 6ºA 18005 Granada [email protected]
ISSN 1988-6047 DEP. LEGAL: GR 2922/2007
15
elemento o hilo conductor. Se emplea en líneas aéreas, como conductor desnudo o aislado, en instalaciones eléctricas a la intemperie, en ductos o directamente sobre
aisladores. 2. Cable: Conductor eléctrico cuya alma conductora está formada por una serie de hilos conductores o alambres de baja sección, lo que le otorga una gran flexibilidad.
Según número de conductores
o Monoconductor: Conductor eléctrico con una sola alma conductora, con aislación y con o sin cubierta protectora.
o Multiconductor: Conductor de dos o más almas conductoras aisladas entre sí, envuelta cada una por su respectiva capa de aislación y con una o más cubierta protectoras comunes
1. ORGANIZACIÓN DEL TRABAJO Es necesario en este trabajo seguir un método de trabajo por el alumnado que responda a los siguientes consideraciones:
Propuesta del trabajo ( análisis), por parte del docente, ésta deberá ser atrayente, motivadora, e implicará una serie de pasos que deberá seguir el alumnado para realizarlo completamente.
Se expondrá una lluvia de ideas por parte del alumnado, referente a como realizar este análisis: funcional, anatómico, histórico, económico. Se estudiará las ventajas y desventajas de uno y otro, decidiendo por uno u otro.
Se utilizará material didáctico, como: libros de texto, de consulta, trabajos monográficos, trabajos del curso anterior, internet, webgrafía.
Se formará los grupos del aula-taller. Éstos estarán integrados por alumnos, que desarrollarán distintas funciones como: secretario, responsable del material, responsable de las herramientas, portavoz del grupo, etc.
Estas funciones deberán rotar entre ellos, para que todos realicen las distintas funciones, y así comprenda la importancia que tienen cada una por separado.
Se realizarán distinto bocetos, indicando todas las características del circuito electrónico. Así mismo se indicará los distintos elementos que lo integran, su composición, su funcionamiento, características. Estos se apoyará con los contenidos previamente impartido en el aula-taller de Tecnología.
Se reforzará estos bocetos con actividades de refuerzo, de ampliación, de profundización, y de recuperación.
Nº FEBRERO DE 2009
C/ Recogidas Nº 45 - 6ºA 18005 Granada [email protected]
ISSN 1988-6047 DEP. LEGAL: GR 2922/2007
16
1.1 Análisis del objeto Formados los grupos, se nombrará los distintos cargos, Se definirá cada uno de los elementos
que se han empleado, especificando sus características, describiéndolas con la máxima precisión, se despejarán las posibles dudas que pueda tener el alumnado sobre estos componentes, su empleo, conexión etc.
Este análisis se enfocará respecto a los siguientes puntos: - Análisis funcional, como indica su palabra el alumnado asimilará y comprenderá el
funcionamiento cada uno de sus elementos. - Análisis de su fiabilidad, comprobaremos que funcione perfectamente cuando el alumno lo
analice, siguiendo el esquema eléctrico, y comprenda su funcionamiento. - Análisis sobre su facilidad de uso, su empleo en otros circuitos más complejos. - Análisis del coste económico del circuito, componentes y otros materiales. - Análisis de la precisión del circuito, tanto de los transistores como de los demás componentes. - Análisis de la solidez del circuito, soldaduras, conexiones etc. - Análisis estético del circuito en general.
1.2 Distribución del trabajo
Convendrá asignar tareas que realizarán cada uno de los miembros del equipo, comprobando que no se dupliquen y que colaboren todos los componentes. Así mismo se resolverán los futuros conflictos que pueden aparecer en los distintos equipos.
Análisis del circuito
Observando el circuito del montaje, vemos que se trata de un montaje Darlington, con dos transistores, y con el otro transistor obtendremos cinco niveles. Éste es sensible para corrientes débiles. Enumeramos las distintas clemas o conectores, de forma que unimos éstos con la resistencia fija, transistores, diodo led, tal como indica el esquema del montaje, así mismo ponemos hilos conductores en las clemas nº 1 y 4, que se conectarán entre sí con un puente, la clema nº 1 al polo positivo y la nº 12 al negativo de la pila o fuente de alimentación de 4,5 voltios de corriente continua. Así mismo unimos con otro puente los dos transistores del montaje Darlington, a través de las clemas nº 3 y 5, y la nº 6 con la nº 8.Por último tenemos el puente de hilo conductor entre las clemas nº 1 y 7.
Fig nº 10 Esquema del montaje
Nº FEBRERO DE 2009
C/ Recogidas Nº 45 - 6ºA 18005 Granada [email protected]
ISSN 1988-6047 DEP. LEGAL: GR 2922/2007
Unimos las clemas nº 2 a una sonda y a la base del primer transistor, los colectores de los transistores lo unimos a las clemas nº 3, 6, y 9.Las bases de estos transistores se conectan a su vez a las clemas nº 2, 5 y 8. La resistencia fija de 120 ohmios se conecta a las clemas nº 9 y 11, el diodo rojo se une a las clemas nº 11 y 12. Debemos tener cuidado para no tocar la sonda con un componente, por lo cual debe estar aislado.
Fig nº 11 Esquema eléctrico: montaje Darlington
17
Nº FEBRERO DE 2009
C/ Recogidas Nº 45 - 6ºA 18005 Granada [email protected]
ISSN 1988-6047 DEP. LEGAL: GR 2922/2007
Si alimentamos al circuito y cogemos un material sintético, frotándola con rapidez con trozo de tela, acercándolo a la sonda y alejándola de forma inmediata, veremos que el led se ilumina cada vez que se aleja este material. El diodo se ilumina mientras que el primer transistor recibe corriente de base, tiene que pasar corriente en la sonda. Se debe a que al frotar el material con un tejido, éste cede electrones el mismo y se carga el trozo de tela de carga positiva, acercándola al hilo de sonda, los electrones del hilo son atraídos por el trozo de tela. Si la tela es apartada de forma rápida, los electrones tienen un movimiento inverso y volverán al lugar que ocupaban al principio, significando que pasa corriente por el hilo de la sonda. Esta corriente es muy pequeña, aunque suficiente para hacer posible que se ilumine el diod led en el montaje Darlington. Estos montajes se emplean con mucha frecuencia, utilizando transistores BC 517. Los cuales tienen Una apariencia idéntica a los transistores normales, y se emplean de la misma forma. Evaluación Seguiremos los siguientes criterios que contemplen el trabajo:
- Funciona de forma correcta el trabajo. - El alumnado sabe redactar la memoria descriptiva. - Si se realiza variaciones cómo describirlo. - ¿Cómo se plantea el trabajo en caso de repetirlo? - Estudio de los distintos tipos de análisis: funcional, fiabilidad, fácil empleo, estética, solidez,
precisión, coste, etc.
18
Nº FEBRERO DE 2009
C/ Recogidas Nº 45 - 6ºA 18005 Granada [email protected]
ISSN 1988-6047 DEP. LEGAL: GR 2922/2007
19
- ¿Comprende el alumno, el montaje Darlington, y para que se emplea? - ¿Sabría el alumno volver a montarlo con el esquema de montaje, y el esquema eléctrico? - ¿Podría interpretar por que, en un caso se enciende el diodo con menos fuerza, y en otro con
más fuerza? -
Actividades Se puede proponer una serie de actividades que puede plantear el docente, como por ejemplo:
• Representa en tu cuaderno el esquema de los transistores bipolares, nombra y representa sus terminales.
• Representa en tu cuaderno el esquema de los transistores bipolares, nombra y representa sus terminales.
• Pon el valor numérico de las siguientes resistencias, y de forma viceversa la tres últimas que se indican.
Ro - ro - na = ____________ = ____________ Am - vi - ma = ____________ = ____________ Ma - ne - ve = ____________ = ____________ Ro - vi - ro = ____________ = ____________ Na - bi - na = ____________ = ____________ ___- ___- ____ = 4700 Ohm = 4,7 kOhm. ___- ___- ____ = 120 Ohm = 0,12 kOhm. ___- ___- ____ = 2700 Ohm = 2,7 kOhm.
• Busca información de los diodos leds, características, propiedades, etc.
Conclusión Con estas experiencias, conseguimos que el alumnado sienta cierta inclinación y curiosidad por el mundo de la electrónica. Así mismo servirá para posterior formación en ciclos formativos, tanto de nivel medio como superior, bachillerato, y carreras técnicas. Para el profesorado sirve para reafirmar los conocimientos adquiridos, y su posible aplicación en el aula –taller de Tecnología. Sirve como instrumento de evaluación de los conocimientos adquiridos por el alumnado en las unidades didácticas explicadas.
Bibliografía
- Joseph, A.T. (1969).Teoría y problemas de circuitos eléctricos. Serie Schaum. México: Minister.
- García Trasancos, J. (2003). Electrotecnia. Madrid: Paraninfo Cengage Learning.
Nº FEBRERO DE 2009
C/ Recogidas Nº 45 - 6ºA 18005 Granada [email protected]
ISSN 1988-6047 DEP. LEGAL: GR 2922/2007
20
--Zbar, P.B. y Sloop, J.G. (1984). Prácticas fundamentales de electricidad y electrónica. Madrid:
Marcombo Boixaren.
- García, F.y González, E. (1987) Electricidad- electrónica básica. Un enfoque experimental. Córdoba:
Cep de Córdoba. Consejería de Educación. Junta de Andalucía.
Autoría
· Nombre y Apellidos Juan Andrés de Alba Moreno · Centro, localidad, provincia I.E.S. Aljanadic Posadas (Córdoba). · E-MAIL: [email protected]
Nº FEBRERO DE 2009
C/ Recogidas Nº 45 - 6ºA 18005 Granada [email protected]
ISSN 1988-6047 DEP. LEGAL: GR 2922/2007
21
