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Electrónica fácil 1
electrónica
          fácil
                     Director técnico y redacción de textos
                                 Aurelio Mejía M.

                               Director comercial
                              Gabriel Jaime Mejía M.


                                     Portada
                 Israel Henao con un técnico en Metalandes - Elico


                    Registro de Propiedad Intelectual y Prensa,

              Resolución 205 del Ministerio de Gobierno de Colombia


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


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


      Versión PDF (enero 2006) de la edición 16 original de Marzo de 1988




ELECTRÓNICA FÁCIL fue una publicación trimestral editada e impresa en Medellín,
Colombia. Actualmente sólo es posible conseguir por Internet los 40 números que
fueron editados, ya que la versión impresa se agotó.



                                  Aurelio Mejía
                            amejiamesa@epm.net.co
                              Medellín, Colombia

       Se permite la distribución gratuita de esta publicación por Internet

                                        1
CONTENIDO
NOCIONES BÁSICAS
  Origen de la electricidad/Aurelio Mejía                      7
  Los electrones, portadores de carga negativa                 14
  Electricidad dinámica, electricidad estática                 16
   Nociones elementales de electricidad/Union Carbide-Texas     19
   Energía, trabajo y potencia/Aurelio Mejía                    23
   Cómo hacer que la electricidad lleve potencia/Texas          26
   Qué es frecuencia eléctrica/Aurelio Mejía                    30
   Cómo se controla la potencia/Texas Instruments               32
   Podemos almacenar la energía eléctrica / Aurelio Mejía       34
   Qué es un circuito eléctrico                               . 39
   Resistencia, reactancia, impedancia: un trabalenguas         47
   Cómo influye la frecuencia en la reactancia capacitiva       48
   La inducción electromagnética                                50
   La saturación del núcleo y la reactancia inductiva           55
   Cómo influye la frecuencia en la reactancia inductiva        56
   Qué es un transformador                                      57
   Cómo interpretar los diagramas                               58
   El diodo, un rectificador de corriente alterna               79
   Rectificación de onda completa                               85
   El diodo zener                                               88
   El LED, un diodo emisor de luz                               90
   El transistor, un amplificador de estado sólido              92
   Código de colores para los resistores y condensadores        102
   Cómo interpretar los diagramas en circuitos prácticos        106

DE INTERÉS GENERAL
   Mendeléiev y su principal descubrimiento /Sputnik            10

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

  Libros de Aurelio Mejía                                       111
Introducción
   Esta es una revista escrita para los       mos nuestras explicaciones en hechos
que no sabemos electrónica. Por consi-        comunes de la vida diaria.
guiente, evitaremos las explicaciones
académicas y el uso de las fórmulas              Como podrás apreciar en cada uno
matemáticas, las cuales no comprende-         de los fascículos de Electrónica Fácil,
mos la mayoría de nosotros, los que           procuramos que su lectura sea amena
gustamos de las cosas que podemos             y de interés para los principiantes, los
practicar, tocar, ver, etc. Si bien es        aficionados, los técnicos y los profe-
cierto que los procesos matemáticos           sionales. Es por eso que la revista tiene
son indispensables para el diseño elec-       temas teóricos, informativos y socia-
trónico, procuraremos suministrar cir-        les, además de infinidad de circuitos
cuitos prácticos ensayados, y basare-         para la experimentación.




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




                                          5                                 Electrónica Fácil 1
Todos hemos sido
            principiantes
    Una de las cosas más frustrantes es           La versión que conocemos fué
leer algo que no entendemos, o que             editada por Editorial Diana, cuya
nos cuesta dificultad comprender,              dirección es: Roberto Gayol 1219,
pues nos parece que hemos llegado ya           Esq. Tlacoquemécatl, México 12, D.F.
al final del camino, y pensamos que, si
no entendemos esto, mucho menos                   Electricidad Básica y Electrónica,
entenderemos lo que sigue. Puesto              Serie Uno Siete, son también dos bue-
que nosotros también hemos pasado              nas colecciones para la biblioteca de
por tal situación, aconsejamos hacer           todo colegio técnico.
inicialmente una lectura rápida del
conjunto del tema, tomando en cuen-
ta solamente los títulos y la ¡dea bá-            Electricidad Básica consta de 5 vo-
sica de los párrafos. Después, si nos          lúmenes y fue escrita originalmente en
interesa o lo necesitamos para com-            1954 para el ejército de los Estados
prender algo más complejo, releemos            Unidos, por la firma Van Valkenburgh,
el artículo y tratamos de aprender ca-         Nooger and Neville, de New York. Ac-
da uno de los términos allí expresados.        tualmente se consiguen ediciones re-
                                               cientes en Español, de las cuales cono-
                                               cemos la de la Compañía Editorial
   En Electrónica Fácil procuramos             Continental, Calz. de Tlalpan Número
que ninguna de las lecciones sea im-           4620, México 22, D.F.
prescindible para el entendimiento
de los fascículos siguientes. Es por
ello que con alguna frecuencia, al                Electrónica Uno Siete es una exce-
tratar temas un poco complejos,                lente serie en siete tomos de aproxi-
repasamos los conceptos básicos que            madamente 140 páginas cada uno,
pueden ser de utilidad para el prin-           donde se explican de manera muy cla-
cipiante.                                      ra todas las señales electrónicas, los
                                               tipos de modulación, semiconducto-
   Para aquellos que desean conseguir          res, amplificadores, osciladores, ante-
un texto que explique de manera clara          nas, líneas de transmisión, etc. La ver-
y con ejemplos sencillos toda la teoría        sión original fué editada por Hayden
básica sobre electricidad y electrónica,       Book Company, y una de las versio-
recomendamos el libro "Introducción            nes en español fue hecha en 1976 por
a la Electricidad y a la Electrónica",         Editorial Limusa, Arcos de Belén Nú-
traducido al español por José Meza             mero 75, México 1, D.F.
Nieto del original en inglés escrito por
Orla E. Loper v Arthur F. Ahr de New
York.

                                           6
Origen
            de la electricidad
                                                                     Aurelio Mejía M.

    No podemos afirmar a ciencia cierta          Posteriormente se descubrió que
 a partir de qué momento el hombre            muchos materiales diferentes al elek-
 descubrió el fenómeno al que poste-          tron también adquirían el poder de
 riormente habríamos de llamar electri-       atraer diversas partículas livianas, tales
cidad, pero existen evidencias de que         como trocitos de papel, de corcho,
 600 años antes de Cristo fue observa-        etc., al ser sometidas a frotamiento
 do dicho fenómeno por un filósofo            con pieles, sedas, vidrio, etc.
 griego, Thales de Mileto, quien descu-
 brió un misterioso poder de atracción           Por simple relación con el fenóme-
y de repulsión cuando frotaba un trozo        no del elektron, se adoptó el término
de ámbar amarillo con una piel o una          "electrizado" para indicar que un cuer-
tela. Esta sustancia resinosa, denomi-        po cualquiera había adquirido la mis-
nada ELEKTRON en griego, dio ori-             ma y extraña propiedad de aquel. Hoy
gen al nombre de la partícula atómica         tú puedes electrizar el peine y atraer
ELECTRON, de la cual se deriva el             hacia éste pequeños trozos de papel li-
término ELECTRICIDAD.                         viano; para ello, basta con peinarte el
                                              cabello en un ambiente seco. También,
                                              puedes observar el fenómeno en los
                                              discos de música, cuando los sacas de
                                              su cubierta, o cuando los retiras del
                                              tocadiscos: Atraen los vellos de tu piel,
                                              y el polvo del ambiente.

                                                 LA ELECTRICIDAD ESTA EN
                                                 TODAS PARTES

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

                                                 Cuando hablamos de vapor, lluvia,
               Figura 1                       hielo, río, mar, etc., indiscutiblemente


                                          7                             Electrónica Fácil 1
nos estamos refiriendo al agua en una           mentos básicos conocidos, en la natu-
cualquiera de sus manifestaciones o es-         raleza se forman todos los materiales o
tados. Pues bien, cuando escuchemos             compuestos que vemos, olemos y pal-
las palabras electrostática, electrodiná-       pamos, tales como el aire, la sal de co-
mica, corrientes alternas, piezoelectri-        cina, la madera, el agua, la arena, los
cidad, etc., se están refiriendo a deter-       huesos, la carne, los jabones, los áci-
minados comportamientos de los elec-            dos, los plásticos, etc.
trones en el espacio, en un material,
en un medio, etc.                                   En otras palabras, si dividimos por
                                                la mitad un trozo de cualquier mate-
   Son electricidad los rayos de las tor-       rial o compuesto, y sucesivamente di-
mentas, y las chispas que suenan cuan-          vidimos a su vez una de las mitades re-
do nos quitamos en la noche ciertos             sultantes, llegará el momento en el cual
vestidos de material sintético; generan         obtengamos una molécula, o sea la mí-
electricidad los peces llamados angui-          nima parte en que se puede dividir un
las, y los cerebros nuestros para orde-         compuesto químico y poder seguir
nar al cuerpo sus movimientos; se pro-          conservando todavía sus propiedades
duce electricidad cuando se sumergen            físicas y químicas originales, tales co-
dos metales diferentes en una solución          mo el color, sabor, olor, etc.
ácida o alcalina, fenómeno que tam-
bién produce la corrosión de los empa-             Si nos aguijonea la curiosidad, y re-
tes de conductores eléctricos diferen-          solvemos dividir la molécula, obten-
tes cuando se les deja expuestos a la ac-       dremos dos o más elementos con pro-
ción de la lluvia y los ácidos produci-         piedades usualmente muy distintas.
dos por los vapores que escapan de los          Aunque en la naturaleza existen milla-
motores de los vehículos; se produce            res de moléculas, solamente se cono-
electricidad en ciertas sustancias cuan-        cen unos 105 elementos, naturales y
do reciben luz, por lo cual se dice             artificiales. Cuando un material tiene
que tienen efecto fotovoltáico; tam-            todas sus moléculas formadas de un
bién, se genera electricidad cuando             mismo elemento, se dice que es puro.
un conductor es sometido a la acción            Tal es el caso del cobre, el oro, el alu-
de las líneas de fuerza de un campo             minio, el manganeso, el helio, el oxí-
magnético de intensidad variable, o             geno, el sodio, el nitrógeno, etc. y los
cuando se hace presión sobre las caras          demás elementos químicos que apare-
de ciertos cristales, efecto más conoci-        cen en la tabla periódica ideada por el
do como piezoelectricidad.                      ruso Dmitri Mendeléiev (1834-1907).
                                                Todos los átomos de un mismo ele-
                                                mento son teóricamente iguales, aun-
  ESTRUCTURA BÁSICA DE LA                       que pueden tener pequeñas diferencias
  MATERIA                                       en cuanto a la cantidad de electrones
                                                se refiere.
   Así como los diversos colores y ma-
tices se pueden obtener con la mezcla               Un ejemplo típico para ¡lustrar la
apropiada de unos pocos colores deno-           diferencia entre molécula y elemento,
minados primarios (usualmente amari-            es la sal común de cocina. Como tal,
llo-azul-rojo para pinturas, y verde-           es parte indispensable para la prepara-
azul-rojo para luces), así también, mez-        ción de muchos alimentos, y está cons-
clando apropiadamente unos 105 ele-             tituida por moléculas de color blanco.

                                            8
(Tabla tomada del Diccionario
                                       Figura 2                             LAROUSSE)

unidas formando cristales. Sin embar-          vianas girando como trompos -Spin- y
go, cada molécula de la sal está inte-         dando vueltas alrededor de un núcleo
grada por un átomo del elemento So-            grande y pesado, tal como lo hacen
dio y por un átomo del elemento Clo-           los planetas alrededor del sol), proto-
ro. El Sodio (Na) es un metal de color         nes (esferas grandes ubicadas en el nú-
gris, altamente mortal, pues reacciona         cleo del átomo; pesadas y de propieda-
violentamente al contacto con el agua.         des eléctricas contrarias a las de los
El Cloro, por su parte, es un gas de           electrones), neutrones (también en el
color verdoso, utilizado en los acue-          núcleo, pero sin carga eléctrica cono-
ductos para matar los microbios del            cida), neutrinos (partículas muy livia-
agua.                                          nas y sin carga), mesones (partículas
                                               radioactivas con una masa 200 ó 300
   Puesto que en la antigüedad se con-         veces mayor que la del electrón, pero
sideraba que ya no podía haber más             con una carga igual a la del mismo, y
división a partir de allí, se le dio el        otras más que no nos interesa conocer
nombre de átomo a cada uno de los              por ahora.
elementos que conforman la molécu-
la, pues esta palabra significaba "indi-          Las partículas del núcleo están liga-
visible" en su idioma. Con los instru-         das entre sí por una gran cantidad de
mentos de la ciencia actual se ha com-         energía, parte de la cual se libera cuan-
probado que el átomo es divisible, y           do se produce alguna división (fisión)
que está formado por varias partícu-           o agregado de partículas (fusión), y
las muy diferentes entre sí, tales como        por su procedencia recibe el nombre
electrones (esferas muy pequeñas y li-         de energía atómica.

                                           9                             Electrónica Fácil 1
Electrones                                  nes en el núcleo de cada átomo. Por
                                             consiguiente, los átomos de dos ele-
                                             mentos diferentes se distinguen por la
                                             cantidad de protones en su núcleo.

                                                El primer elemento es el hidrógeno,
                                             con un protón como núcleo, y un elec-
                                             trón girando a su alrededor. El elemen-
                                             to 29 es el cobre, y tiene 29 protones
                                             y 29 electrones. Dado que la masa del
                                             electrón es despreciable, el elemento
                                             sigue conservando sus propiedades fí-
                                             sicas aunque en un instante dado no
 Átomo
               Figura 3                      corresponda el número de electrones
                                             con la cantidad de protones del núcleo.
   La tabla periódica de Mendeléiev          Cuando tal cosa ocurre, se dice que el
tiene organizados los elementos quí-         átomo está eléctricamente cargado, en
micos en forma ascendente según su           sentido positivo cuando hay faltante,
masa atómica, correspondiendo su nú-         y en sentido negativo cuando hay ex-
mero de orden a la cantidad de proto-        ceso de electrones.




                Mendeléiev
               y su principal
              descubrimiento


                                                        En 1984, se cumplieron 150
                                                        años del nacimiento de
                                                        Dmitri Mendeléiev (1834-1907),
                                                        uno de los grandes pensadores
                                                        en la historia de la humanidad.
                                                        Llevan su nombre una
                                                        cordillera del océano Glacial
                                                        Á r t i c o , un volcán activo, un
                                                        cráter lunar, un mineral, un
                                                        elemento químico que lleva el
                                                        número 101 en su tabla
                                                        periódica de los elementos. . .


                                        10
ánimo... Su voz era baja pero sonora
                                                y clara; su tono cambiaba mucho...

                                                   "Maldice a diestra y siniestra y te
                                                sentirás bien", decía Mendeléiev, por
                                                supuesto que en broma. Jamás regaña-
                                                ba a nadie a sus espaldas, y siempre se
                                                interponía ante quienes osaban hablar
                                                mal de quien no estaba presente. "Cuan-
                                                do no se es capaz de decir las cosas de
                                                frente mejor callarse la boca",
                                                "¡Cuesta tanto ser h o n r a d o ! "

                                                   Todos los autores de memorias es-
                                                criben que con suma facilidad comen-
                                                zaba a hablar a gritos, aunque en esen-
Valentín RICH                                   cia era una buena persona, solo que te-
De la Revista JIMIA I ZHIZN                     nía un sistema nervioso extremada-
Artículo reproducido de                         mente sensible.
SPUTNIK (Selecciones de la prensa
soviética). Diciembre 1984                         No se exceptúa que los caracteres
                                                congénitos de su personalidad se de-
   Los años 70 del siglo XIX tocaban a          ban en parte a que era el último vásta-
su fin. Para ese entonces, la humani-           go de una familia de 17 hijos. Hoy día
dad ya contaba con tres obras grandio-
                                                se cree que la posibilidad de mutacio-
sas -cual puentes sobre un profundo
                                                nes en la descendencia aumenta en re-
abismo- acerca del pensamiento, la so-
                                                lación con la edad de los padres.
ciedad y la naturaleza: La ciencia de la
lógica, de Jorge Hegel (1770-1831), El
capital, de Carlos Marx (1818-1883) y              Durante toda su vida siempre hizo
el El origen de las especies por medio          las cosas -tanto simples como impor-
de la selección natural de Carlos Darwin        tantes- a su manera. Claro está que ir
(1809-1882). Faltaba descubrir los              por un camino conocido resulta más
misterios de la substancia.                     fácil, pero la química era algo nuevo,
                                                joven y en la juventud todo envejece
   A los 33 años. Dmitri Mendeléiev             rápido. Por ejemplo, como no pudo
fue designado profesor de química ge-           encontrar nada de valor científico en
neral en la Universidad de San Peters-          los libros sobre química orgánica edi-
burgo*. Muchos decían que este joven            tados en Rusia y Europa escribió - en
de melena larga y vaporosa alrededor            dos meses de apasionado trabajo dia-
de su amplia y blanca frente, expresi-          rio (12 página en 24 horas)-, un curso
vo y vivo, de penetrantes ojos azules           universitario de 30 pliegos basado en
se parecía a Garibaldi. Durante las             principios totalmente nuevos. No de-
conversaciones siempre gesticulaba.             seaba condicionar el orden del día a
Los amplios, rápidos y nerviosos mo-            semejante bagatela como la rotación
vimientos denunciaban su estado de              de la Tierra alrededor de su eje; por
                                                eso, trabajaba treinta o cuarenta horas
*   Actualmente Leningrado                      seguidas. Y podía dormir otras tantas.


                                           11                            Electrónica Fácil 1
Desde sus años estudiantiles, Men-              Mendeléiev creía en la intuición y la
deléiev buscaba la relación entre los            utilizaba conscientemente en diferen-
elementos. Hacía ya 15 años que acu-             tes aspectos de su vida. "Cuando de-
mulaba materiales, hechos, conocimien-           bía resolver un problema difícil e im-
tos. Pensaba en cómo colocar en un               portante -recuerda su esposa Anna- a
sistema único las islas y los archipiéla-        paso muy rápido y ligero venía a don-
gos químicos. Últimamente, por mu-               de yo estaba, me planteaba el proble-
chas y diferentes cosas que tuviera que          ma y pedía una respuesta inmediata.
hacer, nunca dejaba de pensar en ello.           'No pienses, no pienses', repetía una y
                                                 otra vez. Mi respuesta era decisiva..."
   Es extraordinario combinar sus idea-
les con el natural desarrollo de la vida             Para aquel entonces, de los 92 ele-
práctica. Muchos lo que hacen es sim-             mentos que se encuentran en la natu-
plificar su vida al máximo para con-              raleza, se conocían tan solo 62. Ade-
centrarse totalmente en lo ideal y es-            más, al didimio lo consideraban una
piritual. Dmitri Ivánovich tenía tiem-           substancia simple, cuando en realidad
po para todo: tanto para su trabajo en           es una mezcla de dos elementos deno-
la mejor cátedra de química de Rusia,             minados más tarde neodimio y praseo-
como para su numerosa familia y su               dimio. Los pesos atómicos de por lo
hacienda con campos experimentales,               menos 10 elementos habían sido deter-
unos de los primeros en Rusia. (¿Aca-            minados aún con graves errores debido
so no se podría con la ayuda de la quí-          a que los químicos conocían poco es-
mica hacer retroceder el agotamiento             tas substancias. Así, pues, la persona
de la tierra?).                                  que tenía pensado disponer correcta-
                                                 mente los elementos químicos en co-
                                                 rrespondencia con sus pesos atómicos
   De la ciencia uno se puede ocupar             contaba sólo con el 57% de las 92 s u s -
en cualquier lugar. La ciencia es una            tancias necesarias.
amante que lo abraza en todos lados
con tal de que no la apartemos... Men-
                                                    17 de febrero de 1869, Mendeléiev
deléiev.
                                                 debía partir de San Pertersburgo a la
                                                 provincia de Tver para examinar las
   Según Mendeléiev, 1860 -año en que            queserías y dar sus recomendaciones
tuvo lugar el congreso de químicos en            con respecto a cómo modernizarlas. El
Karlsruhe-, fue decisivo en el desarro-          tren partía al atardecer.
llo de sus reflexiones sobre la ley pe-
riódica.                                            En la historia de la ciencia son muy
                                                 raros los casos en que quedan huellas
                                                 palpables del pensamiento que condu-
   "La idea sobre la periodicidad de
                                                 jo a un valioso descubrimiento.
las propiedades de los elementos au-
mentando el peso atómico ya enton-
ces, en esencia se me presentaba inte-             Este es uno de esos casos: la nota
riormente", escribía. Pero con la con-           que recibió Mendeléiev en la brumosa
vicción intuitiva no se convence a los           mañana del 17 de febrero antes del de-
otros, por mucho que con ella haya               sayuno; las huellas de la taza dejadas
comenzado la historia de numerosos               en ella y el escrito de la idea que pasó
descubrimientos.                                 por su mente: unos símbolos quími-

                                            12
cos, unas cifras, una escritura rápida,          tarjetas, abrió su libro en las páginas
unas correcciones... Caos...                     necesarias y comenzó simbólicamente
                                                 a jugar a los naipes.
   Luego tomó una hoja de papel en
blanco -que se conserva hasta hoy día-               ¡No es difícil imaginar con qué ale-
y bosquejó en ella una debajo de otra            gría sacaba este extraordinario solita-
las filas de símbolos y pesos atómicos.          rio! ¡Con qué rapidez ponía a los
                                                 "seis", los "siete", las "damas" y los
   Una idea adelantaba a la otra; la             "reyes", es decir, los sencillos azufre e
mano no alcanzaba a la ¡dea; los nú-             hidrógeno, la plata preciosa y el oro
meros se interponían; la armonía re-             brillante! Siempre los percibió casi
trocedía ante el caos de las correccio-          igual que a las personas.
nes.
                                                     ¡Evidentemente el solitario había
   Cogió otra hoja y comenzó a copiar            salido! Las primeras seis filas se forma-
lo escrito, haciendo nuevos cálculos y           ron sin escándalos y en el siguiente or-
transposiciones. Esta hoja también se            den: los alcalinos, los halógenos, el
convirtió en un jeroglífico. ¡Así no             oxígeno y sus parientes, la familia del
saldría nada!                                    nitrógeno y el fósforo, la del carbono
                                                 y el estaño... Entre el silicio y el esta-
   Las agujas del reloj seguían su paso          ño quedaba un lugar vacío: el naipe
sin detenerse. En la tarde debía partir.         con peso atómico 70 no se hallaba en
Ya había encontrado lo principal. Pe-            el juego. ¿Y quién dijo que nuestro
ro a todo esto debía darle una forma             juego está completo? Cada año alguien
lógica y clara. Imagínese como él, de-           descubre un nuevo elemento.
sesperado y furioso, a paso ligero y rá-
pido recorría el gabinete en busca del              Había también elementos "testaru-
método apropiado para componer lo                dos" que confundían su " p a l o " quí-
antes posible el maldito sistema.                mico o les era imposible encontrar su
                                                 lugar en la fila. Tampoco sabía dónde
    El pupitre. El mechero de gas. El di-        poner a los elementos poco estudia-
ván. Los armarios con libros. Las ma-            dos: el rodio, el rutenio, el tantalio, el
traces con retortas. La balanza. Una             torio, el circonio, el lantano.
pila de libros de la primera edición de
su famosa obra Fundamentos de la                    ... Y de nuevo cogía la pluma para
química (la segunda ya estaba en im-             escribir en la hoja columnas de cifras.
prenta, solo faltaba que su autor inser-         Una y otra vez dejaba de anotar, per-
tara la solución definitiva del proble-          plejo, armaba un cigarrillo y fumaba
ma) con olor a cola y pintura de tipo-           hasta que se le nublaba la vista...
grafía. Una resma de papel. El baúl ya
listo para el viaje. La ropa sin acomo-             Al final, sus ojos se pegaron, se tiró
dar. Un tomo de Julio Verne. Una ba-             en el diván y se durmió como un tron-
raja, para sacar solitarios, que siempre         co. Esto no era raro en él. Pero esta
llevaba consigo durante los viajes. Un           vez durmió poco, quizá unas horas o
paquete de tarjetas de visita.                   quizá unos minutos. No quedó ningún
                                                 testimonio al respecto. Se despertó
  '" ¡Y por fin sus ojos hallaron lo             después de ver, en sueños, a su solita-
que necesitaba!... Cogió una pila de             rio hecho, no como lo había dejado


                                            13                             Electrónica Fácil 1
sobre la mesa, sino en forma lógica. En          en su peso atómico y propiedades quí-
seguida se levantó y comenzó a consti-           micas- en ruso y francés. Puso la fe-
tuir una nueva tabla que se distinguía           cha: 17 de febrero de 1869...
de la primera en lo siguiente: primero,
los elementos se disponían de menor a               El Experimento estaba lejos de ser
mayor (y no en el orden inverso); se-           exacto. De los 66 elementos puestos
gundo, en todos los lugares vacíos po-          en filas solo 48 estaban colocados co-
nía signos de interrogación y cifras.           rrectamente. Si se agrega a estos 26
                                                elementos más, desconocidos en aque-
    Durante mucho tiempo el cuento              llos tiempos, la relación entre lo correc-
de Dmitri Mendeléiev acerca de la ta-           to e incorrecto era de 48:44. Los cons-
bla vista en sueños lo tomaron como             tructores saben que para la primera
anécdota. Encontrar algo racional du-           muestra de una nueva máquina esta re-
rante el sueño se consideraba supersti-         lación es natural. Pero si así funciona,
cioso. Hoy día, la ciencia no pone ba-          ya es una excepción. En el mejor de
rreras entre los procesos que se reali-         los casos los primeros aviones saltaban
zan en la conciencia y la subconcien-           un poco. Las primeras lámparas incan-
cia. Tampoco consideran sobrenatural            descentes se quemaban enseguida.
que el cuadro que no se formó duran-
te la reflexión conciente se haya cons-             ¡Pero el primer modelo experimen-
tituido en la subconciencia.                    tal de la tabla periódica de los elemen-
                                                tos funcionaba! El puente tendido a
   Mendeléiev hizo algunas correccio-           través del abismo de lo desconocido
nes en la tabla, tachó un elemento su-          aún se balanceaba bajo los pies, dejan-
perpuesto entre el nitrógeno y el litio.        do al descubierto numerosos agujeros.
Escribió su título -Experimento para            Pero los valientes ya podían cruzar el
sistematizar los elementos basándose            abismo por él.




           Los electrones,
             portadores
          de carga negativa
                                                                      Aurelio Mejía M.

   Por denominación puramente con-                 Así como los polos de igual signo
vencional y arbitraria, de manera simi-         de un ¡man se rechazan, y los contra-
lar a como se denominó polo sur y po-           rios se atraen, así también los electro-
lo norte a los extremos de atracción            nes se repelen entre sí, pero son atraí-
de los ¡manes, se llamó carga negativa          dos por los protones hacia el núcleo,
a la propiedad del electrón, y carga            evitando que sean lanzados al espacio
positiva a la del protón.                       en virtud de la fuerza centrífuga.

                                           14
Puesto que en la última órbita nun-
                                                  ca pueden haber más de 8 electrones,
                                                  es común encontrar átomos con su pe-
                                                  núltima capa incompleta aunque ten-
                                                  gan los electrones suficientes para lle-
                                                  narla. Pensemos, por ejemplo, en el
                                                  elemento número 28 (níquel), el cual
                                                  dispone en su estado eléctrico neutro
                                                  de 28 electrones para repartir según el
                                                  patrón establecido, de la siguiente ma-
                                                  nera: 2 + 8 + 18. Sin embargo, para
                                                  cumplir el requisito de que la última
                                                  capa no debe pasar de los 8 electrones,
                                                  se establece una cuarta órbita con al-
                                                  gunos de los 18 de la tercera.

                                                     LAS MOLÉCULAS TAMBIÉN
                                                     TIENEN UN LÍMITE DE 8

                                                     Hasta ahora hemos mencionado que
   Debido a los patrones de fuerzas re-           existen los electrones, partículas ató-
sultantes de la repulsión mutua entre             micas pequeñísimas dotadas de movi-
los electrones (por tener cargas negati-          miento rotatorio a manera de trom-
vas iguales) y de su atracción hacia el           pos (efecto conocido como "Spin") y
núcleo (por acción de los protones, con           de movimiento de traslación alrededor
carga positiva), los electrones se distri-        de un núcleo. También hemos dicho
buyen en las órbitas formando capas               que a su poder de atracción y de re-
cada vez más alejadas del centro. Re-             pulsión se le ha denominado carga
sulta interesante anotar que cada capa,           eléctrica negativa, y que es contraria y
según su número de orden a partir de              de igual intensidad a la carga de los
la más cercana al núcleo, no puede al-            protones, razón por la cual tienden a
bergar más de un número determinado               cancelarse mutuamente sus efectos.
de electrones, ni tampoco puede tener             Dicho de otra manera, el átomo se
más de 8 electrones en su órbita o ca-            considera eléctricamente neutro cuan-
pa exterior.                                      do sus cargas negativas (electrones)
                                                  son ¡guales a las cargas positivas (pro-
   El patrón de distribución de los elec-         tones).
trones en las capas es igual para todos
los elementos, diferenciándose uno de                La tendencia de los átomos a tener
otro solamente en la cantidad de capas            8 electrones en su órbita externa, de-
y el total de electrones. Así, por ejem-          nominada capa de valencia, es lo que
plo, en la primera capa u órbita no se            los hace unirse y formar las moléculas.
admiten más de 2 electrones. En la se-            De esta manera comparten sus electro-
gunda nunca pueden haber más de 8,                nes externos, los cuales se mueven
ni en la tercera más de 18. En la cuar-           ahora formando una órbita común
ta y en la quinta solo se reciben hasta           que envuelve al conjunto. Según la
32, y en la sexta no se permiten más              configuración de esta órbita se for-
de 18.                                            man las uniones amorfas y las uniones

                                             15                            Electrónica Fácil 1
cristalinas. La fuerza del ligamento re-          tro en el cual se anuncia una gran pelí-
cibe el nombre de "cohesión molecu-               cula. Al comienzo hay muchas sillas
lar".                                             vacías, razón por la cual es positivo
                                                  que usted puede conseguir boleto para
    Las moléculas de estructura cristali-         entrar. Llegado cierto momento se co-
na (de forma simétrica, a manera de               pa la capacidad de la silletería y todas
cubos, polígonos, etc.) presentan pro-            las demás personas que siguen entran-
piedades eléctricas muy utilizadas en             do se tienen que estar de pie. Por lo
la fabricación de cristales para circuitos        visto, el teatro está sobrecargado nega-
osciladores, en las cápsulas fonocapto-           tivamente, y permanece así hasta que
ras de los tocadiscos, en los dispositi-          se termine la película, instante en el
vos a base de ondas acústicas superfi-            cual se produce un tumulto que cami-
ciales (tales como los filtros SAW usa-           na rápido hacia las puertas de salida.
dos en los televisores a color), en algu-         Los cuerpos cargados con electricidad
nos tipos de micrófonos y de parlan-              estática también la pueden descargar
tes, etc.                                         en un momento dado, y producir tem-
                                                  poralmente una corriente o flujo de
                                                  electrones.
   ELECTRICIDAD DINÁMICA,
   ELECTRICIDAD ESTÁTICA                            BUENOS CONDUCTORES
                                                    ELÉCTRICOS
    Si hacemos mover las partículas de
carga a lo largo de un medio conduc-                  Los átomos que solamente tienen
tor, estamos produciendo lo que se co-            un electrón en su órbita externa tien-
noce como "corriente eléctrica". Po-              den a soltarlo con facilidad. Además,
demos imaginar que la corriente eléc-             y puesto que tienen 7 espacios dispo-
trica es algo así como una multitud de            nibles, pueden alojar temporalmente
personas visitando una exposición de              otros electrones libres que provengan
obras de arte en un museo. Hacen una              de átomos vecinos. Por su gran capaci-
línea, avanzan, se detienen y miran,              dad para ceder y recibir electrones se
continúan caminando y salen por la                les denomina buenos conductores de
puerta al final de la galería. Sí, los            electricidad, tanto dinámica como es-
electrones también pueden avanzar en              tática.
forma continua, o detenerse a interva-
los denominados pulsos, o alternar su
                                                     Entre el grupo de los buenos conduc-
sentido (devolverse).
                                                  tores están la plata (Ag), el cobre (Cu), el
                                                  oro (Au) y el aluminio (Al). Con tales
   También podemos quitar o agregar                materiales se fabrican las líneas de
muchos electrones a un trozo de ma-               conducción (alambres) y también las
terial, para romper el equilibrio entre           placas para los condensadores que
las cargas positivas y negativas de los           habrán de almacenar energía en forma
átomos, y al hacerlo estamos generan-             de electricidad estática. Por tener el oro
do lo que se denomina electricidad es-            muchas capas orbitales y su electrón
tática.                                           externo muy lejos del núcleo que lo atrae,
                                                  y por ser inmune a la oxidación, se le
   Podemos entender más fácilmente                emplea en la fabricación de circuitos
lo anterior si nos imaginamos un tea-             integrados.


                                             16
CONDUCCIÓN IÓNICA                              la base de la galvanoplastia, un méto-
                                                 do electroquímico para hacer recubri-
    Hasta ahora hemos definido la co-            mientos metálicos en piezas, tal como
rriente eléctrica como un flujo de elec-         el cobreado, plateado, niquelado, cro-
trones continuo (constante), intermi-            mado, etc.
tente (a pulsos) o alterno (que cambia
de sentido a intervalos regulares). Sin            CAPA DE VALENCIA Y LOS
embargo, existen casos especiales en               TIPOS DE UNION
que son los átomos los que se despla-
zan de un lugar a otro llevando su car-             Los electrones que se ubican en la
ga eléctrica. Esta situación se presenta         capa externa del átomo, llamada capa
cuando el medio conductor es un gas              de valencia, reciben el nombre de elec-
o un líquido, y a tales átomos se les            trones de valencia. Su nombre provie-
denomina iones.                                  ne del griego, y significa "enganche".
                                                 Con esto se quiere dar a entender que
   Por lo común, los átomos compo-               los electrones de valencia son los que
nen moléculas eléctricamente neutras,            permiten a los átomos unirse mutua-
con igual número de electrones que de            mente. Aunque no lo necesitamos por
protones. Sin embargo, por acciones              ahora para nuestro estudio, por lo me-
químicas y eléctricas externas se pue-           nos recordemos que los átomos pue-
de romper dicha molécula, y obtener              den formar uniones metálicas, iónicas
así una parte con más electrones que             y covalentes.
protones, llamada ion negativo. Al res-
to se le denomina ion positivo, por                 La unión metálica es la que se lleva
quedar con más protones que electro-             a cabo entre átomos de elementos bue-
nes.                                             nos conductores de la electricidad,
                                                 aquellos con solo un electrón en la ca-
   A manera de ejemplo, un ion es al-            pa de valencia, y se caracteriza por un
go así como un gran corcho con un                movimiento desordenado y continuo
pequeño imán en su interior. Si lo po-           de sus electrones de valencia, pasando
nemos a flotar en un estanque con                de un átomo al siguiente para llenar
agua, se orienta hacia los polos magné-          momentáneamente las capas exterio-
ticos terrestres cual si fuese una brúju-        res de todos.
la; o podemos hacerlo alejar o acercar
cuando le aproximemos los polos nor-                La unión iónica o electrovalente es
te o sur de un imán externo. Pues bien,          la que se forma cuando se asocian áto-
de manera similar se comportan los               mos de elementos diferentes, de forma
átomos cuando les falta o llevan exce-           tal que los unos ceden electrones de
so de electrones (digamos que algo así           valencia a los otros, formándose iones
como pequeñísimos polos negativos).              positivos y negativos, los cuales se jun-
Con la aplicación de dos conductores             tan debido a la atracción entre sus car-
eléctricos a los dos extremos de una             gas de signo contrario.
vasija que contenga los iones, es posi-
ble hacer que se alejen los unos y se               La unión covalente tiene lugar entre
acerquen los otros, siguiendo aquella            átomos de elementos diferentes, pero
ley que dice: Polos o signos iguales se          en este caso, a diferencia de la unión
repelen; polos o signos contrarios se            iónica, los átomos se resisten a ceder o
atraen. Esta propiedad de los iones es           a tomar electrones de valencia, razón

                                            17                             Electrónica Fácil 1
por la cual los comparten mutuamente                Los átomos que tienen 7 electrones
para completar sus respectivas capas.           en su última capa también presentan
Por ejemplo, en el caso de dos átomos           alta resistencia a la formación de un
que tienen cada uno de a cuatro elec-           flujo electrónico, pues todos ellos es-
trones externos, tal como ocurre con            peran capturar de a un electrón para
el germanio y el silicio, entonces cada         completar los 8 que requiere la capa
átomo deja que uno de sus electrones            de valencia. Entre los elementos de es-
sea alternativamente compartido con             te grupo están el flúor, cloro, bromo,
el otro. En otras palabras, cada átomo          yodo y astatino.
conserva tres electrones en su propia
órbita, mientras los dos electrones que            En la práctica, los aislantes utiliza-
hacen el enlace pasan alternadamente            dos para interrumpir u oponer resis-
de una a otra capa de valencia.                 tencia al paso de una corriente eléctri-
                                                ca se obtienen a base de compuestos,
   ELEMENTOS AISLANTES                          con moléculas que no tengan tenden-
                                                cia a liberar o recibir electrones libres.
   Un átomo con ocho electrones de
valencia es completamente estable, y               ELEMENTOS
resistirá casi cualquier intento de qui-           SEMICONDUCTORES
tarle un electrón. Puesto que tampoco
reciben electrones libres, no permiten             Siguiendo el razonamiento anterior,
la formación de corrientes eléctricas.          es fácil deducir que los átomos con
Se dice que son los mejores aislantes,          dos electrones de valencia no son tan
y dada su alta resistencia a los cambios        buenos conductores como aquellos
en la capa de valencia, hasta hace muy          que solo tienen uno, pero si permiten
poco tiempo se creía que no se com-             el movimiento de electrones más fácil-
binaban con ningún otro elemento pa-            mente que los átomos con tres electro-
ra formar compuestos, por lo cual se            nes externos. De manera similar, los de
los llamó elementos inertes o nobles.           seis son menos aislantes que los de sie-
A esta clase pertenecen los gases helio,        te, pero más que los de cinco.
neón, argón, criptón, xenón y radón.
                                                   Aquellos elementos que están en el
                                                punto medio, con cuatro electrones de
                                                valencia, y que por consiguiente no se
                                                inclinan hacia los conductores, ni ha-
                                                cia los aislantes, reciben el nombre de
                                                semiconductores. A este grupo perte-
                                                necen el germanio y el silicio, dos ele-
                                                mentos muy utilizados en la fabrica-
                                                ción de diodos, transistores y circuitos
                                                integrados.

                                                   Mediante técnicas apropiadas se
                                                puede mejorar o modificar las caracte-
                                                rísticas eléctricas de un material se-
                                                miconductor, agregándole algunos áto-
               Figura 5                         mos diferentes que produzcan un ex-
                                                ceso o un déficit de electrones en las

                                           18
uniones. Puesto que estos materiales            de este tipo predominan las cargas po-
agregados tienden a dañar o ensuciar la         sitivas (también denominados porta-
estructura cristalina (unión covalente o        dores positivos) sobre el número de
de par electrónico) del silicio o el            electrones, a tal semiconductor se le
germanio puros, se les denomina im-             llama tipo p.
purezas, o elementos dopantes.
                                                   Cuando los átomos dopantes tienen
   Cuando el átomo utilizado como               de a cinco electrones en la capa exter-
impureza tiene solamente tres electro-          na, queda sobrando un electrón al hacer
nes de valencia forma una unión de              el enlace con los átomos del material
siete con el elemento semiconductor,            semiconductor. Estos electrones libres
razón por la cual se dice que ha queda-         extra aportan al semiconductor un
do un hueco en la retícula o red crista-        número mayor de electrones de los que
lina de los enlaces. Las impurezas tri-         tendría normalmente, por lo cual recibe
valentes más comunes son el indio, el           el nombre de tipo n. Las impurezas
galio y el boro. Puesto que en un semi-         pentavalentes más utilizadas son el
conductor inyectado con impurezas               arsénico, el fósforo y el antimonio.




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




                                           19                           Electrónica Fácil 1
Puesto que nosotros no podemos                    CORRIENTE
ver, tocar ni percibir la energía eléctri-
ca como tal, debemos estudiarla con                  Cuando el agua corre a través de un
base en sus efectos, mensurables por              caño, tenemos lo que se llama un flujo
medio de instrumentos que indican el              o corriente de agua. Del mismo modo,
grado de su acción.                               cuando la electricidad fluye a través de
                                                  un conductor o alambre, tenemos una
    Entender el comportamiento de la              corriente de electricidad. El caudal de
electricidad nos resulta fácil si pone-           una corriente de agua puede ser indi-
mos atención a la figura 6, debido a              cado en litros por segundo; la intensi-
que existe una gran semejanza entre su            dad de una corriente eléctrica se ex-
forma de actuar y las características             presa en culombios por segundo. Se de-
de los líquidos. Su flujo se parece al            nomina un Amperio a una corriente
del agua, y de manera similar tiende              constante de un culombio por segun-
a llenar cada espacio que encuentre               do, y su nombre fue dado en honor al
disponible. Así como el agua puede                matemático y científico francés Andrés
ser bombeada para producir una co-                María Ampère (1775-1836), quien
rriente a través de una red de tuberías           ideó la electrodinámica e inventó el
o caños, así también los electrones de            electroimán y el telégrafo.
un alambre pueden ser empujados
a través de un circuito o red de con-
ductores, por medio de una batería                   RESISTENCIA
o un generador apropiado. De mane-
ra similar a como el agua, por acción                Por experiencia sabemos lo difícil
de la fuerza de gravedad, busca tener             que resulta respirar cuando tenemos
el mismo nivel en toda la superficie del          tapada una de las dos fosas nasales, ya
recipiente, así también los electrones            que nuestros pulmones deben aumen-
tienden a alcanzar la misma densidad a            tar la presión para lograr inhalar o ex-
través de un circuito, por acción de las          pulsar el volumen de aire que el orga-
repulsiones mutuas de sus cargas nega-            nismo requiere. Similarmente, un caño
tivas.                                            ofrece una cierta resistencia al paso del
                                                  agua. Cuanto menor sea su diámetro, o
                                                  mayor sea la longitud, más grande será
  UNIDAD DE CANTIDAD
                                                  la resistencia al flujo.
  ELÉCTRICA
   La unidad de cantidad de electrici-               También los conductores eléctricos
dad, o carga eléctrica, es el Culombio.           presentan resistencia al paso de la co-
Representa una cantidad definida de               rriente eléctrica a través de ellos; cuan-
energía eléctrica, del mismo modo en              to más reducido sea el calibre o sec-
que un litro representa una cantidad              ción transversal, y más largo el alam-
determinada de agua. Un culombio                  bre, mayor será la resistencia. En estos
equivale, aproximadamente, a 6 280                dos aspectos, la resistencia de un caño
000 000 000 000 000 electrones libres.            de agua y la de un conductor eléctrico
Químicamente hablando, un culombio                son similares. Una manera fácil de ex-
es la cantidad de electricidad requeri-           perimentar esto, es tratar de respirar a
da para ocasionar, en una solución, la            través de mangueras que tengan dife-
precipitación de 0,00111800 gramos                rente largo y diámetro. Indudablemen-
de plata metálica.                                te, la menor resistencia al paso del aire


                                             20
la encontraremos en la manguera más              conductores eléctricos. Existen otros
ancha y en la más corta.                         metales que ofrecen menor resistencia,
                                                 tal como el oro y la plata, pero su alto
   La resistencia eléctrica, sin embar-          costo hace que se empleen solamente
go, involucra también otras propieda-            en aplicaciones especiales. En los cir-
des del conductor: su temperatura y              cuitos electrónicos se utiliza muy a
su material. Hemos explicado que, en             menudo un dispositivo llamado resis-
el caso de los átomos de un buen con-            tor, el cual se puede conseguir con va-
ductor, es fácil sacarles un electrón de         lores definidos de resistencia eléctrica,
sus órbitas de valencia, lo cual equiva-         con su magnitud especificada en el
le a decir que se requiere poca energía          cuerpo por medio de bandas de color,
para hacerlo. De hecho, se requiere              o con caracteres siguiendo un código
mayor energía para liberar un electrón           internacional. La unidad de resistencia
de un átomo aislante. Cuando se trata            eléctrica se llama Ohmio, y se expresa
de los semiconductores, se requiere              con el símbolo W.
menos energía que en el caso de los
aislantes, pero más que en el de los                Un Ohmio es la resistencia que tie-
conductores.                                     ne un conductor, cuando, al aplicar
                                                 una tensión eléctrica de un Voltio en-
   Algunos materiales, como el carbón            tre sus extremos, se produce una co-
y las soluciones electrolíticas, dismi-          rriente de un Amperio.
nuyen su resistencia eléctrica a medida
que la temperatura aumenta. Otros,
por el contrario, mejoran su enlace                 VOLTAJE
molecular y aumentan la resistencia al
subir la temperatura. En los circuitos              Para ocasionar el flujo de agua a tra-
electrónicos se necesita a veces una de          vés de una cañería se necesita una de-
estas dos características, y para obte-          terminada presión, ya sea la suminis-
nerla se utiliza un dispositivo denomi-          trada por una bomba, o por la diferen-
nado termistor. Cuando su resistencia            cia de niveles entre la superficie del
aumenta con la temperatura, se dice              agua y el orificio de salida.
que es de coeficiente positivo. En caso
contrario, su coeficiente será negativo.             Como se puede ver en la figura 7, la
En los metales buenos conductores, tal           presión que ejerce el líquido sobre la
como el cobre y el aluminio, es despre-          válvula de salida depende de la carga
ciable el efecto de la temperatura so-           hidrostática (es decir, la altura de la
bre su resistencia.                              columna de agua), y se la expresa ge-
                                                 neralmente en "metros de agua". De
                                                 manera similar, se requiere una deter-
   En cuanto a la resistencia depen-             minada presión eléctrica para enviar
diente del material, esta se explica en          una corriente de electricidad a través
razón de la mayor o menor energía re-            de un conductor. Esta presión eléctri-
querida para liberar los electrones ex-          ca se denomina Fuerza Electromotriz
ternos de su banda u órbita. El cobre,           (fem) o voltaje. La unidad correspon-
por ejemplo, debido a que tiene sola-            diente se llama Voltio en honor del fí-
mente un electrón de valencia, ubica-            sico italiano Alejandro Volta (1745-
do en la cuarta capa y lejos de la atrac-        1827), inventor de la pila eléctrica que
ción del núcleo, es uno de los mejores           lleva su nombre.


                                            21                             Electrónica Fácil 1
Un Voltio es la presión requerida                 A mayor diferencia entre los niveles
para causar una corriente de un culom-            superior e inferior, mayor será la pre-
bio por segundo (un Amperio) a través             sión que empuja el agua a través del
de un conductor que ofrece una resis-             canal, aumentando así el volumen de
tencia de un Ohmio.                               galones por minuto. Si ponemos más
                                                  canales en serie, se aumenta la resisten-
   Según el ejemplo de la figura 6, de-           cia y disminuye el nivel del agua en el
bido a que el canal presenta resistencia          punto de succión. En la práctica, des-
al flujo, el agua demora un poco en ha-           de el punto de vista eléctrico, se intro-
cer el recorrido entre la salida del grifo        ducen ciertas resistencias a un circuito
y la boca del tubo de succión, presen-            con el fin de disminuir ("tumbar") el
tando, en consecuencia, diferencias de            voltaje en un punto específico.
nivel entre dos puntos cualquiera, sien-
do mayor la diferencia de alturas en el             En términos eléctricos, el bombeo
sitio de colocación de la bomba.                  de electrones de un extremo a otro de




                                             22
un circuito se puede hacer de diversas                             Fuerza electromotriz
maneras, ya sea utilizando una batería           Amperios         de       (Voltios)
o un generador de corriente, acciona-            corriente       = ——————————
do por una caída de agua o por un                                  Resistencia en Ohmios
molino de viento, etc. La diferencia de             Matemáticamente se puede deducir
altura entre los niveles del líquido del         que E = IR (para conocer el voltaje,
ejemplo anterior equivale a la diferen-          basta con multiplicar la corriente en
cia de potencial (voltaje) entre dos             amperios por la resistencia en ohmios).
puntos cualquiera de un circuito o               La resistencia, a su vez, se puede obte-
conductor eléctrico. El voltaje será             ner dividiendo el voltaje por el valor
máximo entre los dos extremos, don-              de la corriente en amperios, aplicando
de se tiene conectada la fuente de ten-          la fórmula siguiente: R = E/I.
sión eléctrica (presión).
                                                    La ley de Ohm afirma que, dados
                                                 dos circuitos sometidos a igual voltaje,
   LA LEY DE OHM                                 la corriente será proporcionalmente
                                                 mayor en aquel circuito que ofrezca
    Se conoce como Ley de Ohm a la               menor resistencia. Dicha ley también
relación existente entre el voltaje (E),         establece que, en circuitos de resisten-
la resistencia (R) y la corriente (I) en         cias iguales, la corriente que por ellos
un circuito eléctrico, y debe su nombre          fluye será directamente proporcional
al físico alemán Georg Simón Ohm                 al voltaje aplicado. En otras palabras,
 (1789-1854), quien fue el primero en            una elevada resistencia o un reducido
establecer que la corriente en un cir-           voltaje determinan una corriente redu-
cuito es directamente proporcional al            cida. Por simple deducción de la figura
voltaje aplicado, e inversamente pro-            6, al ampliar el canal, o al elevar más el
porcional a la resistencia. Ello puede           nivel del agua en el lado del tanque,
ser expresado en la siguiente fórmula,           se aumenta el caudal del agua. Desde
donde E corresponde a la inicial de              el punto de vista eléctrico, equivale a
"Electromotriz", para referirse al volta-        decir que la corriente (I) aumenta
je o fuerza que hace mover los electro-          cuando se disminuye la resistencia (R),
nes a través de un conductor o circui-           o cuando se aumenta la diferencia de
to:                                              potencial eléctrico (E, V).




                                                    Estos tres nuevos términos se en-
                                                 cuentran muy ligados, tanto como lo
 Energía,                                        están corriente, voltaje y resistencia en
                                                 los circuitos eléctricos que hemos es-

 Trabajo                                         tudiado. Pues bien, la verdad es que
                                                 todo circuito eléctrico se diseña para
                                                 llevar a cabo un trabajo. Para que di-
 y Potencia                                      cho circuito pueda efectuar su trabajo
                                                 necesita energía, ya que de lo contra-
 Aurelio Mejía M.                                rio no funciona.



                                            23                             Electrónica Fácil 1
La energía se manifiesta de muchas          sol es transformada en energía quími-
 formas en la naturaleza. Hay energía           ca por los vegetales, la cual se aprove-
eléctrica, mecánica, luminosa, calóri-          cha luego para la producción de oxí-
ca, química, atómica, etc. Tener ener-          geno, etc., etc. Cada sección de la físi-
gía es tener capacidad para desempe-            ca tiene sus propias unidades de medi-
ñar un trabajo útil. Todo trabajo al            da para la energía que le compete, ya
efectuarse consume energía, pero está           sea luminosa, cinética, potencial, caló-
comprobado que ésta no se pierde si-            rica, radiante, atómica, sonora, eléctri-
no que se transforma en otra energía            ca, etc., por lo que se necesitaría un
de forma distinta. Una de las leyes             estudio amplio para comprenderlas.
fundamentales de la física nos dice
que "la energía no se crea ni se destru-        ENERGÍA = CAPACIDAD PARA
ye; sólo se transforma" (ley de la con-         EFECTUAR UN TRABAJO
servación de la energía). Los motores
eléctricos, por ejemplo, hacen su traba-        TRABAJO = TRANSFORMACIÓN
jo a base de convertir energía eléctrica        ÚTIL DE UNA FORMA DE ENERGÍA
en mecánica; las bombillas al trabajar          A OTRA DISTINTA (aprovechamien-
transforman electricidad en energía lu-         to de la energía).
minosa; cuando el obrero golpea con
su herramienta el duro suelo, efectúa           POTENCIA = TRABAJO
su trabajo gracias a que la energía quí-        REALIZADO EN LA UNIDAD DE
mica de su cuerpo se transforma en              TIEMPO.
energía mecánica.
                                                   Energía y trabajo son generalmente
   Así como una misma persona puede             designados con una misma unidad de
saber varios idiomas, así también un            medida. En un sistema mecánico, la
mismo objeto físico tiene en un mo-             energía necesaria para mover un obje-
mento dado varias formas de energía,            to es el producto de la fuerza aplicada
distintas en su naturaleza pero traduci-        por la distancia recorrida. Si una caja
bles a una muy común: Calor. Una                que pesa 10 libras es levantada a una
simple rama de un árbol, por ejemplo,           altura de 4 pies, el trabajo ejecutado y
tiene energía potencial por el sólo he-         la energía requerida para este trabajo
cho de estar suspendida en el aire. Si          es igual a 10 x 4 = 40 pies - libra. La
la rama se cae, dicha energía potencial         unidad más empleada para medir el
se transforma primero en energía ciné-          trabajo mecánico es el joule (julio, en
tica (energía mecánica, de movimien-            español), que equivale a un poco me-
to) y luego en calórica, ya que al res-         nos de un pie-libra (1 joule = 0.738 de
balar contra el piso se presenta el fe-         pie-libra), la cual recibió su nombre en
nómeno de la fricción, el cual trans-           honor a James Prescott Joule (1818 -
forma la energía cinética en calor. Ade-        1889), físico inglés, quien fué el prime-
más, este trozo de madera se puede              ro en estudiar la dependencia entre la
usar después para alimentar una calde-          cantidad de calor producida y la mag-
ra, con lo cual continúa el proceso de          nitud del trabajo mecánico que generó
transformación o de trabajo con la              dicho calor. En otras palabras, Joule
energía almacenada, la cual probable-           halló el valor correcto del equivalente
mente tuvo su origen en la energía so-          mecánico del calor mediante el trabajo
lar recibida por el árbol. Ya sabemos           realizado durante la expansión de una
que la energía calórica y luminosa del          masa gaseosa.


                                           24
El trabajo que hace la corriente en          cada una tensión de 1 voltio durante 1
los circuitos eléctricos aparece en for-         segundo.
ma de energía química en la electróli-
sis, o en forma de energía cinética en              La potencia eléctrica, como la po-
los motores. Pero si el circuito está            tencia mecánica, es directamente pro-
formado únicamente por resistencias              porcional al trabajo e inversamente
óhmicas, ese trabajo aparece íntegra-            proporcional al tiempo durante el cual
mente en forma de calor. Pues bien, el           se realiza ese trabajo.
señor Joule encontró que la cantidad
de calor producida es directamente                      Potencia = Trabajo/tiempo
proporcional al cuadrado de la intensi-                         P=VQ/t
dad, a la resistencia del circuito, y al                 P = Voltaje x Intensidad
tiempo que dure el fenómeno eléctri-
co.                                                  La unidad práctica de potencia es el
                                                 joule/segundo, pero en los circuitos
 Pequeñas calorías (cal) = 0.24 I2 Rt            eléctricos se acostumbra el watt (vatio,
                                                 en español), en honor a James Watt,
   En todo circuito eléctrico se hace            ingeniero escocés (1736 - 1819), quien
un trabajo siempre que los electrones            diseñó la máquina de vapor de doble
sean forzados a circular a través de             efecto. Cuando este señor comenzó a
una resistencia. La cantidad del traba-          vender sus motores, que más tarde da-
jo hecho depende de la cantidad de               rían origen a la locomotora de vapor,
electrones movidos y del potencial               tuvo que especificar su potencia com-
(voltaje) necesitado para hacerlos pa-           parándolos con los caballos que iban a
sar por la resistencia. La cantidad o            reemplazar. Encontró que un caballo
carga de electrones es el total de elec-         promedio, que trabajara en propor-
trones que pasan por un punto en un              ción constante, podía hacer 550 pies-
cierto lapso de tiempo, valor que está           libras de trabajo por segundo. Este va-
dado por la siguiente relación.                  lor recibió el nombre de caballo de
                                                 fuerza, o un HP, de las palabras Horse
    Carga Q = Intensidad x tiempo                (caballo) y Power (potencia, fuerza).

   La energía o trabajó en un circuito                  1 joule/segundo = 1 vatio
eléctrico es igual al producto del volta-
je por la cantidad de electrones movi-              La potencia eléctrica aumenta con
dos. Se usa la letra W para designar             el voltaje y con la corriente, siendo en
trabajo y energía.                               consecuencia proporcional al produc-
                                                 to de ambos. Un vatio es igual a una
       W = VQ           W = VIt                  corriente de un amperio fluyendo a la
                                                 presión de un voltio, y su fórmula co-
   El trabajo es igual al producto del           rrespondiente es:
voltaje en voltios (en algunas fórmulas
matemáticas se acostumbra utilizar la              W (vatios) = E (voltios) x l (amperios)
letra E para indicar voltaje), corriente
en amperios, y tiempo en segundos. Se               Cuando un voltaje de 20 voltios ge-
necesita un joule de energía para hacer          nera una corriente de 2 amperios a tra-
fluir 1 amperio de corriente a través            vés de un resistor de 10 ohmios, la po-
de una resistencia cuando se tiene apli-         tencia del circuito es:

                                            25                              Electrónica Fácil 1
P = VI = 20 x 2 = 40 vatios               mo el poder de los ríos se mide tam-
                                                bién por el efecto combinado de su
   Nosotros podemos decir que la ener-          torrente y caudal. Es lógico que la can-
gía está siendo convertida de eléctrica         tidad de agua que sale de la ducha de
a energía calórica a una rata de 40 va-         nuestro baño no es suficiente para ha-
tios por segundo. Generalmente se usa           cernos daño ni aunque esté cayéndo-
el término "disipación" para describir          nos desde 30 metros de altura, pero no
la conversión de energía eléctrica en           podríamos decir lo mismo si se tratase
calor. En este ejemplo, el resistor está        de la tubería que alimenta a todo nues-
disipando 40 vatios de potencia.                tro barrio; en este caso el impacto del
                                                agua nos tumbaría y ocasionaría da-
   Se puede relacionar una corriente            ños en nuestro cuerpo.
eléctrica con el agua corriente de un
río: ... puede ser torrentosa, con mu-             En el ejemplo del río, su corriente
cho o poco caudal... puede ser una co-          puede tener un gran caudal pero su le-
rriente serena, que invita al baño, o un        cho corre por un llano de muy poca
hilo de agua que cae libremente desde           pendiente; en este caso no tendríamos
una gran altura.                                potencia suficiente para mover una
                                                rueda Pelton, para accionar un genera-
    En electrónica también tenemos co-          dor eléctrico o un molino, ya que, ade-
rrientes eléctricas con variados niveles        más de una buena corriente, se necesi-
de tensión y de corriente, dependien-           ta que tenga una adecuada velocidad.
do del objetivo del circuito. Su capaci-        El ejemplo opuesto se nos presentaría
dad para efectuar un trabajo (mover             en una zona montañosa, en la que una
un motor, encender una bombilla, ca-            mínima corriente corre presurosa en-
lentar una resistencia de fogón, etc.)          tre las altas peñas: si el caudal no es
dependerá de la combinación adecua-             suficiente, tampoco se logra hacer gi-
da de la tensión y la corriente, así co-        rar la turbina.



            C ó m o hacer
         que la electricidad
           lleve potencia
Condensado de un capítulo del Libro             Volviendo a la analogía con el agua, y
"Understanding Solid-State Electro-             tal como lo muestra la figura 8, la ener-
nics".                                          gía desarrollada por el hombrecito de
Editado por Texas Instruments Lear-             la bomba es usada por su compañero
ning Center.                                    para accionar la sierra que está cortan-
                                                do el tronco de madera. Desde el pun-
   Una de las aplicaciones prácticas de         to de vista eléctrico, el generador pone
la electricidad, es que puede llevar            energía en el circuito cuando "bom-
energía, o potencia, de un lugar a otro.        bea" electricidad desde un nivel de


                                           26
voltaje bajo hasta un nivel de voltaje          energía eléctrica, en la práctica tam-
alto. Dicha energía se puede recuperar          bién se puede referir a un micrófono,
haciendo el trabajo inverso, es decir,          elemento encargado de convertir la
haciendo que la tensión eléctrica caiga         energía sonora en energía eléctrica. La
de un voltaje alto a un voltaje bajo.           rueda de paletas representa cualquier
                                                dispositivo que reconvierta la energía
   Así como el hombrecito de la figura          eléctrica a la forma original. Por ejem-
8 puede poner más potencia a la tur-            plo, puede ser un motor que produzca
bina que impulsa la sierra, incremen-           energía mecánica, o un parlante que
tando la altura en la caída del agua,           entregue energía sonora.
o aumentando el flujo del agua, así
también nosotros podemos hacer que                LA RESISTENCIA DE UN
el generador (GEN) eléctrico aumente              CIRCUITO DISIPA ENERGÍA EN
la potencia hacia el motor (MOT), ya              FORMA DE CALOR
sea poniendo otro que aporte una ma-
yor diferencia de potencial (voltaje), o           Veamos ahora que sucede cuando
haciendo crecer la intensidad de la co-         retiramos el motor y dejamos que el
rriente.                                        agua caiga libremente, tal como se
                                                muestra en la figura 9. El salto de agua
   Aunque en nuestro ejemplo hemos              es ahora simplemente el equivalente
utilizado la bomba para representar a           de un resistor (dibujado con línea en
un generador, que es un dispositivo             zig-zag en el circuito eléctrico). Pero,
que convierte energía mecánica en               qué está sucediendo a la energía el

                                           27                            Electrónica Fácil 1
trabajo- que está poniendo el hombre-             candescencia del filamento de las bom-
cito en el agua con su bomba?. Esta               billas eléctricas.
energía se está gastando solamente en
vencer la fricción, o resistencia, en las            Aunque dos resistores para uso elec-
paredes del canal y la caída del agua.            trónico pueden tener un mismo valor
                                                  de resistencia ohmica, es posible que
    Puesto que la fricción genera calor,          estén hechos para soportar la disipa-
se presentan diferencias en la tempera-           ción de potencias diferentes. En otras
tura del agua que sale del grifo de la            palabras, para una misma resistencia se
bomba y la que hay en el canal infe-              producen resistores que pueden "gas-
rior. En resumen, en un circuito eléc-            tar" 1/4, 1/2, 2, 5, etc., vatios de po-
trico se utilizan los resistores para "ha-        tencia sin sufrir deterioro por el au-
cer caer" el potencial entre dos pun-             mento de su temperatura.
tos, pero la diferencia de energía (el
producto de voltios por amperios) es                CORRIENTE DIRECTA,
convertida en calor. Es por este fenó-              PULSANTE Y CONTINUA
meno que se produce el calentamiento
de las resistencias de la estufa, y la in-          En los circuitos anteriores hemos

                                             28
visto que el agua siempre fluye en una            Cuando la corriente invierte alterna-
dirección, formando lo que se deno-            damente su sentido dentro del circuito
mina corriente directa, o simplemente          recibe el nombre de corriente ac. Un
"dc". Cuando el generador funciona             circuito para corriente alterna trabaja
como la bomba de mano de la figura             de manera similar a uno para corriente
9, que solamente expulsa agua cuando           directa, excepto que se requiere un ge-
el hombrecito baja la palanca, se dice         nerador especial para bombear la co-
que la corriente es directa pulsante, y        rriente primero en una dirección a tra-
a la duración de cada chorro se le lla-        vés del circuito y el motor, y luego
ma ciclo de trabajo (duty cycle). A la         en la otra dirección. Para recobrar la
cantidad de chorros por segundo (ci-           energía de la corriente en cualquiera
clos de operación subida-bajada de la          de sus sentidos se utiliza un motor es-
palanca) se le denomina frecuencia de          pecial.
pulsos. Otro caso se presenta cuando
la bomba utilizada como dispositivo                La figura 10 muestra un circuito de
generador de la corriente es del tipo          corriente alterna en términos hidráu-
turbina, la cual funciona en forma             licos. El pistón o compuerta conecta-
continua y entrega un chorro unifor-           da a la palanca que el hombrecito mue-
me. Cuando esto sucede decimos que             ve hacia uno y otro lado, empuja pri-
la corriente es directa continua, o            mero el agua en una dirección, y luego
simplemente " c c " (corriente conti-          en sentido contrario. El dispositivo
nua).                                          que cumple tal función con la electri-
                                               cidad recibe el nombre de generador
  CORRIENTE ALTERNA                            ac.




                                          29                            Electrónica Fácil 1
Q u é e s frecuencia
                eléctrica

                        Aurelio M e j í a .        cual un campo magnético de intensi-
                                                   dad variable puede alterar las trayecto-
   La frecuencia de la corriente alterna           rias de los electrones en los átomos de
es justamente la medida de cuan a me-              un conductor cercano. Dicho de otra
nudo ella cambia de dirección. Esto                manera, las líneas de fuerza del campo
es, si llamamos ciclo a cada recorrido             magnético actúan como cuerdas de ar-
completo de ¡da y vuelta de los elec-              co lanzando electrones cual si fuesen
trones a través del conductor, o una               flechas. Para que las "cuerdas" se ten-
porción de éste, entonces frecuencia               sionen y cumplan su cometido es in-
es la cantidad de ciclos por cada se-              dispensable que éstas se muevan, es
gundo.                                             decir, que el imán se aleje o se acerque
                                                   al conductor.
   Se da el nombre de "hertz" a una
frecuencia de un ciclo por segundo, en
honor al físico alemán Heinrich Ru-
dolph Hertz (1857-1894), quien de-
mostró la existencia de ondas electro-
magnéticas y que estudió varias de sus
propiedades (longitud, velocidad, re-
fracción, reflexión, polarización). Abrió
el camino de la telegrafía inalámbrica
y fue el primero en observar el efecto
fotoeléctrico.

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

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

                                              30
A la distancia total que el electrón         corriente o sistemas mecánicos para
logre avanzar en un vaivén completo             inversión de los polos. De esto se en-
(un ciclo), se llama longitud de onda.          cargan unas escobillas de carbón pues-
Imagina el movimiento acompasado de             tas en contacto con unas laminillas de
un péndulo de reloj, o recuerda el              cobre (delgas) localizadas en el rotor
ejemplo hidráulico de la figura 10, y           del generador.
observa que, debido a la inercia del
agua, resulta imposible iniciar a plena            REPRESENTACIÓN GRÁFICA DE
velocidad el movimiento de la                      UNA CORRIENTE ALTERNA
compuerta que empuja el hombrecito.
                                                   Para un principiante es confuso que
   Si llamamos "media longitud de               las ondas de corriente alterna se dibu-
onda" al segmento recto del canal por el        jen como crestas y valles de olas acuá-
cual se desplaza la compuerta en una            ticas, cuando sabemos que los electro-
dirección, resulta evidente que la              nes se mueven a lo largo del conductor.
máxima velocidad se alcanza cuando la           Se ha utilizado esta representación
compuerta llegue al centro de la "media         gráfica con el fin de poder visualizar
longitud de onda", punto en el cual el          mejor las características de sentido
hombrecito debe comenzar a frenar,              (polaridad),   voltaje   (amplitud)   y
hasta llegar a velocidad cero, o punto          frecuencia (hertz).
del retorno. Pues bien, los electrones
también experimentan esos mismos                   Si unimos un lápiz al extremo de un
cambios de presión en una corriente             péndulo de reloj, y colocamos debajo de
alterna, llamándose amplitud máxima             éste una hoja de papel, veremos que el
o voltaje pico a la diferencia de               lápiz traza siempre una línea recta. Sin
potencial existente en el centro de cada        embargo, cuando movemos lentamente
"media longitud de onda". Miremos la            la hoja hacia un lado, mientras el
figura 12.                                      péndulo funciona, los trazos del lápiz
                                                dejan de coincidir uno sobre el otro, y
    Existen también generadores de co-          ante nuestros ojos aparece una onda
rriente continua basados en el electro-         como la mostrada en la figura 12.
magnetismo, pero requieren ciertos ar-
tificios, tales como rectificadores de




                                           31                            Electrónica Fácil 1
Condensado de un capítulo del libro
Understanding Solid-State Electronics,
editado por Texas Instruments Learning
Center.

Traducción y adaptación: Aurelio Mejia M.




                                     32
Ya conocemos las características                 El hombrecillo de la compuerta es
del flujo de una corriente, y sabemos            representativo de todo aquello que
que puede llevar potencia de uno a               tenga incidencia sobre el flujo eléctri-
otro sitio. Pues bien, dicha potencia            co dentro de un circuito, entre la
puede ser controlada para hacer que              fuente de alimentación de potencia y
el sistema se comporte como lo nece-             el punto de su utilización.
sitamos.
                                                    Resumiendo: Nosotros sólo pode-
   Existen dos maneras de controlar              mos hacer dos cosas a la electricidad
la potencia. La primera consiste en re-          entre la fuente de potencia y el pun-
gular la cantidad de potencia que el             to de utilización: Interrumpirla , lo
generador pone en el circuito. En el             que equivale a la función "encendido-
ejemplo hidráulico que hemos utiliza-            apagado", o regularla, lo cual pode-
do en la figura 8, la potencia que lle-          mos hacer variando el valor de una re-
ga a la sierra circular depende de la            sistencia intercalada en el circuito.
potencia aplicada a la bomba. Si el
hombrecillo bombea vigorosamente,
sube más el nivel del agua y aumenta
la presión sobre la turbina que mueve
a la sierra. En la práctica, sin embar-
go, la potencia disponible en los siste-
mas eléctricos no tiene control en su
fuente.

    La segunda, y la forma más común
de controlar la potencia, consiste en
regular la tensión eléctrica, o la co-
rriente, en algún punto intermedio del
circuito. La figura 13 nos ilustra como
ejercer este control -observe la repre-
sa que forma el hombrecillo con la
compuerta deslizante.

   Suponiendo que la bomba de agua
está trabajando a un ritmo constante,
se puede variar la potencia de corte de
la sierra circular solamente deslizando
la compuerta hacia adentro o hacia                  El diagrama esquemático de la figu-
afuera    del     canal.  Puesto     que         ra 13 nos ilustra en términos eléctricos
el hombrecillo puede interrumpir el              lo que hemos dicho. Como se puede
flujo, limitar su caudal, o abrir del to-        apreciar, entre el generador (bomba) y
do la compuerta, se tiene en conse-              el motor (turbina de agua) se encuen-
cuencia un control sobre la potencia             tra un resistor variable, usualmente lla-
aplicada a la turbina. Se puede hacer            mado "potenciómetro", el cual tam-
que la sierra se detenga, corte lento, o         bién puede actuar como un interrup-
más rápido.                                      tor para encendido-apagado.



                                            33                             Electrónica Fácil 1
¿ P o d e m o s almacenar
    la energía eléctrica?
                                     Aurelio Mejía M.



   Así como podemos contener pintu-                 EL CONDENSADOR, UN
ra a presión dentro de un envase tipo               ELEMENTO PARA ALMACENAR
aerosol, o podemos almacenar ener-                  ELECTRICIDAD
gía mecánica comprimiendo un resor-
te, así también podemos ejercer pre-                Al igual que los resistores, los con-
sión sobre un flujo de electrones y              densadores se utilizan ampliamente en
obligarlos a que se acomoden "apretu-            el diseño de circuitos electrónicos. Bá-
jados" dentro de una placa o lámina              sicamente, un condensador consiste en
de material conductor. Al aumentar la            dos placas metálicas paralelas (electro-
tensión eléctrica (voltaje) haremos que          dos) separadas por un espacio de aire.
un mayor número de átomos reciban                Cuando se suministra una tensión de
más electrones libres en sus respecti-           corriente continua a través de los elec-
vas capas de valencia, cual si estuviése-        trodos, se almacena entre ellas una
mos inflando un globo de caucho.                 carga eléctrica proporcional a dicha
                                                 tensión.
   Para liberar la energía en cada caso,
bastará con abrir la válvula del envase,            La polaridad de la carga depende de
o soltar el resorte, o poner la placa en         la dirección de la corriente suministra-
contacto con otro conductor que reci-            da. Cuanto mayor sea el área (superfi-
ba fácilmente a esos electrones exce-            cie) de los electrodos enfrentados, y
dentes. Cuando eso suceda, se producirá          menor la distancia entre ellos, mayor
momentáneamente un flujo que tien-               será la carga eléctrica almacenada (ca-
de a establecer el equilibrio de las car-        pacitancia). La figura 15 nos muestra
gas positivas y negativas.                       la forma elemental de un condensar-
                                                 dor.
   Ahora bien, si en lugar de una sola
placa ponemos dos bien juntas, sin
que se toquen, obtendremos mejores
resultados, ya que se les puede llenar
con cargas de signos opuestos. Al unir
por medio de un circuito externo
dichas placas, los electrones almace-
nados en la negativa fluirán hacia la
positiva, y podremos utilizar dicha
corriente eléctrica para ejecutar los
trabajos previstos. A este dispositivo
formado por las dos placas se le
denomina condensador (o capacitor).


                                            34
Si se coloca un material aislante            la teoría de la influencia electrostáti-
entre los electrodos, tal como se ilus-         ca, se le debe la formulación de las le-
tra en la figura 16, la capacitancia            yes de la electrólisis (leyes de Faraday).
se vuelve aún más alta. El material             También, licuó varios gases: produjo
que da un valor particularmente alto            nuevas clases de vidrio óptico y efec-
de capacitancia se llama dieléctrico.           tuó la vaporización del mercurio.
Los dieléctricos más empleados son el
papel, la mica, la cerámica, óxidos de             Como el faradio es una unidad de-
aluminio, el tantalio, el poliéster y el        masiado grande para aplicaciones prác-
polipropileno.                                  ticas, se utilizan unidades de capaci-
                                                tancia más pequeñas, como el microfa-
   La unidad básica de capacitancia es          radio (mF =millonésima parte de un fa-
el Faradio (unidad F). Un condensa-             radio), el nanofaradio (nF = milésima
dor tiene una capacitancia de 1 Fa-             parte de un microfaradio) y el picofa-
radio cuando es capaz de almacenar              radio (pF = milésima parte de un nano-
una carga equivalente a 1 Culombio              faradio). Por ejemplo: 0,001mF = 1nF =
(unos 6,3 billones de billones de elec-         1000 pF
trones) al aplicar una tensión de 1
Voltio entre sus placas.                            Puesto en paralelo con la fuente de
                                                tensión de un circuito, el condensador
   La unidad de capacitancia recibió            hace las veces del tanque de almacena-
su nombre en honor al químico y físi-           miento de agua en nuestras casas: cuan-
co británico Michael Faraday (1791 -            do falte el suministro principal, enton-
1867), quien descubrió la manera de             ces la energía almacenada en el con-
producir corriente eléctrica por medio          densador trata de mantener uniforme
del magnetismo (o inducción electro-            la corriente. En este caso se dice que
magnética), haciendo girar un disco de          el condensador está conectado como
cobre entre los polos de un imán                filtro de la fuente, o eliminador del riza-
(28 de octubre de 1831). Además de              do en las fluctuaciones del flujo.




                                           35                              Electrónica Fácil 1
Conectado en serie con los otros             tienen placas móviles y se utilizan para
elementos del circuito, se comporta             ajuste de resonancia en circuitos osci-
como si dejase pasar corriente sólo             ladores y de sintonía de frecuencias.
momentáneamente, mientras se cargan             Los hay para ajuste esporádico, me-
o descargan las placas. Despreciando            diante destornillador, y para ajuste fre-
este flujo transitorio, podemos afirmar         cuente, tal como el que tienen los ra-
que el condensador no permite el paso           dios para la sintonía de las emisoras.
de corrientes directas.

   Otra cosa sucede con las corrientes
alternas, pues aunque no haya paso fí-
sico de electrones a través del espacio
entre las placas del condensador, sí
puede haber flujo eléctrico en el resto
del circuito externo, producido por la
carga y descarga sucesiva de las placas
cada vez que la corriente eléctrica in-
vierte su dirección. El grado de con-
ducción para las corrientes alternas de-
pende esencialmente de su frecuencia
y de la capacitancia del condensador.

   Si no existen fugas de corriente a
través del dieléctrico, la energía alma-
cenada en las placas del condensador
se conserva indefinidamente, aunque
desconectemos la fuente de tensión.
En la práctica siempre existen fugas,           Símbolos y formas de algunos
debido principalmente al tipo y cali-           tipos de condensador
dad del material. Cuando las fugas son
motivadas por arco eléctrico entre las
placas, debido a una sobretensión, se                          Figura 17
produce el rompimiento del dieléctri-
co y queda inservible el condensador.
Para evitar esto, nunca se debe conec-
tar un condensador a una tensión ma-                Los condensadores fijos tienen gran
yor que la estipulada nominalmente              variedad de formas, tamaños y dieléc-
en su cuerpo.                                   tricos. Los hay a manera de discos, ci-
                                                líndricos, ovalados, y con forma de
                                                pastilla cerámica rectangular ("chip"),
  TIPOS DE CONDENSADORES                        etc., según se requieran ciertas caracte-
                                                rísticas de estabilidad a la temperatura
   Según la aplicación y las condicio-          y fluctuacionesen la tensión y frecuen-
nes del circuito, existen diversos tipos        cia de las corrientes que han de mane-
de condensadores, tales como los de             jar. Se consiguen unidades de muy ba-
capacitancia variable y los de valor fi-        ja capacitancia, tal como los conden-
jo. Los condensadores variables son ge-         sadores de disco (hechos con dos pe-
neralmente de muy baja capacitancia,            lículas de plata separadas por un die-


                                           36
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INFORME DE PRACTICA SUPERVISADA DE MARCO ANTONIO FAJARDO CACEROS 2020
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Presentación1
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Electrónica fácil 1

  • 2. electrónica fácil Director técnico y redacción de textos Aurelio Mejía M. Director comercial Gabriel Jaime Mejía M. Portada Israel Henao con un técnico en Metalandes - Elico Registro de Propiedad Intelectual y Prensa, Resolución 205 del Ministerio de Gobierno de Colombia Número Internacional Normalizado de Publicaciones Seriadas (ISSN) 0120-6842 Tarifa postal reducida, permiso 1188 de la Administración Postal de Colombia Versión PDF (enero 2006) de la edición 16 original de Marzo de 1988 ELECTRÓNICA FÁCIL fue una publicación trimestral editada e impresa en Medellín, Colombia. Actualmente sólo es posible conseguir por Internet los 40 números que fueron editados, ya que la versión impresa se agotó. Aurelio Mejía amejiamesa@epm.net.co Medellín, Colombia Se permite la distribución gratuita de esta publicación por Internet 1
  • 3. CONTENIDO NOCIONES BÁSICAS Origen de la electricidad/Aurelio Mejía 7 Los electrones, portadores de carga negativa 14 Electricidad dinámica, electricidad estática 16 Nociones elementales de electricidad/Union Carbide-Texas 19 Energía, trabajo y potencia/Aurelio Mejía 23 Cómo hacer que la electricidad lleve potencia/Texas 26 Qué es frecuencia eléctrica/Aurelio Mejía 30 Cómo se controla la potencia/Texas Instruments 32 Podemos almacenar la energía eléctrica / Aurelio Mejía 34 Qué es un circuito eléctrico . 39 Resistencia, reactancia, impedancia: un trabalenguas 47 Cómo influye la frecuencia en la reactancia capacitiva 48 La inducción electromagnética 50 La saturación del núcleo y la reactancia inductiva 55 Cómo influye la frecuencia en la reactancia inductiva 56 Qué es un transformador 57 Cómo interpretar los diagramas 58 El diodo, un rectificador de corriente alterna 79 Rectificación de onda completa 85 El diodo zener 88 El LED, un diodo emisor de luz 90 El transistor, un amplificador de estado sólido 92 Código de colores para los resistores y condensadores 102 Cómo interpretar los diagramas en circuitos prácticos 106 DE INTERÉS GENERAL Mendeléiev y su principal descubrimiento /Sputnik 10 EXPERIMENTOS Y CIRCUITOS PRÁCTICOS Arme un indicador de corriente con una brújula 71 Pila eléctrica con un limón 72 Improvise un electroimán 74 Electrizador para bromas con los amigos 75 Experimento para comprobar la inductancia 77 Arme un generador de corriente alterna 78 Construya un timbre "chicharra" 79 Interruptor para dos intensidades de luz 81 Luz intermitente con un neón 82 Haga un adaptador de corriente alterna 84 Adaptador con rectificación de onda completa 87 Cómo verificar el voltaje de un diodo zener 90 Cómo comprobar un diodo emisor de luz (LED) 91 Cómo comprobar un transistor con el ohmetro 100 Electrizador transistorizado para bromas 103 Fuente de corriente continua y voltaje variable 105 Arme un radio equivalente al de "Galena" 106 Arme un intercomunicador con un transistor 197 Fuente de alimentación de 0-12 voltios CD (DC) 108 Mini-Radio con 3 transistores 109 Avisador temporizado para hospitales 110 Libros de Aurelio Mejía 111
  • 4. Introducción Esta es una revista escrita para los mos nuestras explicaciones en hechos que no sabemos electrónica. Por consi- comunes de la vida diaria. guiente, evitaremos las explicaciones académicas y el uso de las fórmulas Como podrás apreciar en cada uno matemáticas, las cuales no comprende- de los fascículos de Electrónica Fácil, mos la mayoría de nosotros, los que procuramos que su lectura sea amena gustamos de las cosas que podemos y de interés para los principiantes, los practicar, tocar, ver, etc. Si bien es aficionados, los técnicos y los profe- cierto que los procesos matemáticos sionales. Es por eso que la revista tiene son indispensables para el diseño elec- temas teóricos, informativos y socia- trónico, procuraremos suministrar cir- les, además de infinidad de circuitos cuitos prácticos ensayados, y basare- para la experimentación. No es indispensable entender cada tema en la primera lectura, pues en los artículos posteriores iremos repasando los principios básicos con otras palabras y ejemplos distintos. 5 Electrónica Fácil 1
  • 5. Todos hemos sido principiantes Una de las cosas más frustrantes es La versión que conocemos fué leer algo que no entendemos, o que editada por Editorial Diana, cuya nos cuesta dificultad comprender, dirección es: Roberto Gayol 1219, pues nos parece que hemos llegado ya Esq. Tlacoquemécatl, México 12, D.F. al final del camino, y pensamos que, si no entendemos esto, mucho menos Electricidad Básica y Electrónica, entenderemos lo que sigue. Puesto Serie Uno Siete, son también dos bue- que nosotros también hemos pasado nas colecciones para la biblioteca de por tal situación, aconsejamos hacer todo colegio técnico. inicialmente una lectura rápida del conjunto del tema, tomando en cuen- ta solamente los títulos y la ¡dea bá- Electricidad Básica consta de 5 vo- sica de los párrafos. Después, si nos lúmenes y fue escrita originalmente en interesa o lo necesitamos para com- 1954 para el ejército de los Estados prender algo más complejo, releemos Unidos, por la firma Van Valkenburgh, el artículo y tratamos de aprender ca- Nooger and Neville, de New York. Ac- da uno de los términos allí expresados. tualmente se consiguen ediciones re- cientes en Español, de las cuales cono- cemos la de la Compañía Editorial En Electrónica Fácil procuramos Continental, Calz. de Tlalpan Número que ninguna de las lecciones sea im- 4620, México 22, D.F. prescindible para el entendimiento de los fascículos siguientes. Es por ello que con alguna frecuencia, al Electrónica Uno Siete es una exce- tratar temas un poco complejos, lente serie en siete tomos de aproxi- repasamos los conceptos básicos que madamente 140 páginas cada uno, pueden ser de utilidad para el prin- donde se explican de manera muy cla- cipiante. ra todas las señales electrónicas, los tipos de modulación, semiconducto- Para aquellos que desean conseguir res, amplificadores, osciladores, ante- un texto que explique de manera clara nas, líneas de transmisión, etc. La ver- y con ejemplos sencillos toda la teoría sión original fué editada por Hayden básica sobre electricidad y electrónica, Book Company, y una de las versio- recomendamos el libro "Introducción nes en español fue hecha en 1976 por a la Electricidad y a la Electrónica", Editorial Limusa, Arcos de Belén Nú- traducido al español por José Meza mero 75, México 1, D.F. Nieto del original en inglés escrito por Orla E. Loper v Arthur F. Ahr de New York. 6
  • 6. Origen de la electricidad Aurelio Mejía M. No podemos afirmar a ciencia cierta Posteriormente se descubrió que a partir de qué momento el hombre muchos materiales diferentes al elek- descubrió el fenómeno al que poste- tron también adquirían el poder de riormente habríamos de llamar electri- atraer diversas partículas livianas, tales cidad, pero existen evidencias de que como trocitos de papel, de corcho, 600 años antes de Cristo fue observa- etc., al ser sometidas a frotamiento do dicho fenómeno por un filósofo con pieles, sedas, vidrio, etc. griego, Thales de Mileto, quien descu- brió un misterioso poder de atracción Por simple relación con el fenóme- y de repulsión cuando frotaba un trozo no del elektron, se adoptó el término de ámbar amarillo con una piel o una "electrizado" para indicar que un cuer- tela. Esta sustancia resinosa, denomi- po cualquiera había adquirido la mis- nada ELEKTRON en griego, dio ori- ma y extraña propiedad de aquel. Hoy gen al nombre de la partícula atómica tú puedes electrizar el peine y atraer ELECTRON, de la cual se deriva el hacia éste pequeños trozos de papel li- término ELECTRICIDAD. viano; para ello, basta con peinarte el cabello en un ambiente seco. También, puedes observar el fenómeno en los discos de música, cuando los sacas de su cubierta, o cuando los retiras del tocadiscos: Atraen los vellos de tu piel, y el polvo del ambiente. LA ELECTRICIDAD ESTA EN TODAS PARTES El efecto descubierto por Thales de Mileto en el ámbar se manifiesta tam- bién de diversas maneras en la natura- leza, según los materiales tengan exce- so, faltante, o circulación de electro- nes entre dos puntos cualquiera. A to- dos los efectos producidos por el esta- do de los electrones se les denomina genéricamente electricidad. Cuando hablamos de vapor, lluvia, Figura 1 hielo, río, mar, etc., indiscutiblemente 7 Electrónica Fácil 1
  • 7. nos estamos refiriendo al agua en una mentos básicos conocidos, en la natu- cualquiera de sus manifestaciones o es- raleza se forman todos los materiales o tados. Pues bien, cuando escuchemos compuestos que vemos, olemos y pal- las palabras electrostática, electrodiná- pamos, tales como el aire, la sal de co- mica, corrientes alternas, piezoelectri- cina, la madera, el agua, la arena, los cidad, etc., se están refiriendo a deter- huesos, la carne, los jabones, los áci- minados comportamientos de los elec- dos, los plásticos, etc. trones en el espacio, en un material, en un medio, etc. En otras palabras, si dividimos por la mitad un trozo de cualquier mate- Son electricidad los rayos de las tor- rial o compuesto, y sucesivamente di- mentas, y las chispas que suenan cuan- vidimos a su vez una de las mitades re- do nos quitamos en la noche ciertos sultantes, llegará el momento en el cual vestidos de material sintético; generan obtengamos una molécula, o sea la mí- electricidad los peces llamados angui- nima parte en que se puede dividir un las, y los cerebros nuestros para orde- compuesto químico y poder seguir nar al cuerpo sus movimientos; se pro- conservando todavía sus propiedades duce electricidad cuando se sumergen físicas y químicas originales, tales co- dos metales diferentes en una solución mo el color, sabor, olor, etc. ácida o alcalina, fenómeno que tam- bién produce la corrosión de los empa- Si nos aguijonea la curiosidad, y re- tes de conductores eléctricos diferen- solvemos dividir la molécula, obten- tes cuando se les deja expuestos a la ac- dremos dos o más elementos con pro- ción de la lluvia y los ácidos produci- piedades usualmente muy distintas. dos por los vapores que escapan de los Aunque en la naturaleza existen milla- motores de los vehículos; se produce res de moléculas, solamente se cono- electricidad en ciertas sustancias cuan- cen unos 105 elementos, naturales y do reciben luz, por lo cual se dice artificiales. Cuando un material tiene que tienen efecto fotovoltáico; tam- todas sus moléculas formadas de un bién, se genera electricidad cuando mismo elemento, se dice que es puro. un conductor es sometido a la acción Tal es el caso del cobre, el oro, el alu- de las líneas de fuerza de un campo minio, el manganeso, el helio, el oxí- magnético de intensidad variable, o geno, el sodio, el nitrógeno, etc. y los cuando se hace presión sobre las caras demás elementos químicos que apare- de ciertos cristales, efecto más conoci- cen en la tabla periódica ideada por el do como piezoelectricidad. ruso Dmitri Mendeléiev (1834-1907). Todos los átomos de un mismo ele- mento son teóricamente iguales, aun- ESTRUCTURA BÁSICA DE LA que pueden tener pequeñas diferencias MATERIA en cuanto a la cantidad de electrones se refiere. Así como los diversos colores y ma- tices se pueden obtener con la mezcla Un ejemplo típico para ¡lustrar la apropiada de unos pocos colores deno- diferencia entre molécula y elemento, minados primarios (usualmente amari- es la sal común de cocina. Como tal, llo-azul-rojo para pinturas, y verde- es parte indispensable para la prepara- azul-rojo para luces), así también, mez- ción de muchos alimentos, y está cons- clando apropiadamente unos 105 ele- tituida por moléculas de color blanco. 8
  • 8. (Tabla tomada del Diccionario Figura 2 LAROUSSE) unidas formando cristales. Sin embar- vianas girando como trompos -Spin- y go, cada molécula de la sal está inte- dando vueltas alrededor de un núcleo grada por un átomo del elemento So- grande y pesado, tal como lo hacen dio y por un átomo del elemento Clo- los planetas alrededor del sol), proto- ro. El Sodio (Na) es un metal de color nes (esferas grandes ubicadas en el nú- gris, altamente mortal, pues reacciona cleo del átomo; pesadas y de propieda- violentamente al contacto con el agua. des eléctricas contrarias a las de los El Cloro, por su parte, es un gas de electrones), neutrones (también en el color verdoso, utilizado en los acue- núcleo, pero sin carga eléctrica cono- ductos para matar los microbios del cida), neutrinos (partículas muy livia- agua. nas y sin carga), mesones (partículas radioactivas con una masa 200 ó 300 Puesto que en la antigüedad se con- veces mayor que la del electrón, pero sideraba que ya no podía haber más con una carga igual a la del mismo, y división a partir de allí, se le dio el otras más que no nos interesa conocer nombre de átomo a cada uno de los por ahora. elementos que conforman la molécu- la, pues esta palabra significaba "indi- Las partículas del núcleo están liga- visible" en su idioma. Con los instru- das entre sí por una gran cantidad de mentos de la ciencia actual se ha com- energía, parte de la cual se libera cuan- probado que el átomo es divisible, y do se produce alguna división (fisión) que está formado por varias partícu- o agregado de partículas (fusión), y las muy diferentes entre sí, tales como por su procedencia recibe el nombre electrones (esferas muy pequeñas y li- de energía atómica. 9 Electrónica Fácil 1
  • 9. Electrones nes en el núcleo de cada átomo. Por consiguiente, los átomos de dos ele- mentos diferentes se distinguen por la cantidad de protones en su núcleo. El primer elemento es el hidrógeno, con un protón como núcleo, y un elec- trón girando a su alrededor. El elemen- to 29 es el cobre, y tiene 29 protones y 29 electrones. Dado que la masa del electrón es despreciable, el elemento sigue conservando sus propiedades fí- sicas aunque en un instante dado no Átomo Figura 3 corresponda el número de electrones con la cantidad de protones del núcleo. La tabla periódica de Mendeléiev Cuando tal cosa ocurre, se dice que el tiene organizados los elementos quí- átomo está eléctricamente cargado, en micos en forma ascendente según su sentido positivo cuando hay faltante, masa atómica, correspondiendo su nú- y en sentido negativo cuando hay ex- mero de orden a la cantidad de proto- ceso de electrones. Mendeléiev y su principal descubrimiento En 1984, se cumplieron 150 años del nacimiento de Dmitri Mendeléiev (1834-1907), uno de los grandes pensadores en la historia de la humanidad. Llevan su nombre una cordillera del océano Glacial Á r t i c o , un volcán activo, un cráter lunar, un mineral, un elemento químico que lleva el número 101 en su tabla periódica de los elementos. . . 10
  • 10. ánimo... Su voz era baja pero sonora y clara; su tono cambiaba mucho... "Maldice a diestra y siniestra y te sentirás bien", decía Mendeléiev, por supuesto que en broma. Jamás regaña- ba a nadie a sus espaldas, y siempre se interponía ante quienes osaban hablar mal de quien no estaba presente. "Cuan- do no se es capaz de decir las cosas de frente mejor callarse la boca", "¡Cuesta tanto ser h o n r a d o ! " Todos los autores de memorias es- criben que con suma facilidad comen- zaba a hablar a gritos, aunque en esen- Valentín RICH cia era una buena persona, solo que te- De la Revista JIMIA I ZHIZN nía un sistema nervioso extremada- Artículo reproducido de mente sensible. SPUTNIK (Selecciones de la prensa soviética). Diciembre 1984 No se exceptúa que los caracteres congénitos de su personalidad se de- Los años 70 del siglo XIX tocaban a ban en parte a que era el último vásta- su fin. Para ese entonces, la humani- go de una familia de 17 hijos. Hoy día dad ya contaba con tres obras grandio- se cree que la posibilidad de mutacio- sas -cual puentes sobre un profundo nes en la descendencia aumenta en re- abismo- acerca del pensamiento, la so- lación con la edad de los padres. ciedad y la naturaleza: La ciencia de la lógica, de Jorge Hegel (1770-1831), El capital, de Carlos Marx (1818-1883) y Durante toda su vida siempre hizo el El origen de las especies por medio las cosas -tanto simples como impor- de la selección natural de Carlos Darwin tantes- a su manera. Claro está que ir (1809-1882). Faltaba descubrir los por un camino conocido resulta más misterios de la substancia. fácil, pero la química era algo nuevo, joven y en la juventud todo envejece A los 33 años. Dmitri Mendeléiev rápido. Por ejemplo, como no pudo fue designado profesor de química ge- encontrar nada de valor científico en neral en la Universidad de San Peters- los libros sobre química orgánica edi- burgo*. Muchos decían que este joven tados en Rusia y Europa escribió - en de melena larga y vaporosa alrededor dos meses de apasionado trabajo dia- de su amplia y blanca frente, expresi- rio (12 página en 24 horas)-, un curso vo y vivo, de penetrantes ojos azules universitario de 30 pliegos basado en se parecía a Garibaldi. Durante las principios totalmente nuevos. No de- conversaciones siempre gesticulaba. seaba condicionar el orden del día a Los amplios, rápidos y nerviosos mo- semejante bagatela como la rotación vimientos denunciaban su estado de de la Tierra alrededor de su eje; por eso, trabajaba treinta o cuarenta horas * Actualmente Leningrado seguidas. Y podía dormir otras tantas. 11 Electrónica Fácil 1
  • 11. Desde sus años estudiantiles, Men- Mendeléiev creía en la intuición y la deléiev buscaba la relación entre los utilizaba conscientemente en diferen- elementos. Hacía ya 15 años que acu- tes aspectos de su vida. "Cuando de- mulaba materiales, hechos, conocimien- bía resolver un problema difícil e im- tos. Pensaba en cómo colocar en un portante -recuerda su esposa Anna- a sistema único las islas y los archipiéla- paso muy rápido y ligero venía a don- gos químicos. Últimamente, por mu- de yo estaba, me planteaba el proble- chas y diferentes cosas que tuviera que ma y pedía una respuesta inmediata. hacer, nunca dejaba de pensar en ello. 'No pienses, no pienses', repetía una y otra vez. Mi respuesta era decisiva..." Es extraordinario combinar sus idea- les con el natural desarrollo de la vida Para aquel entonces, de los 92 ele- práctica. Muchos lo que hacen es sim- mentos que se encuentran en la natu- plificar su vida al máximo para con- raleza, se conocían tan solo 62. Ade- centrarse totalmente en lo ideal y es- más, al didimio lo consideraban una piritual. Dmitri Ivánovich tenía tiem- substancia simple, cuando en realidad po para todo: tanto para su trabajo en es una mezcla de dos elementos deno- la mejor cátedra de química de Rusia, minados más tarde neodimio y praseo- como para su numerosa familia y su dimio. Los pesos atómicos de por lo hacienda con campos experimentales, menos 10 elementos habían sido deter- unos de los primeros en Rusia. (¿Aca- minados aún con graves errores debido so no se podría con la ayuda de la quí- a que los químicos conocían poco es- mica hacer retroceder el agotamiento tas substancias. Así, pues, la persona de la tierra?). que tenía pensado disponer correcta- mente los elementos químicos en co- rrespondencia con sus pesos atómicos De la ciencia uno se puede ocupar contaba sólo con el 57% de las 92 s u s - en cualquier lugar. La ciencia es una tancias necesarias. amante que lo abraza en todos lados con tal de que no la apartemos... Men- 17 de febrero de 1869, Mendeléiev deléiev. debía partir de San Pertersburgo a la provincia de Tver para examinar las Según Mendeléiev, 1860 -año en que queserías y dar sus recomendaciones tuvo lugar el congreso de químicos en con respecto a cómo modernizarlas. El Karlsruhe-, fue decisivo en el desarro- tren partía al atardecer. llo de sus reflexiones sobre la ley pe- riódica. En la historia de la ciencia son muy raros los casos en que quedan huellas palpables del pensamiento que condu- "La idea sobre la periodicidad de jo a un valioso descubrimiento. las propiedades de los elementos au- mentando el peso atómico ya enton- ces, en esencia se me presentaba inte- Este es uno de esos casos: la nota riormente", escribía. Pero con la con- que recibió Mendeléiev en la brumosa vicción intuitiva no se convence a los mañana del 17 de febrero antes del de- otros, por mucho que con ella haya sayuno; las huellas de la taza dejadas comenzado la historia de numerosos en ella y el escrito de la idea que pasó descubrimientos. por su mente: unos símbolos quími- 12
  • 12. cos, unas cifras, una escritura rápida, tarjetas, abrió su libro en las páginas unas correcciones... Caos... necesarias y comenzó simbólicamente a jugar a los naipes. Luego tomó una hoja de papel en blanco -que se conserva hasta hoy día- ¡No es difícil imaginar con qué ale- y bosquejó en ella una debajo de otra gría sacaba este extraordinario solita- las filas de símbolos y pesos atómicos. rio! ¡Con qué rapidez ponía a los "seis", los "siete", las "damas" y los Una idea adelantaba a la otra; la "reyes", es decir, los sencillos azufre e mano no alcanzaba a la ¡dea; los nú- hidrógeno, la plata preciosa y el oro meros se interponían; la armonía re- brillante! Siempre los percibió casi trocedía ante el caos de las correccio- igual que a las personas. nes. ¡Evidentemente el solitario había Cogió otra hoja y comenzó a copiar salido! Las primeras seis filas se forma- lo escrito, haciendo nuevos cálculos y ron sin escándalos y en el siguiente or- transposiciones. Esta hoja también se den: los alcalinos, los halógenos, el convirtió en un jeroglífico. ¡Así no oxígeno y sus parientes, la familia del saldría nada! nitrógeno y el fósforo, la del carbono y el estaño... Entre el silicio y el esta- Las agujas del reloj seguían su paso ño quedaba un lugar vacío: el naipe sin detenerse. En la tarde debía partir. con peso atómico 70 no se hallaba en Ya había encontrado lo principal. Pe- el juego. ¿Y quién dijo que nuestro ro a todo esto debía darle una forma juego está completo? Cada año alguien lógica y clara. Imagínese como él, de- descubre un nuevo elemento. sesperado y furioso, a paso ligero y rá- pido recorría el gabinete en busca del Había también elementos "testaru- método apropiado para componer lo dos" que confundían su " p a l o " quí- antes posible el maldito sistema. mico o les era imposible encontrar su lugar en la fila. Tampoco sabía dónde El pupitre. El mechero de gas. El di- poner a los elementos poco estudia- ván. Los armarios con libros. Las ma- dos: el rodio, el rutenio, el tantalio, el traces con retortas. La balanza. Una torio, el circonio, el lantano. pila de libros de la primera edición de su famosa obra Fundamentos de la ... Y de nuevo cogía la pluma para química (la segunda ya estaba en im- escribir en la hoja columnas de cifras. prenta, solo faltaba que su autor inser- Una y otra vez dejaba de anotar, per- tara la solución definitiva del proble- plejo, armaba un cigarrillo y fumaba ma) con olor a cola y pintura de tipo- hasta que se le nublaba la vista... grafía. Una resma de papel. El baúl ya listo para el viaje. La ropa sin acomo- Al final, sus ojos se pegaron, se tiró dar. Un tomo de Julio Verne. Una ba- en el diván y se durmió como un tron- raja, para sacar solitarios, que siempre co. Esto no era raro en él. Pero esta llevaba consigo durante los viajes. Un vez durmió poco, quizá unas horas o paquete de tarjetas de visita. quizá unos minutos. No quedó ningún testimonio al respecto. Se despertó '" ¡Y por fin sus ojos hallaron lo después de ver, en sueños, a su solita- que necesitaba!... Cogió una pila de rio hecho, no como lo había dejado 13 Electrónica Fácil 1
  • 13. sobre la mesa, sino en forma lógica. En en su peso atómico y propiedades quí- seguida se levantó y comenzó a consti- micas- en ruso y francés. Puso la fe- tuir una nueva tabla que se distinguía cha: 17 de febrero de 1869... de la primera en lo siguiente: primero, los elementos se disponían de menor a El Experimento estaba lejos de ser mayor (y no en el orden inverso); se- exacto. De los 66 elementos puestos gundo, en todos los lugares vacíos po- en filas solo 48 estaban colocados co- nía signos de interrogación y cifras. rrectamente. Si se agrega a estos 26 elementos más, desconocidos en aque- Durante mucho tiempo el cuento llos tiempos, la relación entre lo correc- de Dmitri Mendeléiev acerca de la ta- to e incorrecto era de 48:44. Los cons- bla vista en sueños lo tomaron como tructores saben que para la primera anécdota. Encontrar algo racional du- muestra de una nueva máquina esta re- rante el sueño se consideraba supersti- lación es natural. Pero si así funciona, cioso. Hoy día, la ciencia no pone ba- ya es una excepción. En el mejor de rreras entre los procesos que se reali- los casos los primeros aviones saltaban zan en la conciencia y la subconcien- un poco. Las primeras lámparas incan- cia. Tampoco consideran sobrenatural descentes se quemaban enseguida. que el cuadro que no se formó duran- te la reflexión conciente se haya cons- ¡Pero el primer modelo experimen- tituido en la subconciencia. tal de la tabla periódica de los elemen- tos funcionaba! El puente tendido a Mendeléiev hizo algunas correccio- través del abismo de lo desconocido nes en la tabla, tachó un elemento su- aún se balanceaba bajo los pies, dejan- perpuesto entre el nitrógeno y el litio. do al descubierto numerosos agujeros. Escribió su título -Experimento para Pero los valientes ya podían cruzar el sistematizar los elementos basándose abismo por él. Los electrones, portadores de carga negativa Aurelio Mejía M. Por denominación puramente con- Así como los polos de igual signo vencional y arbitraria, de manera simi- de un ¡man se rechazan, y los contra- lar a como se denominó polo sur y po- rios se atraen, así también los electro- lo norte a los extremos de atracción nes se repelen entre sí, pero son atraí- de los ¡manes, se llamó carga negativa dos por los protones hacia el núcleo, a la propiedad del electrón, y carga evitando que sean lanzados al espacio positiva a la del protón. en virtud de la fuerza centrífuga. 14
  • 14. Puesto que en la última órbita nun- ca pueden haber más de 8 electrones, es común encontrar átomos con su pe- núltima capa incompleta aunque ten- gan los electrones suficientes para lle- narla. Pensemos, por ejemplo, en el elemento número 28 (níquel), el cual dispone en su estado eléctrico neutro de 28 electrones para repartir según el patrón establecido, de la siguiente ma- nera: 2 + 8 + 18. Sin embargo, para cumplir el requisito de que la última capa no debe pasar de los 8 electrones, se establece una cuarta órbita con al- gunos de los 18 de la tercera. LAS MOLÉCULAS TAMBIÉN TIENEN UN LÍMITE DE 8 Hasta ahora hemos mencionado que Debido a los patrones de fuerzas re- existen los electrones, partículas ató- sultantes de la repulsión mutua entre micas pequeñísimas dotadas de movi- los electrones (por tener cargas negati- miento rotatorio a manera de trom- vas iguales) y de su atracción hacia el pos (efecto conocido como "Spin") y núcleo (por acción de los protones, con de movimiento de traslación alrededor carga positiva), los electrones se distri- de un núcleo. También hemos dicho buyen en las órbitas formando capas que a su poder de atracción y de re- cada vez más alejadas del centro. Re- pulsión se le ha denominado carga sulta interesante anotar que cada capa, eléctrica negativa, y que es contraria y según su número de orden a partir de de igual intensidad a la carga de los la más cercana al núcleo, no puede al- protones, razón por la cual tienden a bergar más de un número determinado cancelarse mutuamente sus efectos. de electrones, ni tampoco puede tener Dicho de otra manera, el átomo se más de 8 electrones en su órbita o ca- considera eléctricamente neutro cuan- pa exterior. do sus cargas negativas (electrones) son ¡guales a las cargas positivas (pro- El patrón de distribución de los elec- tones). trones en las capas es igual para todos los elementos, diferenciándose uno de La tendencia de los átomos a tener otro solamente en la cantidad de capas 8 electrones en su órbita externa, de- y el total de electrones. Así, por ejem- nominada capa de valencia, es lo que plo, en la primera capa u órbita no se los hace unirse y formar las moléculas. admiten más de 2 electrones. En la se- De esta manera comparten sus electro- gunda nunca pueden haber más de 8, nes externos, los cuales se mueven ni en la tercera más de 18. En la cuar- ahora formando una órbita común ta y en la quinta solo se reciben hasta que envuelve al conjunto. Según la 32, y en la sexta no se permiten más configuración de esta órbita se for- de 18. man las uniones amorfas y las uniones 15 Electrónica Fácil 1
  • 15. cristalinas. La fuerza del ligamento re- tro en el cual se anuncia una gran pelí- cibe el nombre de "cohesión molecu- cula. Al comienzo hay muchas sillas lar". vacías, razón por la cual es positivo que usted puede conseguir boleto para Las moléculas de estructura cristali- entrar. Llegado cierto momento se co- na (de forma simétrica, a manera de pa la capacidad de la silletería y todas cubos, polígonos, etc.) presentan pro- las demás personas que siguen entran- piedades eléctricas muy utilizadas en do se tienen que estar de pie. Por lo la fabricación de cristales para circuitos visto, el teatro está sobrecargado nega- osciladores, en las cápsulas fonocapto- tivamente, y permanece así hasta que ras de los tocadiscos, en los dispositi- se termine la película, instante en el vos a base de ondas acústicas superfi- cual se produce un tumulto que cami- ciales (tales como los filtros SAW usa- na rápido hacia las puertas de salida. dos en los televisores a color), en algu- Los cuerpos cargados con electricidad nos tipos de micrófonos y de parlan- estática también la pueden descargar tes, etc. en un momento dado, y producir tem- poralmente una corriente o flujo de electrones. ELECTRICIDAD DINÁMICA, ELECTRICIDAD ESTÁTICA BUENOS CONDUCTORES ELÉCTRICOS Si hacemos mover las partículas de carga a lo largo de un medio conduc- Los átomos que solamente tienen tor, estamos produciendo lo que se co- un electrón en su órbita externa tien- noce como "corriente eléctrica". Po- den a soltarlo con facilidad. Además, demos imaginar que la corriente eléc- y puesto que tienen 7 espacios dispo- trica es algo así como una multitud de nibles, pueden alojar temporalmente personas visitando una exposición de otros electrones libres que provengan obras de arte en un museo. Hacen una de átomos vecinos. Por su gran capaci- línea, avanzan, se detienen y miran, dad para ceder y recibir electrones se continúan caminando y salen por la les denomina buenos conductores de puerta al final de la galería. Sí, los electricidad, tanto dinámica como es- electrones también pueden avanzar en tática. forma continua, o detenerse a interva- los denominados pulsos, o alternar su Entre el grupo de los buenos conduc- sentido (devolverse). tores están la plata (Ag), el cobre (Cu), el oro (Au) y el aluminio (Al). Con tales También podemos quitar o agregar materiales se fabrican las líneas de muchos electrones a un trozo de ma- conducción (alambres) y también las terial, para romper el equilibrio entre placas para los condensadores que las cargas positivas y negativas de los habrán de almacenar energía en forma átomos, y al hacerlo estamos generan- de electricidad estática. Por tener el oro do lo que se denomina electricidad es- muchas capas orbitales y su electrón tática. externo muy lejos del núcleo que lo atrae, y por ser inmune a la oxidación, se le Podemos entender más fácilmente emplea en la fabricación de circuitos lo anterior si nos imaginamos un tea- integrados. 16
  • 16. CONDUCCIÓN IÓNICA la base de la galvanoplastia, un méto- do electroquímico para hacer recubri- Hasta ahora hemos definido la co- mientos metálicos en piezas, tal como rriente eléctrica como un flujo de elec- el cobreado, plateado, niquelado, cro- trones continuo (constante), intermi- mado, etc. tente (a pulsos) o alterno (que cambia de sentido a intervalos regulares). Sin CAPA DE VALENCIA Y LOS embargo, existen casos especiales en TIPOS DE UNION que son los átomos los que se despla- zan de un lugar a otro llevando su car- Los electrones que se ubican en la ga eléctrica. Esta situación se presenta capa externa del átomo, llamada capa cuando el medio conductor es un gas de valencia, reciben el nombre de elec- o un líquido, y a tales átomos se les trones de valencia. Su nombre provie- denomina iones. ne del griego, y significa "enganche". Con esto se quiere dar a entender que Por lo común, los átomos compo- los electrones de valencia son los que nen moléculas eléctricamente neutras, permiten a los átomos unirse mutua- con igual número de electrones que de mente. Aunque no lo necesitamos por protones. Sin embargo, por acciones ahora para nuestro estudio, por lo me- químicas y eléctricas externas se pue- nos recordemos que los átomos pue- de romper dicha molécula, y obtener den formar uniones metálicas, iónicas así una parte con más electrones que y covalentes. protones, llamada ion negativo. Al res- to se le denomina ion positivo, por La unión metálica es la que se lleva quedar con más protones que electro- a cabo entre átomos de elementos bue- nes. nos conductores de la electricidad, aquellos con solo un electrón en la ca- A manera de ejemplo, un ion es al- pa de valencia, y se caracteriza por un go así como un gran corcho con un movimiento desordenado y continuo pequeño imán en su interior. Si lo po- de sus electrones de valencia, pasando nemos a flotar en un estanque con de un átomo al siguiente para llenar agua, se orienta hacia los polos magné- momentáneamente las capas exterio- ticos terrestres cual si fuese una brúju- res de todos. la; o podemos hacerlo alejar o acercar cuando le aproximemos los polos nor- La unión iónica o electrovalente es te o sur de un imán externo. Pues bien, la que se forma cuando se asocian áto- de manera similar se comportan los mos de elementos diferentes, de forma átomos cuando les falta o llevan exce- tal que los unos ceden electrones de so de electrones (digamos que algo así valencia a los otros, formándose iones como pequeñísimos polos negativos). positivos y negativos, los cuales se jun- Con la aplicación de dos conductores tan debido a la atracción entre sus car- eléctricos a los dos extremos de una gas de signo contrario. vasija que contenga los iones, es posi- ble hacer que se alejen los unos y se La unión covalente tiene lugar entre acerquen los otros, siguiendo aquella átomos de elementos diferentes, pero ley que dice: Polos o signos iguales se en este caso, a diferencia de la unión repelen; polos o signos contrarios se iónica, los átomos se resisten a ceder o atraen. Esta propiedad de los iones es a tomar electrones de valencia, razón 17 Electrónica Fácil 1
  • 17. por la cual los comparten mutuamente Los átomos que tienen 7 electrones para completar sus respectivas capas. en su última capa también presentan Por ejemplo, en el caso de dos átomos alta resistencia a la formación de un que tienen cada uno de a cuatro elec- flujo electrónico, pues todos ellos es- trones externos, tal como ocurre con peran capturar de a un electrón para el germanio y el silicio, entonces cada completar los 8 que requiere la capa átomo deja que uno de sus electrones de valencia. Entre los elementos de es- sea alternativamente compartido con te grupo están el flúor, cloro, bromo, el otro. En otras palabras, cada átomo yodo y astatino. conserva tres electrones en su propia órbita, mientras los dos electrones que En la práctica, los aislantes utiliza- hacen el enlace pasan alternadamente dos para interrumpir u oponer resis- de una a otra capa de valencia. tencia al paso de una corriente eléctri- ca se obtienen a base de compuestos, ELEMENTOS AISLANTES con moléculas que no tengan tenden- cia a liberar o recibir electrones libres. Un átomo con ocho electrones de valencia es completamente estable, y ELEMENTOS resistirá casi cualquier intento de qui- SEMICONDUCTORES tarle un electrón. Puesto que tampoco reciben electrones libres, no permiten Siguiendo el razonamiento anterior, la formación de corrientes eléctricas. es fácil deducir que los átomos con Se dice que son los mejores aislantes, dos electrones de valencia no son tan y dada su alta resistencia a los cambios buenos conductores como aquellos en la capa de valencia, hasta hace muy que solo tienen uno, pero si permiten poco tiempo se creía que no se com- el movimiento de electrones más fácil- binaban con ningún otro elemento pa- mente que los átomos con tres electro- ra formar compuestos, por lo cual se nes externos. De manera similar, los de los llamó elementos inertes o nobles. seis son menos aislantes que los de sie- A esta clase pertenecen los gases helio, te, pero más que los de cinco. neón, argón, criptón, xenón y radón. Aquellos elementos que están en el punto medio, con cuatro electrones de valencia, y que por consiguiente no se inclinan hacia los conductores, ni ha- cia los aislantes, reciben el nombre de semiconductores. A este grupo perte- necen el germanio y el silicio, dos ele- mentos muy utilizados en la fabrica- ción de diodos, transistores y circuitos integrados. Mediante técnicas apropiadas se puede mejorar o modificar las caracte- rísticas eléctricas de un material se- miconductor, agregándole algunos áto- Figura 5 mos diferentes que produzcan un ex- ceso o un déficit de electrones en las 18
  • 18. uniones. Puesto que estos materiales de este tipo predominan las cargas po- agregados tienden a dañar o ensuciar la sitivas (también denominados porta- estructura cristalina (unión covalente o dores positivos) sobre el número de de par electrónico) del silicio o el electrones, a tal semiconductor se le germanio puros, se les denomina im- llama tipo p. purezas, o elementos dopantes. Cuando los átomos dopantes tienen Cuando el átomo utilizado como de a cinco electrones en la capa exter- impureza tiene solamente tres electro- na, queda sobrando un electrón al hacer nes de valencia forma una unión de el enlace con los átomos del material siete con el elemento semiconductor, semiconductor. Estos electrones libres razón por la cual se dice que ha queda- extra aportan al semiconductor un do un hueco en la retícula o red crista- número mayor de electrones de los que lina de los enlaces. Las impurezas tri- tendría normalmente, por lo cual recibe valentes más comunes son el indio, el el nombre de tipo n. Las impurezas galio y el boro. Puesto que en un semi- pentavalentes más utilizadas son el conductor inyectado con impurezas arsénico, el fósforo y el antimonio. Condensado de un artículo suministra- do por Unión Carbide de Colombia, y de un capítulo del libro "Understan- ding Solid-State Electronics", editado por Texas Instruments Learning Center. 19 Electrónica Fácil 1
  • 19. Puesto que nosotros no podemos CORRIENTE ver, tocar ni percibir la energía eléctri- ca como tal, debemos estudiarla con Cuando el agua corre a través de un base en sus efectos, mensurables por caño, tenemos lo que se llama un flujo medio de instrumentos que indican el o corriente de agua. Del mismo modo, grado de su acción. cuando la electricidad fluye a través de un conductor o alambre, tenemos una Entender el comportamiento de la corriente de electricidad. El caudal de electricidad nos resulta fácil si pone- una corriente de agua puede ser indi- mos atención a la figura 6, debido a cado en litros por segundo; la intensi- que existe una gran semejanza entre su dad de una corriente eléctrica se ex- forma de actuar y las características presa en culombios por segundo. Se de- de los líquidos. Su flujo se parece al nomina un Amperio a una corriente del agua, y de manera similar tiende constante de un culombio por segun- a llenar cada espacio que encuentre do, y su nombre fue dado en honor al disponible. Así como el agua puede matemático y científico francés Andrés ser bombeada para producir una co- María Ampère (1775-1836), quien rriente a través de una red de tuberías ideó la electrodinámica e inventó el o caños, así también los electrones de electroimán y el telégrafo. un alambre pueden ser empujados a través de un circuito o red de con- ductores, por medio de una batería RESISTENCIA o un generador apropiado. De mane- ra similar a como el agua, por acción Por experiencia sabemos lo difícil de la fuerza de gravedad, busca tener que resulta respirar cuando tenemos el mismo nivel en toda la superficie del tapada una de las dos fosas nasales, ya recipiente, así también los electrones que nuestros pulmones deben aumen- tienden a alcanzar la misma densidad a tar la presión para lograr inhalar o ex- través de un circuito, por acción de las pulsar el volumen de aire que el orga- repulsiones mutuas de sus cargas nega- nismo requiere. Similarmente, un caño tivas. ofrece una cierta resistencia al paso del agua. Cuanto menor sea su diámetro, o mayor sea la longitud, más grande será UNIDAD DE CANTIDAD la resistencia al flujo. ELÉCTRICA La unidad de cantidad de electrici- También los conductores eléctricos dad, o carga eléctrica, es el Culombio. presentan resistencia al paso de la co- Representa una cantidad definida de rriente eléctrica a través de ellos; cuan- energía eléctrica, del mismo modo en to más reducido sea el calibre o sec- que un litro representa una cantidad ción transversal, y más largo el alam- determinada de agua. Un culombio bre, mayor será la resistencia. En estos equivale, aproximadamente, a 6 280 dos aspectos, la resistencia de un caño 000 000 000 000 000 electrones libres. de agua y la de un conductor eléctrico Químicamente hablando, un culombio son similares. Una manera fácil de ex- es la cantidad de electricidad requeri- perimentar esto, es tratar de respirar a da para ocasionar, en una solución, la través de mangueras que tengan dife- precipitación de 0,00111800 gramos rente largo y diámetro. Indudablemen- de plata metálica. te, la menor resistencia al paso del aire 20
  • 20. la encontraremos en la manguera más conductores eléctricos. Existen otros ancha y en la más corta. metales que ofrecen menor resistencia, tal como el oro y la plata, pero su alto La resistencia eléctrica, sin embar- costo hace que se empleen solamente go, involucra también otras propieda- en aplicaciones especiales. En los cir- des del conductor: su temperatura y cuitos electrónicos se utiliza muy a su material. Hemos explicado que, en menudo un dispositivo llamado resis- el caso de los átomos de un buen con- tor, el cual se puede conseguir con va- ductor, es fácil sacarles un electrón de lores definidos de resistencia eléctrica, sus órbitas de valencia, lo cual equiva- con su magnitud especificada en el le a decir que se requiere poca energía cuerpo por medio de bandas de color, para hacerlo. De hecho, se requiere o con caracteres siguiendo un código mayor energía para liberar un electrón internacional. La unidad de resistencia de un átomo aislante. Cuando se trata eléctrica se llama Ohmio, y se expresa de los semiconductores, se requiere con el símbolo W. menos energía que en el caso de los aislantes, pero más que en el de los Un Ohmio es la resistencia que tie- conductores. ne un conductor, cuando, al aplicar una tensión eléctrica de un Voltio en- Algunos materiales, como el carbón tre sus extremos, se produce una co- y las soluciones electrolíticas, dismi- rriente de un Amperio. nuyen su resistencia eléctrica a medida que la temperatura aumenta. Otros, por el contrario, mejoran su enlace VOLTAJE molecular y aumentan la resistencia al subir la temperatura. En los circuitos Para ocasionar el flujo de agua a tra- electrónicos se necesita a veces una de vés de una cañería se necesita una de- estas dos características, y para obte- terminada presión, ya sea la suminis- nerla se utiliza un dispositivo denomi- trada por una bomba, o por la diferen- nado termistor. Cuando su resistencia cia de niveles entre la superficie del aumenta con la temperatura, se dice agua y el orificio de salida. que es de coeficiente positivo. En caso contrario, su coeficiente será negativo. Como se puede ver en la figura 7, la En los metales buenos conductores, tal presión que ejerce el líquido sobre la como el cobre y el aluminio, es despre- válvula de salida depende de la carga ciable el efecto de la temperatura so- hidrostática (es decir, la altura de la bre su resistencia. columna de agua), y se la expresa ge- neralmente en "metros de agua". De manera similar, se requiere una deter- En cuanto a la resistencia depen- minada presión eléctrica para enviar diente del material, esta se explica en una corriente de electricidad a través razón de la mayor o menor energía re- de un conductor. Esta presión eléctri- querida para liberar los electrones ex- ca se denomina Fuerza Electromotriz ternos de su banda u órbita. El cobre, (fem) o voltaje. La unidad correspon- por ejemplo, debido a que tiene sola- diente se llama Voltio en honor del fí- mente un electrón de valencia, ubica- sico italiano Alejandro Volta (1745- do en la cuarta capa y lejos de la atrac- 1827), inventor de la pila eléctrica que ción del núcleo, es uno de los mejores lleva su nombre. 21 Electrónica Fácil 1
  • 21. Un Voltio es la presión requerida A mayor diferencia entre los niveles para causar una corriente de un culom- superior e inferior, mayor será la pre- bio por segundo (un Amperio) a través sión que empuja el agua a través del de un conductor que ofrece una resis- canal, aumentando así el volumen de tencia de un Ohmio. galones por minuto. Si ponemos más canales en serie, se aumenta la resisten- Según el ejemplo de la figura 6, de- cia y disminuye el nivel del agua en el bido a que el canal presenta resistencia punto de succión. En la práctica, des- al flujo, el agua demora un poco en ha- de el punto de vista eléctrico, se intro- cer el recorrido entre la salida del grifo ducen ciertas resistencias a un circuito y la boca del tubo de succión, presen- con el fin de disminuir ("tumbar") el tando, en consecuencia, diferencias de voltaje en un punto específico. nivel entre dos puntos cualquiera, sien- do mayor la diferencia de alturas en el En términos eléctricos, el bombeo sitio de colocación de la bomba. de electrones de un extremo a otro de 22
  • 22. un circuito se puede hacer de diversas Fuerza electromotriz maneras, ya sea utilizando una batería Amperios de (Voltios) o un generador de corriente, acciona- corriente = —————————— do por una caída de agua o por un Resistencia en Ohmios molino de viento, etc. La diferencia de Matemáticamente se puede deducir altura entre los niveles del líquido del que E = IR (para conocer el voltaje, ejemplo anterior equivale a la diferen- basta con multiplicar la corriente en cia de potencial (voltaje) entre dos amperios por la resistencia en ohmios). puntos cualquiera de un circuito o La resistencia, a su vez, se puede obte- conductor eléctrico. El voltaje será ner dividiendo el voltaje por el valor máximo entre los dos extremos, don- de la corriente en amperios, aplicando de se tiene conectada la fuente de ten- la fórmula siguiente: R = E/I. sión eléctrica (presión). La ley de Ohm afirma que, dados dos circuitos sometidos a igual voltaje, LA LEY DE OHM la corriente será proporcionalmente mayor en aquel circuito que ofrezca Se conoce como Ley de Ohm a la menor resistencia. Dicha ley también relación existente entre el voltaje (E), establece que, en circuitos de resisten- la resistencia (R) y la corriente (I) en cias iguales, la corriente que por ellos un circuito eléctrico, y debe su nombre fluye será directamente proporcional al físico alemán Georg Simón Ohm al voltaje aplicado. En otras palabras, (1789-1854), quien fue el primero en una elevada resistencia o un reducido establecer que la corriente en un cir- voltaje determinan una corriente redu- cuito es directamente proporcional al cida. Por simple deducción de la figura voltaje aplicado, e inversamente pro- 6, al ampliar el canal, o al elevar más el porcional a la resistencia. Ello puede nivel del agua en el lado del tanque, ser expresado en la siguiente fórmula, se aumenta el caudal del agua. Desde donde E corresponde a la inicial de el punto de vista eléctrico, equivale a "Electromotriz", para referirse al volta- decir que la corriente (I) aumenta je o fuerza que hace mover los electro- cuando se disminuye la resistencia (R), nes a través de un conductor o circui- o cuando se aumenta la diferencia de to: potencial eléctrico (E, V). Estos tres nuevos términos se en- cuentran muy ligados, tanto como lo Energía, están corriente, voltaje y resistencia en los circuitos eléctricos que hemos es- Trabajo tudiado. Pues bien, la verdad es que todo circuito eléctrico se diseña para llevar a cabo un trabajo. Para que di- y Potencia cho circuito pueda efectuar su trabajo necesita energía, ya que de lo contra- Aurelio Mejía M. rio no funciona. 23 Electrónica Fácil 1
  • 23. La energía se manifiesta de muchas sol es transformada en energía quími- formas en la naturaleza. Hay energía ca por los vegetales, la cual se aprove- eléctrica, mecánica, luminosa, calóri- cha luego para la producción de oxí- ca, química, atómica, etc. Tener ener- geno, etc., etc. Cada sección de la físi- gía es tener capacidad para desempe- ca tiene sus propias unidades de medi- ñar un trabajo útil. Todo trabajo al da para la energía que le compete, ya efectuarse consume energía, pero está sea luminosa, cinética, potencial, caló- comprobado que ésta no se pierde si- rica, radiante, atómica, sonora, eléctri- no que se transforma en otra energía ca, etc., por lo que se necesitaría un de forma distinta. Una de las leyes estudio amplio para comprenderlas. fundamentales de la física nos dice que "la energía no se crea ni se destru- ENERGÍA = CAPACIDAD PARA ye; sólo se transforma" (ley de la con- EFECTUAR UN TRABAJO servación de la energía). Los motores eléctricos, por ejemplo, hacen su traba- TRABAJO = TRANSFORMACIÓN jo a base de convertir energía eléctrica ÚTIL DE UNA FORMA DE ENERGÍA en mecánica; las bombillas al trabajar A OTRA DISTINTA (aprovechamien- transforman electricidad en energía lu- to de la energía). minosa; cuando el obrero golpea con su herramienta el duro suelo, efectúa POTENCIA = TRABAJO su trabajo gracias a que la energía quí- REALIZADO EN LA UNIDAD DE mica de su cuerpo se transforma en TIEMPO. energía mecánica. Energía y trabajo son generalmente Así como una misma persona puede designados con una misma unidad de saber varios idiomas, así también un medida. En un sistema mecánico, la mismo objeto físico tiene en un mo- energía necesaria para mover un obje- mento dado varias formas de energía, to es el producto de la fuerza aplicada distintas en su naturaleza pero traduci- por la distancia recorrida. Si una caja bles a una muy común: Calor. Una que pesa 10 libras es levantada a una simple rama de un árbol, por ejemplo, altura de 4 pies, el trabajo ejecutado y tiene energía potencial por el sólo he- la energía requerida para este trabajo cho de estar suspendida en el aire. Si es igual a 10 x 4 = 40 pies - libra. La la rama se cae, dicha energía potencial unidad más empleada para medir el se transforma primero en energía ciné- trabajo mecánico es el joule (julio, en tica (energía mecánica, de movimien- español), que equivale a un poco me- to) y luego en calórica, ya que al res- nos de un pie-libra (1 joule = 0.738 de balar contra el piso se presenta el fe- pie-libra), la cual recibió su nombre en nómeno de la fricción, el cual trans- honor a James Prescott Joule (1818 - forma la energía cinética en calor. Ade- 1889), físico inglés, quien fué el prime- más, este trozo de madera se puede ro en estudiar la dependencia entre la usar después para alimentar una calde- cantidad de calor producida y la mag- ra, con lo cual continúa el proceso de nitud del trabajo mecánico que generó transformación o de trabajo con la dicho calor. En otras palabras, Joule energía almacenada, la cual probable- halló el valor correcto del equivalente mente tuvo su origen en la energía so- mecánico del calor mediante el trabajo lar recibida por el árbol. Ya sabemos realizado durante la expansión de una que la energía calórica y luminosa del masa gaseosa. 24
  • 24. El trabajo que hace la corriente en cada una tensión de 1 voltio durante 1 los circuitos eléctricos aparece en for- segundo. ma de energía química en la electróli- sis, o en forma de energía cinética en La potencia eléctrica, como la po- los motores. Pero si el circuito está tencia mecánica, es directamente pro- formado únicamente por resistencias porcional al trabajo e inversamente óhmicas, ese trabajo aparece íntegra- proporcional al tiempo durante el cual mente en forma de calor. Pues bien, el se realiza ese trabajo. señor Joule encontró que la cantidad de calor producida es directamente Potencia = Trabajo/tiempo proporcional al cuadrado de la intensi- P=VQ/t dad, a la resistencia del circuito, y al P = Voltaje x Intensidad tiempo que dure el fenómeno eléctri- co. La unidad práctica de potencia es el joule/segundo, pero en los circuitos Pequeñas calorías (cal) = 0.24 I2 Rt eléctricos se acostumbra el watt (vatio, en español), en honor a James Watt, En todo circuito eléctrico se hace ingeniero escocés (1736 - 1819), quien un trabajo siempre que los electrones diseñó la máquina de vapor de doble sean forzados a circular a través de efecto. Cuando este señor comenzó a una resistencia. La cantidad del traba- vender sus motores, que más tarde da- jo hecho depende de la cantidad de rían origen a la locomotora de vapor, electrones movidos y del potencial tuvo que especificar su potencia com- (voltaje) necesitado para hacerlos pa- parándolos con los caballos que iban a sar por la resistencia. La cantidad o reemplazar. Encontró que un caballo carga de electrones es el total de elec- promedio, que trabajara en propor- trones que pasan por un punto en un ción constante, podía hacer 550 pies- cierto lapso de tiempo, valor que está libras de trabajo por segundo. Este va- dado por la siguiente relación. lor recibió el nombre de caballo de fuerza, o un HP, de las palabras Horse Carga Q = Intensidad x tiempo (caballo) y Power (potencia, fuerza). La energía o trabajó en un circuito 1 joule/segundo = 1 vatio eléctrico es igual al producto del volta- je por la cantidad de electrones movi- La potencia eléctrica aumenta con dos. Se usa la letra W para designar el voltaje y con la corriente, siendo en trabajo y energía. consecuencia proporcional al produc- to de ambos. Un vatio es igual a una W = VQ W = VIt corriente de un amperio fluyendo a la presión de un voltio, y su fórmula co- El trabajo es igual al producto del rrespondiente es: voltaje en voltios (en algunas fórmulas matemáticas se acostumbra utilizar la W (vatios) = E (voltios) x l (amperios) letra E para indicar voltaje), corriente en amperios, y tiempo en segundos. Se Cuando un voltaje de 20 voltios ge- necesita un joule de energía para hacer nera una corriente de 2 amperios a tra- fluir 1 amperio de corriente a través vés de un resistor de 10 ohmios, la po- de una resistencia cuando se tiene apli- tencia del circuito es: 25 Electrónica Fácil 1
  • 25. P = VI = 20 x 2 = 40 vatios mo el poder de los ríos se mide tam- bién por el efecto combinado de su Nosotros podemos decir que la ener- torrente y caudal. Es lógico que la can- gía está siendo convertida de eléctrica tidad de agua que sale de la ducha de a energía calórica a una rata de 40 va- nuestro baño no es suficiente para ha- tios por segundo. Generalmente se usa cernos daño ni aunque esté cayéndo- el término "disipación" para describir nos desde 30 metros de altura, pero no la conversión de energía eléctrica en podríamos decir lo mismo si se tratase calor. En este ejemplo, el resistor está de la tubería que alimenta a todo nues- disipando 40 vatios de potencia. tro barrio; en este caso el impacto del agua nos tumbaría y ocasionaría da- Se puede relacionar una corriente ños en nuestro cuerpo. eléctrica con el agua corriente de un río: ... puede ser torrentosa, con mu- En el ejemplo del río, su corriente cho o poco caudal... puede ser una co- puede tener un gran caudal pero su le- rriente serena, que invita al baño, o un cho corre por un llano de muy poca hilo de agua que cae libremente desde pendiente; en este caso no tendríamos una gran altura. potencia suficiente para mover una rueda Pelton, para accionar un genera- En electrónica también tenemos co- dor eléctrico o un molino, ya que, ade- rrientes eléctricas con variados niveles más de una buena corriente, se necesi- de tensión y de corriente, dependien- ta que tenga una adecuada velocidad. do del objetivo del circuito. Su capaci- El ejemplo opuesto se nos presentaría dad para efectuar un trabajo (mover en una zona montañosa, en la que una un motor, encender una bombilla, ca- mínima corriente corre presurosa en- lentar una resistencia de fogón, etc.) tre las altas peñas: si el caudal no es dependerá de la combinación adecua- suficiente, tampoco se logra hacer gi- da de la tensión y la corriente, así co- rar la turbina. C ó m o hacer que la electricidad lleve potencia Condensado de un capítulo del Libro Volviendo a la analogía con el agua, y "Understanding Solid-State Electro- tal como lo muestra la figura 8, la ener- nics". gía desarrollada por el hombrecito de Editado por Texas Instruments Lear- la bomba es usada por su compañero ning Center. para accionar la sierra que está cortan- do el tronco de madera. Desde el pun- Una de las aplicaciones prácticas de to de vista eléctrico, el generador pone la electricidad, es que puede llevar energía en el circuito cuando "bom- energía, o potencia, de un lugar a otro. bea" electricidad desde un nivel de 26
  • 26. voltaje bajo hasta un nivel de voltaje energía eléctrica, en la práctica tam- alto. Dicha energía se puede recuperar bién se puede referir a un micrófono, haciendo el trabajo inverso, es decir, elemento encargado de convertir la haciendo que la tensión eléctrica caiga energía sonora en energía eléctrica. La de un voltaje alto a un voltaje bajo. rueda de paletas representa cualquier dispositivo que reconvierta la energía Así como el hombrecito de la figura eléctrica a la forma original. Por ejem- 8 puede poner más potencia a la tur- plo, puede ser un motor que produzca bina que impulsa la sierra, incremen- energía mecánica, o un parlante que tando la altura en la caída del agua, entregue energía sonora. o aumentando el flujo del agua, así también nosotros podemos hacer que LA RESISTENCIA DE UN el generador (GEN) eléctrico aumente CIRCUITO DISIPA ENERGÍA EN la potencia hacia el motor (MOT), ya FORMA DE CALOR sea poniendo otro que aporte una ma- yor diferencia de potencial (voltaje), o Veamos ahora que sucede cuando haciendo crecer la intensidad de la co- retiramos el motor y dejamos que el rriente. agua caiga libremente, tal como se muestra en la figura 9. El salto de agua Aunque en nuestro ejemplo hemos es ahora simplemente el equivalente utilizado la bomba para representar a de un resistor (dibujado con línea en un generador, que es un dispositivo zig-zag en el circuito eléctrico). Pero, que convierte energía mecánica en qué está sucediendo a la energía el 27 Electrónica Fácil 1
  • 27. trabajo- que está poniendo el hombre- candescencia del filamento de las bom- cito en el agua con su bomba?. Esta billas eléctricas. energía se está gastando solamente en vencer la fricción, o resistencia, en las Aunque dos resistores para uso elec- paredes del canal y la caída del agua. trónico pueden tener un mismo valor de resistencia ohmica, es posible que Puesto que la fricción genera calor, estén hechos para soportar la disipa- se presentan diferencias en la tempera- ción de potencias diferentes. En otras tura del agua que sale del grifo de la palabras, para una misma resistencia se bomba y la que hay en el canal infe- producen resistores que pueden "gas- rior. En resumen, en un circuito eléc- tar" 1/4, 1/2, 2, 5, etc., vatios de po- trico se utilizan los resistores para "ha- tencia sin sufrir deterioro por el au- cer caer" el potencial entre dos pun- mento de su temperatura. tos, pero la diferencia de energía (el producto de voltios por amperios) es CORRIENTE DIRECTA, convertida en calor. Es por este fenó- PULSANTE Y CONTINUA meno que se produce el calentamiento de las resistencias de la estufa, y la in- En los circuitos anteriores hemos 28
  • 28. visto que el agua siempre fluye en una Cuando la corriente invierte alterna- dirección, formando lo que se deno- damente su sentido dentro del circuito mina corriente directa, o simplemente recibe el nombre de corriente ac. Un "dc". Cuando el generador funciona circuito para corriente alterna trabaja como la bomba de mano de la figura de manera similar a uno para corriente 9, que solamente expulsa agua cuando directa, excepto que se requiere un ge- el hombrecito baja la palanca, se dice nerador especial para bombear la co- que la corriente es directa pulsante, y rriente primero en una dirección a tra- a la duración de cada chorro se le lla- vés del circuito y el motor, y luego ma ciclo de trabajo (duty cycle). A la en la otra dirección. Para recobrar la cantidad de chorros por segundo (ci- energía de la corriente en cualquiera clos de operación subida-bajada de la de sus sentidos se utiliza un motor es- palanca) se le denomina frecuencia de pecial. pulsos. Otro caso se presenta cuando la bomba utilizada como dispositivo La figura 10 muestra un circuito de generador de la corriente es del tipo corriente alterna en términos hidráu- turbina, la cual funciona en forma licos. El pistón o compuerta conecta- continua y entrega un chorro unifor- da a la palanca que el hombrecito mue- me. Cuando esto sucede decimos que ve hacia uno y otro lado, empuja pri- la corriente es directa continua, o mero el agua en una dirección, y luego simplemente " c c " (corriente conti- en sentido contrario. El dispositivo nua). que cumple tal función con la electri- cidad recibe el nombre de generador CORRIENTE ALTERNA ac. 29 Electrónica Fácil 1
  • 29. Q u é e s frecuencia eléctrica Aurelio M e j í a . cual un campo magnético de intensi- dad variable puede alterar las trayecto- La frecuencia de la corriente alterna rias de los electrones en los átomos de es justamente la medida de cuan a me- un conductor cercano. Dicho de otra nudo ella cambia de dirección. Esto manera, las líneas de fuerza del campo es, si llamamos ciclo a cada recorrido magnético actúan como cuerdas de ar- completo de ¡da y vuelta de los elec- co lanzando electrones cual si fuesen trones a través del conductor, o una flechas. Para que las "cuerdas" se ten- porción de éste, entonces frecuencia sionen y cumplan su cometido es in- es la cantidad de ciclos por cada se- dispensable que éstas se muevan, es gundo. decir, que el imán se aleje o se acerque al conductor. Se da el nombre de "hertz" a una frecuencia de un ciclo por segundo, en honor al físico alemán Heinrich Ru- dolph Hertz (1857-1894), quien de- mostró la existencia de ondas electro- magnéticas y que estudió varias de sus propiedades (longitud, velocidad, re- fracción, reflexión, polarización). Abrió el camino de la telegrafía inalámbrica y fue el primero en observar el efecto fotoeléctrico. En los circuitos eléctricos reales se utilizan frecuencias mayores que las que serían posibles con nuestro mode- lo hidráulico. Por ejemplo, escucha- remos kilohertz, que equivale a miles de ciclos por segundo, megahertz, que significa millones, y gigahertz, que in- dica billones. La corriente alterna se obtiene a par- tir de generadores que aprovechan el electromagnetismo, fenómeno por el 30
  • 30. A la distancia total que el electrón corriente o sistemas mecánicos para logre avanzar en un vaivén completo inversión de los polos. De esto se en- (un ciclo), se llama longitud de onda. cargan unas escobillas de carbón pues- Imagina el movimiento acompasado de tas en contacto con unas laminillas de un péndulo de reloj, o recuerda el cobre (delgas) localizadas en el rotor ejemplo hidráulico de la figura 10, y del generador. observa que, debido a la inercia del agua, resulta imposible iniciar a plena REPRESENTACIÓN GRÁFICA DE velocidad el movimiento de la UNA CORRIENTE ALTERNA compuerta que empuja el hombrecito. Para un principiante es confuso que Si llamamos "media longitud de las ondas de corriente alterna se dibu- onda" al segmento recto del canal por el jen como crestas y valles de olas acuá- cual se desplaza la compuerta en una ticas, cuando sabemos que los electro- dirección, resulta evidente que la nes se mueven a lo largo del conductor. máxima velocidad se alcanza cuando la Se ha utilizado esta representación compuerta llegue al centro de la "media gráfica con el fin de poder visualizar longitud de onda", punto en el cual el mejor las características de sentido hombrecito debe comenzar a frenar, (polaridad), voltaje (amplitud) y hasta llegar a velocidad cero, o punto frecuencia (hertz). del retorno. Pues bien, los electrones también experimentan esos mismos Si unimos un lápiz al extremo de un cambios de presión en una corriente péndulo de reloj, y colocamos debajo de alterna, llamándose amplitud máxima éste una hoja de papel, veremos que el o voltaje pico a la diferencia de lápiz traza siempre una línea recta. Sin potencial existente en el centro de cada embargo, cuando movemos lentamente "media longitud de onda". Miremos la la hoja hacia un lado, mientras el figura 12. péndulo funciona, los trazos del lápiz dejan de coincidir uno sobre el otro, y Existen también generadores de co- ante nuestros ojos aparece una onda rriente continua basados en el electro- como la mostrada en la figura 12. magnetismo, pero requieren ciertos ar- tificios, tales como rectificadores de 31 Electrónica Fácil 1
  • 31. Condensado de un capítulo del libro Understanding Solid-State Electronics, editado por Texas Instruments Learning Center. Traducción y adaptación: Aurelio Mejia M. 32
  • 32. Ya conocemos las características El hombrecillo de la compuerta es del flujo de una corriente, y sabemos representativo de todo aquello que que puede llevar potencia de uno a tenga incidencia sobre el flujo eléctri- otro sitio. Pues bien, dicha potencia co dentro de un circuito, entre la puede ser controlada para hacer que fuente de alimentación de potencia y el sistema se comporte como lo nece- el punto de su utilización. sitamos. Resumiendo: Nosotros sólo pode- Existen dos maneras de controlar mos hacer dos cosas a la electricidad la potencia. La primera consiste en re- entre la fuente de potencia y el pun- gular la cantidad de potencia que el to de utilización: Interrumpirla , lo generador pone en el circuito. En el que equivale a la función "encendido- ejemplo hidráulico que hemos utiliza- apagado", o regularla, lo cual pode- do en la figura 8, la potencia que lle- mos hacer variando el valor de una re- ga a la sierra circular depende de la sistencia intercalada en el circuito. potencia aplicada a la bomba. Si el hombrecillo bombea vigorosamente, sube más el nivel del agua y aumenta la presión sobre la turbina que mueve a la sierra. En la práctica, sin embar- go, la potencia disponible en los siste- mas eléctricos no tiene control en su fuente. La segunda, y la forma más común de controlar la potencia, consiste en regular la tensión eléctrica, o la co- rriente, en algún punto intermedio del circuito. La figura 13 nos ilustra como ejercer este control -observe la repre- sa que forma el hombrecillo con la compuerta deslizante. Suponiendo que la bomba de agua está trabajando a un ritmo constante, se puede variar la potencia de corte de la sierra circular solamente deslizando la compuerta hacia adentro o hacia El diagrama esquemático de la figu- afuera del canal. Puesto que ra 13 nos ilustra en términos eléctricos el hombrecillo puede interrumpir el lo que hemos dicho. Como se puede flujo, limitar su caudal, o abrir del to- apreciar, entre el generador (bomba) y do la compuerta, se tiene en conse- el motor (turbina de agua) se encuen- cuencia un control sobre la potencia tra un resistor variable, usualmente lla- aplicada a la turbina. Se puede hacer mado "potenciómetro", el cual tam- que la sierra se detenga, corte lento, o bién puede actuar como un interrup- más rápido. tor para encendido-apagado. 33 Electrónica Fácil 1
  • 33. ¿ P o d e m o s almacenar la energía eléctrica? Aurelio Mejía M. Así como podemos contener pintu- EL CONDENSADOR, UN ra a presión dentro de un envase tipo ELEMENTO PARA ALMACENAR aerosol, o podemos almacenar ener- ELECTRICIDAD gía mecánica comprimiendo un resor- te, así también podemos ejercer pre- Al igual que los resistores, los con- sión sobre un flujo de electrones y densadores se utilizan ampliamente en obligarlos a que se acomoden "apretu- el diseño de circuitos electrónicos. Bá- jados" dentro de una placa o lámina sicamente, un condensador consiste en de material conductor. Al aumentar la dos placas metálicas paralelas (electro- tensión eléctrica (voltaje) haremos que dos) separadas por un espacio de aire. un mayor número de átomos reciban Cuando se suministra una tensión de más electrones libres en sus respecti- corriente continua a través de los elec- vas capas de valencia, cual si estuviése- trodos, se almacena entre ellas una mos inflando un globo de caucho. carga eléctrica proporcional a dicha tensión. Para liberar la energía en cada caso, bastará con abrir la válvula del envase, La polaridad de la carga depende de o soltar el resorte, o poner la placa en la dirección de la corriente suministra- contacto con otro conductor que reci- da. Cuanto mayor sea el área (superfi- ba fácilmente a esos electrones exce- cie) de los electrodos enfrentados, y dentes. Cuando eso suceda, se producirá menor la distancia entre ellos, mayor momentáneamente un flujo que tien- será la carga eléctrica almacenada (ca- de a establecer el equilibrio de las car- pacitancia). La figura 15 nos muestra gas positivas y negativas. la forma elemental de un condensar- dor. Ahora bien, si en lugar de una sola placa ponemos dos bien juntas, sin que se toquen, obtendremos mejores resultados, ya que se les puede llenar con cargas de signos opuestos. Al unir por medio de un circuito externo dichas placas, los electrones almace- nados en la negativa fluirán hacia la positiva, y podremos utilizar dicha corriente eléctrica para ejecutar los trabajos previstos. A este dispositivo formado por las dos placas se le denomina condensador (o capacitor). 34
  • 34. Si se coloca un material aislante la teoría de la influencia electrostáti- entre los electrodos, tal como se ilus- ca, se le debe la formulación de las le- tra en la figura 16, la capacitancia yes de la electrólisis (leyes de Faraday). se vuelve aún más alta. El material También, licuó varios gases: produjo que da un valor particularmente alto nuevas clases de vidrio óptico y efec- de capacitancia se llama dieléctrico. tuó la vaporización del mercurio. Los dieléctricos más empleados son el papel, la mica, la cerámica, óxidos de Como el faradio es una unidad de- aluminio, el tantalio, el poliéster y el masiado grande para aplicaciones prác- polipropileno. ticas, se utilizan unidades de capaci- tancia más pequeñas, como el microfa- La unidad básica de capacitancia es radio (mF =millonésima parte de un fa- el Faradio (unidad F). Un condensa- radio), el nanofaradio (nF = milésima dor tiene una capacitancia de 1 Fa- parte de un microfaradio) y el picofa- radio cuando es capaz de almacenar radio (pF = milésima parte de un nano- una carga equivalente a 1 Culombio faradio). Por ejemplo: 0,001mF = 1nF = (unos 6,3 billones de billones de elec- 1000 pF trones) al aplicar una tensión de 1 Voltio entre sus placas. Puesto en paralelo con la fuente de tensión de un circuito, el condensador La unidad de capacitancia recibió hace las veces del tanque de almacena- su nombre en honor al químico y físi- miento de agua en nuestras casas: cuan- co británico Michael Faraday (1791 - do falte el suministro principal, enton- 1867), quien descubrió la manera de ces la energía almacenada en el con- producir corriente eléctrica por medio densador trata de mantener uniforme del magnetismo (o inducción electro- la corriente. En este caso se dice que magnética), haciendo girar un disco de el condensador está conectado como cobre entre los polos de un imán filtro de la fuente, o eliminador del riza- (28 de octubre de 1831). Además de do en las fluctuaciones del flujo. 35 Electrónica Fácil 1
  • 35. Conectado en serie con los otros tienen placas móviles y se utilizan para elementos del circuito, se comporta ajuste de resonancia en circuitos osci- como si dejase pasar corriente sólo ladores y de sintonía de frecuencias. momentáneamente, mientras se cargan Los hay para ajuste esporádico, me- o descargan las placas. Despreciando diante destornillador, y para ajuste fre- este flujo transitorio, podemos afirmar cuente, tal como el que tienen los ra- que el condensador no permite el paso dios para la sintonía de las emisoras. de corrientes directas. Otra cosa sucede con las corrientes alternas, pues aunque no haya paso fí- sico de electrones a través del espacio entre las placas del condensador, sí puede haber flujo eléctrico en el resto del circuito externo, producido por la carga y descarga sucesiva de las placas cada vez que la corriente eléctrica in- vierte su dirección. El grado de con- ducción para las corrientes alternas de- pende esencialmente de su frecuencia y de la capacitancia del condensador. Si no existen fugas de corriente a través del dieléctrico, la energía alma- cenada en las placas del condensador se conserva indefinidamente, aunque desconectemos la fuente de tensión. En la práctica siempre existen fugas, Símbolos y formas de algunos debido principalmente al tipo y cali- tipos de condensador dad del material. Cuando las fugas son motivadas por arco eléctrico entre las placas, debido a una sobretensión, se Figura 17 produce el rompimiento del dieléctri- co y queda inservible el condensador. Para evitar esto, nunca se debe conec- tar un condensador a una tensión ma- Los condensadores fijos tienen gran yor que la estipulada nominalmente variedad de formas, tamaños y dieléc- en su cuerpo. tricos. Los hay a manera de discos, ci- líndricos, ovalados, y con forma de pastilla cerámica rectangular ("chip"), TIPOS DE CONDENSADORES etc., según se requieran ciertas caracte- rísticas de estabilidad a la temperatura Según la aplicación y las condicio- y fluctuacionesen la tensión y frecuen- nes del circuito, existen diversos tipos cia de las corrientes que han de mane- de condensadores, tales como los de jar. Se consiguen unidades de muy ba- capacitancia variable y los de valor fi- ja capacitancia, tal como los conden- jo. Los condensadores variables son ge- sadores de disco (hechos con dos pe- neralmente de muy baja capacitancia, lículas de plata separadas por un die- 36