Presentacion acerca de los fundamentos de la electricidad con conceptos basicos.

1. POR:
MIGUEL A. LOPEZ R/
EDUARDO ACOSTA

2. INTRODUCCIÓN
Constitución de la Materia
La materia es cualquier cosa que tenga peso y
ocupe un lugar en el espacio y también puede ser
considerada como una forma de energía. Se puede
encontrar en tres formas: sólido, líquído y gaseoso.
La materia se compone de elementos, los cuales
son sustancias que no pueden ser modificadas, sino
por medios químicos solamente. Los elementos se
combinan para producir compuestos.
Una molécula es la parte más pequeña en que se
puede dividir un compuesto, sin partirlo en sus
elementos.

3. Un átomo es la partícula más pequeña en que se puede dividir
un elemento, está formado por protones, neutrones y
electrones.
El núcleo se compone de protones y neutrones.
El neutrón es la partícula neutra dentro del núcleo y el protón
es la carga positiva.
El electrón es la pequeñisíma partícula con carga negativa,
que prácticamente carece de peso y gira en órbita alrededor
del núcleo.
Los electrones libres son aquellos que han abandonado la
órbita de un átomo y se mueven libremente por un material.
El exceso ó falta de electrones determina que en un material
pueda haber una transferencia ó toma de electrones

4. A continuación detallamos lo anterior, para iniciar nuestra discusión de la teoría eléctrica:
Primero debemos entender un poco acerca de la naturaleza básica de la electricidad. Los átomos son
los bloques del edificio que crean toda la materia. Es la estructura de los átomos lo que permite que la
electricidad funcione.
FIG. 01 Los átomos están compuestos de tres
partículas básicas: protones, neutrones, y
electrones. Las variaciones en las propiedades
de la materia se deben a la diferencia en el
número de protones, neutrones, y electrones en
los átomos dentro de cada tipo de materia.
Los electrones tienen una carga o polaridad
negativa así que los identificaremos con un
signo menos. Los protones tienen una carga o
polaridad positiva así que los identificaremos
con un signo más. Los neutrones no tienen
carga eléctrica.
Los protones y neutrones se unen para formar el núcleo del átomo. Los electrones orbitan alrededor de
los protones y neutrones en capas. Es la atracción mutua entre los electrones cargados negativamente
y los protones cargados positivamente lo que tiende a mantener a los electrones en órbita alrededor del
núcleo, incluso aunque ellos están moviéndose a un régimen de velocidad muy alta. Esta fuerza es
similar a la fuerza gravitatoria que mantiene a los planetas en órbita alrededor del sol. Cuando el
número de electrones corresponde con el número de protones, se dice que el átomo está en un estado
“balanceado” y eléctricamente “neutro”. Por ejemplo, el átomo de helio de la figura # 01 tiene 2
protones en su núcleo y 2 electrones en órbita.

5. Los electrones en las capas más externas son atraídos más débilmente por los protones en su núcleo.
Esto se debe a la distancia relativa entre los electrones y el núcleo.
Para poner esta distancia en una escala que podamos entender, si el núcleo del cobre fuese agrandado
hasta que fuera del tamaño de un balón de baloncesto, los electrones en órbita estarían aproximadamente
64 millas alejados del núcleo.
FIG. # 02 Ya que el cobre es un metal, sus átomos están
relativamente muy juntos. La proximidad entre átomos
asiste en el intercambio de electrones de un átomo a
otro. Esto puede verse en el ejemplo de la figura # 02
mostrado aquí: la fuerza de atracción de los protones
en los átomos que están muy juntos puede más
fácilmente jalar los electrones de los átomos vecinos.
Los átomos que ceden fácilmente electrones
son conocidos como conductores. Otro ejemplo
más lo vemos en la fig # 04.
Las substancias cuyos átomos no ceden fácilmente electrones se llaman aisladores. Estos
tipos de materiales se usan para impedir el flujo de electricidad tal como con el
recubrimiento en un cable eléctrico. Ejemplos de buenos aisladores incluyen: plástico,
hule, vidrio.
Los materiales cuyos átomos no son ni muy buenos o malos al ceder electrones se llaman
semiconductores. Los semiconductores son importantes en la electrónica porque ellos se
usan para hacer transistores y circuitos integrados. Un ejemplo de este tipo de material es
el silicio.

6. Figura # 03 Figura # 04
CARGAS OPUESTAS SE ATRAERÁN Y CARGAS IGUALES SE REPELEN
Como lo determinamos anteriormente concluimos que un exceso de electrones
crea una carga negativa y la ausencia de electrones crea una carga positiva, de
aquí que CARGAS OPUESTAS SE ATRAERÁN Y CARGAS IGUALES SE REPELEN.

7. LEY DE COULOMB
GRAFICO 21
LEY DE COULOMB
F F
q2 q
Esferas
con carga
eléctrica

8. La Ley de Coulomb lleva su nombre en honor a Charles-Augustin
de Coulomb, quien fue el primero en describir en 1785 las
características de las fuerzas entre cargas eléctricas.
La ley puede expresarse como:
La magnitud de cada una de las fuerzas eléctricas con que
interactúan dos cargas puntuales en reposo es directamente
proporcional al producto de la magnitud de ambas cargas e
inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que las
separa. Es decir, en un sentido práctico, que aquellas cargas
eléctricas con diferente polaridad se atraen y con la misma
polaridad se repelen.
Coulomb desarrolló la balanza de torsión con la que determinó las propiedades
de la fuerza electrostática.

9. Figs. # 05
La pérdida de un electrón por un
átomo lo hace un ion positivo, por lo
tanto atraerá un electrón de un átomo
vecino, para volverse nuevamente
balanceado
La reacción química en la batería causa un número excesivo de electrones
en la terminal negativa de la batería y una deficiencia de electrones en la
terminal positiva. Esto permite que la batería almacene energía eléctrica
para uso futuro. Fig # 05 . Los electrones son atraídos hacia la carga
positiva fuerte en la terminal positiva. Al mismo tiempo, los electrones son
repelidos por la carga negativa fuerte en la terminal negativa.

10. Conforme el átomo más cercano a la terminal positiva pierde un electrón se
carga positivamente ya que ahora tiene un protón más que electrones. Por
lo tanto, este átomo atrae al electrón de su átomo vecino y jala al electrón
exterior de ese átomo. Esto balancea al primer átomo pero causa que el
siguiente átomo atraiga un electrón de su vecino. Este movimiento de
electrones continúa con los electrones fluyendo desde la terminal negativa,
a través de los átomos y a la terminal positiva. Este flujo de electrones es
llamado flujo de corriente electrónica. Ver fig. # 06
Fig. # 06

11. EL CONCEPTO DE CORRIENTE ELÉCTRICA.
La corriente eléctrica se define como el movimiento de
cargas eléctricas (Coulombs) a través de un medio
cualquiera que lo permita (que sirva como conductor),
específicamente el movimiento de electrones, que tienen
carga negativa.
Es el efecto que producen los electrones al trasladarse de
un punto a otro. Fig # 07
Fig. # 07

12. Cuando los científicos descubrieron el electrón, apareció el científico
COULOMB y él logró realizar una medida de los electrones que fuera
significativa y se pudiera medir, a esta cantidad de electrones le llamó
por su apellido COULOMB y equivale a 6.28 billones de billones de
electrones (6.28x1018 ).
Después, otro científico de apellido AMPERE estableció que si esa
cantidad de electrones llamada COULOMB pasara por un conductor en
un segundo se llamaría AMPERE, por lo tanto:
1Amper = 1 COULOMB / 1 Segundo
La corriente es la medida de electrones que pasan por un punto en el
circuito. Deben fluir muchos electrones para realizar cualquier trabajo.
Nota: en un conductor la intensidad de corriente es la cantidad de
electrones que pasa por un segundo, (los electrones se van
transfiriendo de un átomo a otro). Fig # 07.

13. La electricidad es un fluido porque pasa a través de un conductor y
como tal se comporta como los demás fluidos, para entender los
conceptos de medición la compararemos con el fluido más conocido
que es el agua, en el agua el conductor pudiera ser la tubería, la
cantidad de agua que pasa pudiera ser la CORRIENTE o Intensidad de
corriente, una llave de paso o algo que impide el paso del agua,
eléctricamente pudiera ser la RESISTENCIA, la presión de agua en la
tubería es equivalente al VOLTAJE y el consumo de agua, pudiera ser
equivalente a la POTENCIA.
Término Abreviación Unidad Símbolo Hta. de Medición
Corriente I Ampere A Amperímetro
Voltaje E Voltio V Voltímetro
Resistencia R Ohm Ω Ohmetro

14. El movimiento de electrones por un conductor eléctrico es
llamado corriente eléctrica.
La corriente se mide en amperes y el instrumento para
medirla es el amperímetro, el cual debe ser conectado en
serie con la línea, de manera que toda la corriente pase por él
y cuando son valores de corriente relativamente altos debe
ser empleado el amperímetro de gancho.

15. La electricidad se puede producir de varias maneras:
Frotamiento, luz, calor, acción química, presión y
magnetismo. A continuación se ilustra:

16. Los materiales
piezoeléctricos son
aquellos que liberan
electrones cuando
se les aplica una
fuerza. Su nombre
se deriva del
término griego
Piezo, que significa
“presión”.

17. A aquellos dispositivos
formados por la unión de
dos metales distintos en
un extremo y separados
en el otro y que presentan
el efecto de
termoelectricidad, se les
denomina “termopar”
El “efecto fotoeléctrico”
consiste en la liberación de
electrones de un material
cuando la luz incide sobre
éste. El potasio, el sodio, el
cesio, el selenio, el sulfuro de
plomo, el germanio, el silicio
y el cadmio, presentan tal
característica.

18. TIPOS DE CORRIENTE ELÉCTRICA.
1mA = 0.001A
1A = 1,000mA (miliampere)
1µA = 0.000001A
1A = 1;000,000µA
(microampere)
Fig. # 07 Fig. # 08 1µA = 0.001mA
1mA = 1,000µA
Los electrones pueden moverse de varias formas, que determinan
el tipo de corriente eléctrica que crean, que se describen a
continuación.
Corriente contínua ( CC ) : Los electrones se mueven en un
mismo sentido y a una velocidad constante. Fig # 08
Corriente alterna ( AC ) : Los electrones se mueven primero en
un sentido y luego en el sentido contrario. Velocidad y sentidos
cambiantes. Fig # 07

19. EL CONCEPTO DE VOLTAJE
Los términos tensión, diferencia de potencial, fuerza
electromotriz (FEM) y voltaje se refieren a la presión eléctrica
del circuito.
La unidad para el voltaje es el volt y el instrumento para medirlo es
el voltímetro. Simbolo E ó V.
El voltímetro es siempre conectado en paralelo a la carga y es un
dispositivo de alta resistencia (impedancia). Ver fig # 5 pag # 14.
Como hemos dicho, para que se establezca una corriente eléctrica debe
existir algo que impulse a los electrones para que se muevan. Por ejemplo,
colocando iones negativos de un lado de un conductor e iones negativos del
otro, se establecerá una corriente eléctrica que será más grande cuanto
mayor sea la "diferencia de cargas entre los iones".

20. Se dice que para que exista un flujo de electrones debemos
aplicar "energia al conductor". Cuando la energía proviene de
una fuerza del tipo eléctrico, se denomina "fuerza
electromotriz" porque permite el desplazamiento de electrones
al desprenderse de los átomos.
Consideremos a una tensión o diferencia de potencial como un "desnivel" que debe
existir entre 2 puntos de un conductor para que se produzca un movimiento de
electrones y entonces, una corriente eléctrica. Fig # 02
1 volt = 1,000 milivolt
1V = 1,000mV
1 volt = 1;000,000 microvolt
1V =1;000,000µV
1 volt = 0.001 kilovolt
1V = 0.001kV
1 Kilovolt = 1,000 volts

21. VOLTAJE DIRECTO: éste tipo se encuentra mas comúnmente en pilas,
baterías o acumuladores, la particularidad que tiene es una polaridad definida:
línea positiva y línea negativa. Se puede encontrar diferentes medidas de
voltajes desde milivolts hasta miles de volts en voltaje directo.
VOLTAJE ALTERNO: es el tipo de voltaje que está cambiando su polaridad
constantemente (60 ciclos en un segundo) (60 hz. ). En la alimentación alterna
Monofásica los voltajes más comunes son de 127 V. y 220 V. aunque puede
haber más medidas de voltajes. 1 hertz = cant. ciclos en un seg

22. VOLTAJE ALTERNO.
Es una fuente de voltaje que aplica una
fuerza sobre los electrones para que se
muevan a distinta velocidad y en
distinta dirección a lo largo del cable
eléctrico que los transporta y a lo largo de
la fuente que los impulsa.
Durante un tiempo los electrones se
mueven en una dirección y luego en
dirección contraria.

23. GRÁFICA 3. VOLTAJE ALTERNO
GRAFICA 1
Voltaje Continuo
Voltaje
Tiempo
Una fuente de este tipo es el toma eléctrico de su casa,
de su oficina, cuyo voltaje proviene de una fuente
eléctrica como un generador de energía Diesel o
hidráulico o térmico de las grandes centrales de
generación en Colombia.

24. Corriente
Electrica
- + Fuente de -
Fuente de Voltaje
Bombillo Voltaje Bombillo
- - +
Corriente
En medio Electrica En el otro medio
Periodo (T) Periodo
Cuando el voltaje es positivo, los electrones
van en una dirección y cuando es negativo los
electrones se mueven en dirección contraria.
Es decir, en el voltaje alterno la fuerza
aplicada a los electrones cambia de dirección.

25. El CONCEPTO DE PERIODO Y
FRECUENCIA.
Este concepto se aplica sólo a
señales periódicas, es decir, aquellas
que siempre repiten los mismos
valores en un período de tiempo. En
la gráfica siguiente, se pueden
apreciar dos señales periódicas .

26. GRAFICA 25
V(t)
t(seg)
Periodo
en Seg=T F= 1
T
1 = 1Hz
seg
V(t)
t(seg)
T F= 1
T T

27. La Ley de Faraday:
Nos dice que: “Si un conductor eléctrico está influido por un
campo magnético que varía en magnitud con el tiempo en cada
punto del conductor, en éste se inducirá un voltaje entre –hacia-
sus extremos”.
Esto es, cuando se presenta un movimiento relativo entre un
conductor eléctrico y un campo magnético tendremos una diferencia
de potencial ó voltaje. La electricidad producida es en realidad un
voltaje ó tensión denominada “tensión inducida ó fem inducida.”

28. La tensión inducida hará que se produzca un flujo de corriente
si los extremos del conductor están conectados formando un
circuito cerrado. La FEM depende de varios factores:
-Velocidad de movimiento transversal entre conductor y campo
magnético.
-Intensidad del campo magnético.
-Número de vueltas del conductor eléctrico.
-Inversión del sentido de movimiento del conductor, ya que se
altera la polaridad e invierte el flujo de corriente.
-La polaridad de la FEM inducida tendrá un sentido tal que el
flujo de corriente formará un campo magnético que reacciona
con el de un imán y se opone al movimiento de una bobina.

29. CONCEPTO DE LA RESISTENCIA.
La resistencia es básicamente la oposición al paso de
electrones en un conductor eléctrico, así como la
fricción se opone al movimiento mecánico.
La unidad en que se mide es el ohm y su simbolo: R.
El instrumento para medirla es el ohmetro.
Los factores que afectan la resistencia de un
conductor son:
-Tipo de material.
-Sección transversal.
-Longitud.
-Temperatura.
Cuando se requiera realizar alguna medición con el
ohmetro se deberá revisar:

30. -Aislar el circuito ó elemento a medir.
-Desconectar la fuente de alimentación.
-Medir sólo la resistencia del componente.
-Verificar la calibración del ohmetro.
Los prefijos más usados son:
Kilo = 1000 = 1x103 y Mega = 1,000,000 = 1x106
Los materiales que tienen poca resistencia al flujo de corriente
se denominan conductores, como el cobre y aluminio.
Los materiales que oponen gran resistencia al flujo de corriente
se denominan aisladores, como el vidrio, caucho y el aire.

31. El resistor es un elemento que tiene una resistencia que
puede variar entre unos pocos ohmios y millones de ohms.
Si se abre su resistencia se vuelve infinita y si se pone en
corto su resistencia se hace cero.
Existen resistencias fijas y también resistencias variables, a
estas últimas también se les llama potenciómetros ó “pot”.

32. TIPOS DE RESISTENCIAS
Fijos.
1. Aglomeradas. 2. De película de carbón.
-Se enrolla una tira de
carbón sobre un soporte
cilíndrico

33. 3. De película metálica.
El proceso de fabricación es el mismo que el anterior pero la tira es una
película metálica. Los metales más utilizados son Cromo, Molibdeno,
Wólfram y Titanio. Son resistencias muy estables y fiables.
CÓDIGO DE COLORES P/ RESISTENCIAS:
Negro 0 Dorado 5% / 0.1
Café 1 Plateado 10% / 0.01
Rojo 2 S/C 20%
Naranja 3
Amarillo 4
Verde 5
Azul 6
Violeta 7
Gris 8
4. Bobinadas. Blanco 9
Tienen enrolladas sobre un cilindro cerámico, un hilo o cinta de una
determinada resistividad. Se utilizan las aleaciones de Ni-Cr-Al y para una
mayor precisión las de Ni-Cr.

34. Disipan grandes potencias. Los modelos más
importantes son : Cementados, vitrificados y
esmaltados.
Variables
Componentes pasivos de tres terminales, que permiten manipular la señal que
hay en un circuito (volumen de un equipo de música). Normalmente el terminal
central corresponde al cursor o parte móvil del componente y entre los
extremos se encuentra la resistencia.

35. CARACTERÍSTICAS TÉCNICAS GENERALES
A- Resistencia nominal.
Es el valor teórico esperado al acabar el proceso de fabricación.
B-Tolerancia.
Diferencia entre las desviaciones superior e inferior . Se da en tanto por
ciento. Nos da una idea de la precisión del componente. Cuando el valor
de la tolerancia es grande podemos decir que la resistencia es poco
precisa, sin embargo cuando dicho valor es bajo la resistencia es más
precisa.
C- Potencia nominal.
Potencia que el elemento puede disipar de manera continua sin sufrir
deterioro. Los valores normalizados más utilizados son : 1/8, ¼, ½, 1, 2.....

36. Veremos ahora cómo leer los valores de acuerdo con los códigos de colores en las
resistencias electrónicas. Las resistencias vienen marcadas con cuatro líneas de
diferentes colores como se muestra en la siguiente figura:
La primera línea nos indica el primer número
del valor de la resistencia.
La segunda línea nos indica el segundo número
del valor de la resistencia.
La tercera línea nos indica la cantidad de ceros
que se le agregaran a los dos primeros números.
La cuarta línea nos indica la tolerancia real del valor de la resistencia y los colores pueden ser
únicamente oro o plata y corresponden al 5 % y 10 % respectivamente ó sin color 20%.
VALORES:
Negro----------- 0 Café -------------1 Rojo -------------2 Naranja ---------3 Amarillo --------4
Verde ------------5 Azul -------------6 Violeta ----------7 Gris --------------8 Blanco -----------9

37. Ejemplo del dibujo:
1ª línea color azul = 6, 2ª línea color rojo = 2
3ª línea color amarillo = 4, 4ª línea color oro = 5%
Valor de la resistencia =
6, 2, 0000 = 620, 000 ohms = 620 k
Valor de los prefijos más utilizados:
Kilo = k= 1,000 Mili = m = 0.0001
Mega =M = 100,000 Micro = =0.000,000,1
Giga = G = 1,000,000,000

38. CONCEPTO DEL CAPACITOR
La tentativa de almacenar electricidad en algún tipo de dispositivo es muy antigua. Se
tiene constancia de que en 1745, simultáneamente, en la Catedral de Camin
(Alemania) y en la Universidad de Leyden (Holanda), dos investigadores desarrollaron
dispositivos cuya finalidad era almacenar electricidad o, como se decía entonces,
"condensar" electricidad. La botella de Leyden, como se ve en la figura 1, fue el primer
"condensador“ y dio origen, por su principio de funcionamiento, a los modernos
capacitores (o "condensadores" como todavía los denominan algunos) utilizados en
aparatos electrónicos. La estructura de los componentes modernos es muy diferente
de la que tenían los primeros, de 250 años atrás, pero el principio de funcionamiento
es el mismo.

39. Un capacitor básico de placas paralelas se ve en la figura 18. Consiste de dos placas
de material conductor separadas por material aislante denominado dieléctrico. El
símbolo usado para representar este tipo de capacitor recuerda mucho su disposición
real y se muestra en la misma figura. Hay capacitores con disposiciones diferentes,
pero como la estructura básica se mantiene (un aislante entre dos conductores) el
símbolo se mantiene por lo general con pocas modificaciones.
La unidad de capacidad es el Farad

40. Tres son los submúltiplos del Farad que más se usan:
- Microfarad (µF) que es la millonésima parte de 1 Farad o 0,000001 Farad que
representado en forma exponencial es 10-6 Farad.
- Nanofarad (nF) que es la billonésima parte del 1 Farad o 0,000000001 Farad y 10-9
Farad en forma exponencial.
- El picofarad (pF) que es la trillonésima parte de 1 Farad o 0,000000000001 Farad o
10-12 Farad.
- 1 nanofarad equivale a 1.000 picofarad (1nf = 1.000pF)
1 microfarad equivale a 1.000 nanofarad (1µF = 1.000nF)
-1 microfarad equivale a 1.000.000 picofarad (1µF = 1.000.000pF)
-Cuando conectamos la estructura indicada a una fuente, como se ve en la figura 5, las
cargas fluyen hacia las placas de manera que una se vuelva positiva y otra negativa.

41. Aun después de desconectar la batería, como se mantienen las cargas, por efecto de
la atracción mutua, en las armaduras el capacitor, se dice que éste está "cargado".
Para “descargar” un capacitor basta interconectar las armaduras mediante un
alambre. Las cargas negativas (electrones) de la armadura negativa pueden fluir a la
positiva neutralizando así sus cargas. La energía que puede almacenar un capacitor
no es grande y entonces su utilidad como fuente de energía es muy restringida, pero
este componente tiene otras propiedades que son de gran utilidad en electrónica.
Decimos que dos o más capacitores están asociados en paralelo cuando sus
armaduras están conectadas de la manera siguiente: las armaduras positivas están
conectadas entre sí para formar la armadura positiva equivalente al capacitor; las
armaduras negativas están conectadas entre sí y forman la armadura negativa
equivalente al capacitor, según muestra la figura 9. Vea el lector que en esas
condiciones los capacitores quedan sometidos todos a la misma tensión (V) cuando se
cargan. Las cargas dependen de las capacidades. La capacidad equivalente en
estaasociación está dada por la suma de las capacidades asociadas.
C = C1 + C2 + C3 + ... + Cn (7)

42. En la asociación en serie de capacitores, éstos se conectan como se muestra en la
figura 10. La armadura positiva del primero pasa a ser la armadura positiva del
equivalente; la negativa del primero se une a la positiva del segundo; la negativa del
segundo da la positiva del tercero y así sucesivamente hasta que la negativa del
último queda como la armadura negativa del capacitor equivalente.
1/C = 1/C1 + 1/C2 + 1/C3 + ... + 1/Cn

44. LEY DE OHM
El enunciado de La Ley de Ohm dice que:
“La corriente eléctrica es directamente proporcional
al voltaje e inversamente proporcional a la
resistencia”. Ésta Ley nos permite observar una
relación matemática entre el voltaje (V), corriente (A
ó I)y resistencia (R).
V=A x R
V
A= V / R
A R R=V / A

45. Mediante la Ley de Ohm podemos encontrar un valor desconocido en un
circuito eléctrico si se conocen las otras dos variables:
En la sig figura, una corriente de 1 amperio pasa por una resistencia de 10
ohms. Para encontrar el voltaje aplicado (Va) use la sig fórmula: V=I x R .
Va= I x R Va= 1A x 10 ohms Va = 10 Vcc
+
R 10
OHMS
-
A
Va = ? I=1A

46. En la sig figura, Va = 20 Vcc con una resistencia de 10 ohms. Para encontrar la
corriente (I) ¿cuál es la fórmula a implementar?: .
I= A
+
R 10
OHMS
-
A
Va =20 vcc I=? A

47. En la sig figura, Va = 5 Vcc con una corriente de 5 amperes. Para encontrar la
resistencia (R) ¿cuál es la fórmula a implementar?
R= ohms
+
R ?
OHMS
-
A
Va =5 vcc I=5 A

48. CONCEPTO ARMÓNICO
Cualquier señal periódica, seno o no, puede
ser representada como una sumatoria de
señales senos puras de diferente frecuencia
(Hz) y magnitud. A cada una de estas señales
seno, se les llama ARMÓNICOS. Esta forma de
representar una señal periódica utiliza la
serie de Fourier. Si tomamos una señal seno
pura, que es periódica, y la representamos en
serie de Fourier, el resultado es la misma
señal seno pura, es decir, no tiene contenidos
de armónicos.

49. RESUMIENDO:
CUALQUIER SEÑAL PERIÓDICA
QUE NO SEA SENO PURA TIENE
ARMÓNICOS

50. SEÑAL SIN ARMÓNICOS
GRAFICA 7
V(+)
Tiempo
SEÑAL SIN
SAMBIOS
Cuando la señal senoidal es pura se
dice que NO tiene armónicos.

51. SEÑAL CON ARMÓNICOS
GRAFICA 7
V(+)
SEÑAL CON
SAMBIOS
Cuando la señal senoidal está distorsionada,
se dice que tiene armónicos.

52. EL CONCEPTO DE POTENCIA.
La potencia es la cantidad de energía que
se entrega en la unidad de tiempo . Sus
unidades son de Energía ( Joules ) sobre
tiempo (seg)= Joules / seg.=watts
1J
1vatio 1W .
s

53. POTENCIA EN CORRIENTE CONTINUA
Potencia : Velocidad a la cual se entrega ó consume la
energía en un circuito eléctrico ó aparato eléctrico.
La unidad de potencia eléctrica es el vatio (WATT).
La potencia eléctrica consumida es igual al voltaje multiplicado
por la corriente. Simbolo W ó P
W=V x A
W
V= W / A
V A A= W / V
746 W es igual a 1 hp (potencia mecánica)

54. En el sig circuito, ¿cuál es la POTENCIA consumida y de que valor es la
resistencia del circuito?.
P= W R= ohms
+
R ?
OHMS
-
A
Va =20 vcc I=2 A

55. CIRCUITO SERIE Y PARALELO
Los circuitos serie tienen un solo camino para el flujo de corriente y puede
tener más de un resistor. Sus características son:
-La corriente es la misma en cualquier parte del circuito.
-La resistencia total es igual a la suma de las resistencias individuales.
-La suma de las caidas de voltaje es igual al voltaje total.
R
+ R1= 10
OHMS R R2=
20
- OHMS
R
R
R3 = 50 ohms

56. Los circuitos PARALELO tienen más de un camino para el flujo de corriente.
Sus características son:
-La resistencia total será menor que la resistencia más pequeña del circuito y se
puede calcular de la sig forma:R
RT= _________1_________
1/R1 +1/R2+1/R3+1/Rn...
-El voltaje en cada resistencia es igual al voltaje total.
-La corriente total es igual a la suma de las corrientes de cada una de las ramas.
-La potencia total es igual a la suma de las corrientes de cada una de las ramas.
+ R2= 50 R3= 100
R R1=
OHMS OHMS
20
- OHMS

57. Los circuitos SERIE - PARALELO son una combinación de las características
de los dos anteriores:
R4= 20 OHMS
+ R2= 50 R3= 100
R R1=
OHMS OHMS
20
- OHMS

58. EL CONCEPTO DE FACTOR DE POTENCIA.
Cuando un generador eléctrico está
alimentando una carga eléctrica como por
ejemplo una resistencia eléctrica (carga
resistiva) y con un instrumento adecuado
como el osciloscopio, miramos el valor del
voltaje (Voltios, V) y de la corriente eléctrica
(Amperios , A) instante a instante y hacemos
una gráfica en función del tiempo, obtenemos
las siguientes curvas.

59. GRAFICA 8
V,I Voltaje (rojo)
CARGA Corriente (azul oscuro)
RESISTIVA
t2 t4
t1 t3
Tiempo
Nota: El valor maximo de corriente y de voltaje se dan en el mismo instante
(t1,t2,t3,t4)

60. Se observa que los valores máximos de
las dos señales (V, I) ocurren en el
mismo instante. Cuando esto ocurre, se
dice que las señales están en fase. Es
decir, no tienen desfase, o que el desfase es
cero segundos.
Si a este mismo generador se le conecta un
motor eléctrico de inducción ( carga
inductiva) los que normalmente se usan y
realizamos el mismo procedimiento que en
caso anterior, obtendremos unas señales
como se muestran en la Gráfica 9.

61. GRAFICA 9
V(t) Voltaje (rojo)
I(t)
Corriente (azul oscuro)
CARGA
INDUCTIVA
t2 t4
t1 t3
Tiempo(seg)
AT: Valor maximo de corriente y de voltaje, se dan en instantes distintos
LOS VALORES MÁXIMOS DE CORRIENTE Y VOLTAJE SE DAN EN INSTANTES DISTINTOS

62. Se observa que los valores máximos de la señal
de voltaje y de corriente se dan en instantes
distintos. En este caso se dice que las
señales están desfasadas y este desfase se
puede expresar en unidades de tiempo como el
segundo (s) o el milisegundo (ms). Este desfase
t aparece en la gráfica 9. Y se puede observar
que el valor máximo de corriente se da un t
después que el valor máximo de voltaje se da.
Por esto, se dice que la corriente está
atrasada respecto al voltaje. Esta es una
carga inductiva

63. Si se conectan inductores en serie la
inductancia aumenta y si se conectan en
paralelo disminuye.
Ejemplos de aplicaciones de un inductor:
Relevadores, motores de inducción, solenoides.
Ahora, si a ese mismo generador le conectamos
una carga que es una mezcla de las dos
anteriores más un banco de capacitores
(condensadores eléctricos) y graficamos el
comportamiento de las señales de voltaje y
corriente podríamos obtener la gráfica 10.

64. GRAFICA 10
V(t) Voltaje (rojo)
I(t)
CARGA
CAPACITIVA
Corriente (azul oscuro)
Tiempo(seg)
AT: Valor maximo de corriente y de voltaje, se dan en instantes distintos

65. También hay un desfase entre las
señales de voltaje y corriente con la
característica que primero se da el valor
máximo de corriente y luego se da el
valor máximo de voltaje. Se dice que
la corriente está adelantada al
voltaje. Esta es una carga capacitiva.
Este desfase que se puede medir en ms,
y también se acostumbra medirlo en
grados eléctricos. Si conectamos
capacitores en paralelo aumenta la
capacitancia y si se conectan en serie
disminuye.

66. Se debe procurar que el factor de potencia que vea la Red
Pública sea lo más cercano a uno (1) posible. En México
se exige que el factor de potencia de cualquier instalación
sea 0.8 ó superior. Esto es debido a que si una carga
consume una determinada potencia (digamos 100 KW) a
un factor de potencia muy bajo (digamos fp= 0.7), va a
tomar mucha más corriente eléctrica (Amperios)
que si lo hace con un factor de potencia más alto
(digamos fp = 0.95).
En sintesís podemos decir:
Un inductor es una bobina que se opone a los cambios en la corriente. Su
unidad es henrio ó henry (h), su reactancia está dada así XL =2 π f l.
Un capacitor es un elemento capaz de almacenar energía eléctrica y bloquear
la c.d. Su unidad es el faradio ó farad (f), su reactancia está dada XC =1/2 π f c

67. CÁLCULO DE POTENCIA ELÉCTRICA.
Circuitos monofásicos.
GRAFICA 11
I= corriente eléctrica en Amperio = 10A
Generador Monofasico COS / = 0.8
G 120Vac= V Z
CARGA ELECTRICA
Contra Fase de un
Generador Trifacsico P= V.I COS /
CIRCUITO MONOFÁSICO

68. La fórmula para calcular esto es :
P = V x I x fp, donde V es el voltaje en
voltios, I la corriente en Amperios y fp es
el factor de potencia. El resultado se
obtiene en vatios (W).
1W = 1V x 1A.
En el circuito de la gráfica 11, el generador
le está entregando a la carga una potencia
P de:
P = 120 V x 10 A x 0.8 = 960 vatios =
960W.

69. CIRCUITOS TRIFÁSICOS.
Por definición, se dice que se tiene un sistema
trifásico de potencia si se tienen tres líneas
vivas (líneas que no están aterrizadas) entre las
cuales se presenta un desfase de 120 grados
eléctricos y el valor del votaje medido entre
cualquier par de líneas es igual. Se dice
entonces que se tiene un sistema trifásico a 220
V ó a 440 V . Ver gráfica 12 .

70. GRAFICA 12
Voltajes 120 120 120 A= Fase A (amarillo oscuro)
B= Fase B (azul)
C= Fase C (rojo)
A B C A 120°= 5.55ms
Tiempo(t)
AT: Valor maximo de corriente y de voltaje, se dan en instantes distintos

71. En la gráfica 13 , se ve el esquema de un circuito trifásico típico formado por un
generador trifásico y una carga trifásica que puede ser un motor eléctrico de una
bomba de agua, por ejemplo.
GRAFICA 13
Carga Trifacica
100A Z
(AMARILLO OSCURO) FASE A (R)
220Vac
100A
(AZUL) FASE B (S)
Z
Fp= 0.75
220Vac
(NEUTRO)
TIERRA (VERDE)
220Vac
Z
100A
(ROJO) Fase C (T)
Generador
Trfasico

72. El valor de la potencia suministrada por el
generador a la carga ( o consumida por la
carga ) es : P 3 V .I . cos
ó P=1.73xVxIxFP donde V es el voltaje
entre líneas e I es la corriente en amperios
por cada línea. Esta fórmula aplica cuando
la carga trifásica es equilibrada, es decir ,
cuando la corriente (Amperios) por cada
línea es igual, al igual que el factor de
potencia.
La representación de los voltajes de línea y
de los voltajes de fase, se puede apreciar
en la gráfica 14.

73. GRAFICA 14
(L1)A
(AMARILLO OSCURO) FASE A (R)
CARGA
V-linea
TRIFÁSICA
(L2)B
(AZUL)
V-fase
Carga Trifacica
V-fase V-linea
V-linea
N
V-linea
V-fase
(ROJO) (L3)c
V fase= Entre AyN
P = 1.732 x 220 V x 100 A x 0.75 = 28578 W = 28.6 KW. = 28.6
Entre PyN
Entre CyN
V linea= Entre AyB
Entre ByC
kilovatios.
Entre AyC

74. EL TRIÁNGULO DE POTENCIAS.
Cuando se manejan circuitos eléctricos, se
habla de tres potencias
COS fp

75. Potencia activa ( P ) : Es la potencia que puede ser
transformada en otro tipo de energía (luz , sonido,
calor, movimiento, etc ). Se representa con P.
Se mide en vatios ó watts ( W ). P=1.73xVxIxPF
Potencia aparente (S): La que resulta de multiplicar
S = V x I en circuitos monofásicos,y S 3 V . I en
circuitos trifásicos.
Se mide en VA (voltamperios).
Potencia Reactiva (Q) : Son las pérdidas que se
presentan en los circuitos eléctricos.
Se mide en KVAR S.
kva´s reactivos kva2 kw2
kva kw / fp

76. La potencia es la capacidad que tienen los aparatos eléctricos de suministrar o
consumir energía eléctrica lo que faltaba por definir es que existen tres tipos de
potencia eléctrica las cuales son: POTENCIA REAL, POTENCIA REACTIVA Y
POTENCIA APARENTE.
a) POTENCIA REAL (P). La potencia real es la que más conocemos, su medida
son los KILOWATTS ( KW ) y es la que consumen los aparatos que son puramente
resistivos, tales como planchas, hornos eléctricos, calefactores; resistencias, etc.
b) POTENCIA REACTIVA (Q). La potencia reactiva es la que se consume en la
generación de campos magnéticos mediante bobinas de alambre magneto, y la
que se consume en el efecto capacitivo en los conductores (cuando se quedan
cargados) y/o de propios capacitores, su medida son en KVARS ( kilo volts-ampers
reactivos)
c) POTENCIA APARENTE (S).
Esta potencia es la suma vectorial de la potencia reactiva con la potencia real que
consumen los aparatos eléctricos, su medida son los KVA (kilo volts- amper).

77. Para entender mejor esto veremos el siguiente ejemplo práctico. :
Supongamos que tenemos un bote en un río que se jala mediante dos
cuerdas A y B, como se observa cada cuerda está en sentidos diferentes
una por cada extremo del río, el bote se moverá en sentido de la flecha R
que es la resultante de las dos fuerzas o de las dos cuerdas, que es la
suma vectorial y no se moverá en el sentido de las cuerdas que lo jalan.

78. En la electricidad, las potencias REAL (P) y REACTIVA (Q) van en sentido diferente.
La fuerza A sería la POTENCIA REACTIVA y la fuerza B sería la POTENCIA REAL, la
resultante sería LA POTENCIA APARENTE (S). La suma de estos vectores se puede
calcular con el teorema de pitágoras del triángulo rectángulo. Y el seno del ángulo (a)
que existe entre estas dos potencias (real y reactiva) se denomina FACTOR DE
POTENCIA (F.P.)
Entre mayor sea el ángulo va tendiendo a
ser pura potencia real que viene siendo la
potencia efectiva.
Ejemplos:
En este ejemplo la potencia real es mayor
que la reactiva y el ángulo. También mayor
sería aproximadamente de 85º y el factor
de S P potencia sería: el seno de 85º =
0.99

79. En este ejemplo la potencia reactiva es mayor
y el ángulo es menor aproximadamente de
15 por lo tanto el factor de S potencia será =
seno de 15º = 0.25
Como nos damos cuenta, entre más se
acerca el factor de potencia a la unidad,
tenemos que casi no existe potencia reactiva.
Una manera de corregir el factor de potencia
cuando se tiene muy bajo es conectando un
banco de capacitores. Los capacitores son
también de potencia reactiva pero contraria a
las inductancias o bobinas, de esta manera
se reduce el ángulo creado por la potencia
inductiva.
En esta figura se ve cómo se reduce la
potencia aparente cuando se corrige el factor
de potencia mediante un banco de
capacitores.

80. Simplificando, algunas personas comparan las potencias con un vaso lleno de
cerveza, todo el volumen que se ocupa en el vaso sería la potencia aparente,
la espuma sería la potencia reactiva y lo que es el líquido sería la potencia
real, que cuando pedimos un vaso de cerveza lleno lo que en realidad
tomamos no es el vaso lleno porque hay un volumen que ocupa la espuma .

81. El TRANSFORMADOR ELÉCTRICO.
El transformador eléctrico es un equipo que está
diseñado para ser un elemento de paso de la
energía, que viaja desde su entrada (primario)
hacia su salida (secundario) sin consumir energía
(transformador ideal), cambiando el nivel de
voltaje en este proceso. Los transformadores
reales sí consumen un poco de energía, pero es
despreciable. El transformador que vamos a tratar
en esta charla es el transformador ideal: La
potencia que recibe en su devanado primario es
igual a la potencia que entrega en su devanado
secundario (gráfica 15).

82. TRANSFORMADOR ELÉCTRICO

83. GRAFICA 15
Voltaje Primario= Vp
Voltaje Secundario= Vs
Potencia
TRANSFORMADOR ELECTRICO
Entrada= PE Potencia de
Salida = Ps
PE = PS

84. En la gráfica 16 aparece el dibujo de un transformador
monofásico indicando sus partes.
GRAFICA 16
núcleos laminado especial
flujo magnetico
Ip
Vp= Is
Bobinado primario
Np= espiras primarias Vs=
Bobinado primario
Ns= espiras secundarias
Flujo magnetico Ip= amperios primarios
Is= amperios secundarios
Vp= voltaje primario
Vs= voltaje secundario

85. GRAFICO 18
Trafo. monofásico
Ip Np Ns Is
TRANSFORMADOR MONOFASICO X1
H1
Vp1 Vs
H2
X2
Trafo. Trofásico
X1
H1
U
TRANSFORMADOR TRIFÁSICO
H2 X2
X1
H1
V
H2 X2
X1
H1
W
H2 X2

86. a) PRINCIPIOS DE OPERACIÓN.
Otra propiedad que tiene la electricidad es: cuando en un conductor se hacer circular
un voltaje se crea también un flujo magnético que gira a través del conductor.
Estas líneas son muy débiles, pero cuando el conductor se enrolla en un metal
como el hierro todas las líneas de flujo magnético se concentran en el hierro y se
multiplica su fuerza y su valor.
Cuando este metal ferromagneto se cierra, comienzan a circular por él las líneas de
campomagnético.

87. Cuando en el otro extremo enrollamos otro
conductor, las líneas de campo magnético que
circulan por el hierro inducirán en éste un
voltaje determinado dependiendo del número
de vueltas que se enrede, si se enreda el
mismo número de vueltas que el que se está
alimentando eléctricamente, el voltaje de
salida es igual, si se enreda el doble de
vueltas el voltaje de salida será el doble del voltaje de alimentación y si se enreda la
mitad de vueltas el voltaje será la mitad del voltaje de alimentación.
Al devanado de alimentación le llamamos primario y al devanado de salida le llamamos
secundario. La potencia de los transformadores se mide en KVA (kilo volt-amper)

88. CONCEPTO DEL DIODO SEMICONDUCTOR
Un semiconductor es un material (generalmente silicio o germanio) cuyas
características de condución eléctrica han sido modificadas. Para esto, como
sabemos, ha sido combinado, sin formar un compuesto químico, con otros elementos.
A este proceso de combinación se le llama dopado. Por medio de éste, se consiguen
básicamente dos tipos de materiales: tipo N, en los que se registra un exceso relativo
de electrones dentro del material, y tipo P,en los que se presenta un déficit
deelectrones (figura 1). Los dispositivos electrónicos se forman con diferentes
combinaciones de materiales tipo P y N, y las características eléctricasde cada uno
de ellos están determinadas por la intensidad del dopado de las secciones de los
semiconductores.

89. Los diodos realizan una gran variedad de funciones; entre ellas, la rectificación de
señales de corriente alterna en fuentes de poder y en radios de AM, reguladores de
voltaje, formadores de onda, duplicadores de voltaje, selectores de frecuencia,
detectores de FM, disparadores, indicadores luminosos, detectores de haz,
generadores láser, etc. Las aplicaciones de los diodos son muchas y muy variadas; de
ahí la importancia de conocerlos más a fondo. Los diodos semiconductores son
dispositivos conformados por dos secciones de material semiconductor, una tipo P y la
otra tipo N.

90. CONCEPTO DEL RECTIFICADOR TIPO PUENTE
El voltaje alterno se puede convertir en directo mediante un rectificador tipo puente;
que es un juego de diodos acomodados de tal manera que se obtiene de la salida
corriente directa (un polo positivo y un polo negativo).
El diodo funciona como una válvula check, sólo permite el paso en un solo sentido,
como ya sabemos es cuando se polariza el anodo positivo y el catodo negativo, por lo
tanto cuando se polariza inversamente no permite circulación de corriente por el
diodo.
(+)ANODO (-)CATODO