Este documento describe los principios y aplicaciones de los transformadores y relés. Explica que los transformadores convierten tensiones mediante el uso de devanados primarios y secundarios con diferentes números de espiras. La tensión y corriente varían directa e inversamente con el número de espiras. Los relés usan una pequeña corriente para controlar contactos que conmutan corrientes mayores, y funcionan mediante la atracción magnética de una armadura.

1. 2011
ExperienciaNº9
UNMSM- FCF
25/11/2011
TRANSFORMADORES-RELES E
INTERUPTOR MAGNETICO
INTEGRANTES
 SÁNCHEZ PAUCAR, Cristhian 10160034
 GARCIA SAMAME, Norvy 10170070
 CURASMA TAYPE, Rusvel 10200043
 RAFAEL CUCCHE, Jesus Gabriel 10190085
 YUPANQUI HERRERA, Jorge Luis 10160022

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Transformador
El transformador es una de las más importantes
aplicaciones técnicas de la inducción. Se puede
encontrar en todos los tamaños, como
transformador de alta tensión, en la transmisión de
energía, o como transformador de baja tensión,
prácticamente, en todos los aparatos que se
alimentan con la tensión de la red.
Los transformadores sólo se pueden operar
básicamente con corriente alterna. Entre las
funciones que cumplen se encuentran:
Transmisión de energía
Un transformador puede transportar energía, con pocas pérdidas, de un nivel de tensión
a otro.
Adaptación de tensión
Un transformador convierte tensiones, es decir, transforma tensiones en otras mayores o
menores.
Separación segura de la tensión de la red
Con frecuencia, la función principal de un transformador
consiste en la separación de circuitos eléctricos. Por ejemplo,
dado que la tensión de 230 V es peligrosa, la mayoría de los
transformadores para equipos vienen diseñados como
transformadores de separación, con dos devanados separados,
que producen un aislamiento galvánico entre el lado "peligroso"
y el "no peligroso".
También existen los llamados autotransformadores que, a
diferencia de los transformadores de separación, sólo poseen
un devanado y no producen ningún aislamiento.
Transformadores - Reles e Interruptor Magnético

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Principio del transformador
Por lo general, los transformadores constan de
devanados acoplados magnéticamente. Se
diferencia entre el devanado primario, es
decir, el que consume potencia eléctrica, y el
devanado secundario, es decir, el que
entrega potencia eléctrica. Igualmente, de
modo análogo se habla de
 Tensión primaria u1 y
secundaria u2
 Corriente primaria1 y secundaria i2
 Número de espiras del devanado primario n1 y del secundario n2
Los transformadores tienen diversas formas. En los pequeños transformadores monofásicos,
como el que se muestra en el ejemplo, ambos devanados se encuentran arrollados en un sólo
lado del núcleo de hierro. Con esto se logra que el flujo magnético generado por una bobina
se transmita casi por completo a la otra bobina. Las líneas de campo se encuentran
prácticamente dentro del núcleo, la dispersión es mínima y el circuito magnético se cierra a
través de los otros lados exteriores .
Si por el devanado primario circula una corriente, debido a la variación del flujo magnético en
el tiempo, en el devanado secundario se inducirá una tensión. La relación entre las dos
tensiones corresponderá a la existente entre el número de espiras de los devanados. Las
corrientes, al contrario, tienen una relación inversamente proporcional a la de los devanados:
Comportamiento
El transformador no se puede considerar de ningún modo como un componente ideal, carente
de dispersión y pérdidas. En la práctica se determinan pérdidas que se manifiestan en el
calentamiento del transformador. Las causas de esto son:
 Pérdidas en los devanados debidas a la resistencia del alambre de cobre
 Pérdidas en el hierro debidas a corrientes parásitas y pérdidas por histéresis,
causadas por la inversión magnética del hierro
Para reducir estas pérdidas, el núcleo del transformador se
construye de capas de chapas individuales, aisladas entre sí.

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Esto evita considerablemente la formación de corrientes parásitas. La chapa del
transformador se construye de material magnético suave, con una curva de histéresis
angosta.
Las pérdidas resistivas son la causa especial de que la tensión secundaria del transformador
con carga no permanezca constante, sino que descienda. Este fenómeno se aprecia más en
los transformadores pequeños, que poseen devanados de alambre de cobre delgado.
Transformador sin núcleo y con núcleo
Se estudiará la transmisión de energía
en un transformador con y sin núcleo de
hierro y se conocerá el efecto importante
que tiene dicho componente.
Monte el siguiente arreglo experimental.
Abra el instrumento virtual generador de funciones pulsando sobre la
imagen del instrumento.
Realice los siguientes ajustes:
 Forma de la curva SINUS
 Frecuencia en 500Hz
 Amplitud 1:1 y 100%
Active el botón POWER y observe la luminosidad de la lámpara.
Apague de nuevo el botón POWER del generador de funciones.
Pulse a continuación STEP2, en la animación, y complemente el transformador, como se
indica, con el núcleo de hierro.
Conecte de nuevo el generador de funciones y observe la luminosidad de la lámpara.

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¿Cómo se comporta la lámpara en el devanado secundario de un transformador con y sin
núcleo?
Con el núcleo, la lámpara no se enciende.
Con el núcleo, la lámpara se enciende.
Sin el núcleo, la lámpara se enciende más claramente.
¡Correcto!
¿En el transformador, qué influencia ejerce un núcleo de hierro sobre la transmisión de
energía?
El núcleo de hierro hace que el transformador sea más pesado y más estable.
El núcleo de hierro procura un buen acoplamiento magnético entre el devanado primario
y el secundario.
La mayor parte de las líneas del campo magnético pasan por el interior del núcleo de
hierro.
Gracias al núcleo de hierro, el flujo magnético generado por el devanado primario se
conduce a través del secundario.
El núcleo de hierro protege los devanados contra daños mecánicos.
Relación de transformación
Se aplicará una tensión alterna al transformador; se
medirá con el voltímetro la amplitud de las tensiones
primarias y secundarias y se calculará la relación de
transformación.
Monte el siguiente arreglo experimental:
Abra el instrumento virtual voltímetro A pulsando sobre la imagen.
Realice los siguientes ajustes:
 Rango: 5 V, DC
 Display digital
 Conmutador giratorio en RMS (valor eficaz)

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Abra el instrumento virtual voltímetro B pulsando sobre la imagen.
Realice los siguientes ajustes:
 Rango: 2 V, DC
 Display digital
 Conmutador giratorio en RMS (valor eficaz)
Abra el instrumento virtual generador de funciones pulsando sobre la
imagen. Realice los siguientes ajustes:
 Forma de la curva SINUS
 Frecuencia 50Hz
 Amplitud 1:1 y 25%
Conecte el generador de funciones accionando el botón POWER
Lea ambos instrumentos y transfiera los valores:
Voltímetro A: tensión primaria UPRIM =
1,6
V
Voltímetro B: tensión secundaria USEC =
0,7
V
Varíe el número de espiras del transformador n1 = 400, n2 = 200. La animación STEP2
muestra la manera de hacerlo.
Lea ambos instrumentos y transfiera los valores:
Voltímetro A: tensión primaria UPRIM =
1,6
V
Voltímetro B: tensión secundaria USEC =
0,8
V
Calcule:
Tensión primaria/ tensión secundaria: UPRIM / USEC=
2,1
Espiras del primario/ espiras del secundario n1 / n2=
2

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¿Cuál afirmación sobre la relación de transformación del transformador es correcta?
Las tensiones se
comportan casi de
igual manera que
el número de espiras correspondiente
¿Por qué razón, la tensión de salida es menor que lo esperado de acuerdo con la relación
entre el número de espiras de los devanados?
Porque el flujo magnético de dispersión hace que disminuya el flujo del
devanado secundario.
La tensión del secundario se reduce debido a inexactitudes en la medición.
Porque los devanados del transformador están mal arrollados.
Porque el núcleo desarmable tiene un entrehierro muy grande, y esto hace
que se presente flujo de dispersión.
Transformador con carga
Se aplicará una carga a un transformador y se
medirá la tensión del secundario mientras se
aumenta la carga. Los valores medidos se
anotarán en una tabla y se representarán
gráficamente.
Monte el siguiente arreglo experimental:
Abra el instrumento virtual voltímetro A pulsando sobre la imagen.
Realice los siguientes ajustes:
 Rango: 5 V, DC
 Display digital
 Conmutador giratorio en RMS (valor eficaz)

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Abra el instrumento virtual voltímetro B pulsando sobre la imagen.
Realice los siguientes ajustes:
 Rango: 2 V, DC
 Display digital
 Conmutador giratorio en RMS (valor eficaz)
Abra el instrumento virtual generador de funciones pulsando sobre la
imagen. Realice los siguientes ajustes:
 Forma de la curva SINUS
 Frecuencia 50Hz
 Amplitud 1:1 y 40%
Conecte el generador de funciones accionando el botón POWER.
Cargue el transformador con los valores de resistencias indicados en la tabla. En la animación
sólo se muestra el primer caso, esto es, una carga de 100  Los otros casos se obtienen
conectando en serie y en paralelo las dos resistencias de 100  . El valor 9999 representa el
caso a circuito abierto, es decir, sin carga. El valor de 10  se obtiene aproximadamente con
la lámpara.
Lea los valores medidos en el voltímetro B y anótelos en la tabla.

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Compare los valores medidos representados en su diagrama con la siguiente selección.
¿Cuál diagrama es correcto?
¿Cuál afirmación sobre un transformador es correcta?
La tensión de salida disminuye cuando la carga resisitiva aumenta.
La tensión de salida aumenta cuando la carga resistiva disminuye.
La tensión de salida aumenta cuando la carga resistiva disminuye.
Test de conocimientos sobre el transformador
¿En qué se distinguen el devanado primario y el secundario del transformador?
El devanado secundario tiene, básicamente, menos
espiras.
El devanado primario consume potencia
El devanado secundario consume potencia
¿Cómo se comportan la tensión y la corriente en un transformador por cuyo
devanado primario circula corriente alterna?
 Las tensiones primaria y secundaria se comportan de igual manera que el
número correspondiente de espiras de los devanados.

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 Las corrientes primaria y secundaria se comportan de manera inversa al
correspondiente número de espiras de los devanados.
Los transformadores no son componentes ideales. En la práctica se presentan los
siguientes problemas:
Enfriamiento
Calentamiento debido a las pérdidas
Pérdidas en el hierro del núcleo debido a corrientes
parásitas
Pérdidas en los devanados debido a la resistencia del
alambre de cobre
Mal acoplamiento entre los devanados debido a la
dispersión
Sensibilidad a los golpes
En un transformador con carga resistiva:
la tensión del secundario disminuye.
la tensión del secundario aumenta.
la tensión del secundario permanece constante.
Relé
En 1837, cuando Samuel Morse pudo hacer funcionar su telégrafo de registro de
señales, desarrollado con el electroimán creado por J. Henry en 1824, fue
el momento en el que nació el relé. Su nombre se deriva del francés y al comienzo se
utilizó en las comunicaciones para la
retransmisión de mensajes, de modo
similar a las estaciones de relevos (relais)
propias de la época en que el correo era
transportado por diligencias tiradas por
caballos.
En la era de los bits y los Bytes se podría
pensar que los relés electromecánicos
estarían pasados de moda. Pero en la
realidad, hoy en día se fabrican más relés
que nunca antes.

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El relé es, en principio, un conmutador que, con una corriente eléctrica de muy baja
potencia, acciona contactos conmutadores que pueden conectar potencias mayores.
Los relés existen en muchas formas:
 astable o monoestable (regresan a la posición inicial)
 biestables, conocido también como conmutador de control remoto
 con diferentes cantidades de contactos de conmutación
 relés temporizadores (excitación o desexcitación con retardo)
 para diferentes tensiones de mando
 para diferentes corrientes de conmutación
Principio
El principio de un relé es bien sencillo. Pulse el botón ON de la animación y observe
lo que sucede.
Sobre un aislante (verde) y un núcleo de hierro se encuentra arrollada una bobina. Si
al conectar el relé, la corriente circula por la bobina, se genera un flujo magnético,
cuyas líneas transcurren básicamente a través del núcleo de hierro. El circuito
magnético se cierra a través del hierro exterior y la armadura que se puede ver
arriba. El campo magnético produce una fuerza de atracción sobre una armadura. En
la armadura se encuentran los contactos de conmutación fijados con aislante. La
armadura es móvil y la fuerza de atracción magnética la desplaza hacia la bobina con
núcleo de hierro.
Los contactos se accionan debido al movimiento de la armadura, el circuito eléctrico
principal se cierra y la lámpara se enciende. De la misma manera se puede construir
un interruptor o un conmutador .
Al suspenderse la corriente de excitación, en los relés monoestables, la fuerza de un
resorte procura que el contacto retorne a su posición inicial.
Conectar el relé
Se aplicará una tensión al devanado de
excitación del relé. Con el contacto de
conmutación se encenderá una lámpara en el
circuito eléctrico principal.
Monte el siguiente arreglo experimental.
Abra y cierre varias veces la última conexión y
observe lo que sucede (también dentro del relé).
¿Qué sucede después de que el relé se conecta a la tensión de alimentación?

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El relé emite un sonido de "clic"
La lámpara se enciende
El inducido con los contactos se mueve
Punta de inducción
Se conectará y desconectará el relé y se observará
lo que sucede al desconectarlo. A continuación se
repetirá el experimento con el diodo de vía libre y se
advertirá la diferencia.
Monte el siguiente arreglo experimental.
Abra y cierre varias veces la conexión con la
alimentación de tensión de 5V y observe el
comportamiento de la lámpara fluorescente.
Nota: La lámpara se utilizará solamente como indicador de "alta tensión". La lámpara
se enciende sólo a aprox. 110 V, por debajo de esta tensión permanece oscura.
Las lámparas fluorescentes no se iluminan mediante un alambre metálico incandescente,sino que lo hacen
debido a átomos de gases (como el neón) que se excitan y resplandecen,y se encuentran entre dos electrodos
colocados frente a frente. La corriente es transportada de un electrodo a otro por el gas que se ha convertido
en conductor (gas ionizado).
¿Cómo se comporta una lámpara de efluvios conectada en paralelo al devanado
excitador del relé?
Se enciende brevemente al momento de conectar la
tensión.
Se ilumina siempre.
Se ilumina al momento de desconectar la tensión.
Se ilumina siempre que el relé esté conectado.
No se enciende nunca.
¿Cuál es la razón para que la lámpara conectada en paralelo al devanado de
excitación del relé se ilumine brevemente?

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Histéresis del núcleo de hierro
Interferencias en la tensión de experimentación
Autoinducción al desconectar la corriente
Disipaciónde la energía electromagnética almacenada
La tensión es mayor a 110 V por un breve instante
Incluya el diodo de vía libre y repita el experimento. La animación muestra la manera
en que se debe conectar el diodo por medio de un puente; pulse sobre el botón con
el diodo para observarlo.
¿Cómo se comporta una lámpara de efluvios conectada en paralelo al devanado de
excitación del relé con diodo de vía libre?
Parpadea brevemente durante la conexión.
Se ilumina siempre.
Se ilumina brevemente durante la desconexión.
Se ilumina siempre que el relé esté conectado.
No se enciende nunca.
¿Cuál es la razón de la ausencia de una punta de inducción al desconectar un relé
con diodo de vía libre?
La punta de tensión se filtra
La corriente puede continuar circulando brevemente en el devanado de
excitación
No se presenta autoinducción al desconectar la corriente
Disipaciónde la energía electromagnética almacenada en el circuito del
diodo de vía libre

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Test de conocimientos sobre el relé
Los relés trabajan ...
paramagnéticamente
sólo mecánicamente
electromecánicamente
Complemente las afirmaciones sobre el relé:
El devanado de excitación
genera un flujo magnético en
un
núcleo de hierro
El flujo magnético mueve un rotor
El circuto principal de corriente
está aislado del hierro por
medio de un
aislador
El rotor móvil activa un contacto de conmutación
El diodo de vía libre, conectado en antiparalelo al devanado excitador de un relé,
sirve para
generar una punta de inducción durante la
desconexión
eliminar una punta de inducción durante la
desconexión
eliminar una punta de inducción durante la conexión
generar una punta de inducción durante la conexión
¿Cuáles de las afirmaciones sobre el autoenclavamiento del relé son correctas?
El autoenclavamiento sirve para facilitar la fijación del relé a una pared
Para el accionamiento del relé se requieren dos interruptores
Para el accionamiento del relé se requieren dos pulsadores
Por medio del autoenclavamiento, el relé puede almacenar su estado de
conmutación
Para el autoenclavamiento sólo se requiere un contacto principal
Para el autoenclavameinto, además del contacto principal, se requiere un contacto
auxiliar

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Experimento de interruptor de láminas
Se observará el funcionamiento de un interruptor de láminas. Para esto se montará
un circuito eléctrico con una lámpara, que se encenderá y apagará por medio de un
interruptor de láminas cuando un campo magnético actúe sobre el interruptor.
Monte el siguiente arreglo experimental.
Saque de su soporte los dos imanes permanentes.
Pase uno de los imanes cerca del interruptor de láminas y observe el
comportamiento del interruptor cuando se pasa el imán en diferentes posiciones,
como se describe a continuación:
 Vertical: polo norte hacia abajo
 Vertical: polo sur hacia abajo
 Horizontal: polo norte hacia la izquierda
 Horizontal: polo sur hacia la izquierda
¿Cuáles afirmaciones sobre los puntos de conmutación se confirman con el
experimento?
Si un polo pasa cerca del interruptor de láminas,
aparece un punto de conmutación.
Si el imán pasa horizontalmente, cerca del interruptor
de láminas, aparece un punto de conmutación.
Si el imán pasa horizontalmente, cerca del interruptor
de láminas, aparecen dos puntos de conmutación
Si un polo pasa cerca del interruptor de láminas,
aparecen dos puntos de conmutación
¿Reacciona el interruptor de láminas con mayor sensibilidad (incluso con distancias
mayores) cuando se acerca el imán vertical u horizontalmente?
Es más sensible al acercar el imán horizontalmente
Es más sensible al acercar el imán verticalmente
No hay diferencia

16. UNMSM - FCF
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Test de conocimientos sobre interruptor de láminas
Los relés de láminas (reed) reaccionan ante
luminosidad
distancias
campos magnéticos
Complemente las afirmaciones sobre los interruptores de láminas:
Los interruptores de láminas trabajan de
manera
mecánica
Los contactos se producen de manera magnética
El polo sur de un imán pasa delante del interruptor de láminas. ¿Cuántos puntos de
conmutación aparecen?
un punto de conmutación
dos puntos de conmutación
¿Qué aplicaciones tiene el interruptor de láminas (reed)?
Registro de posiciones sin contacto
Miniinterruptores encapsulados que puedan operar en
ambientes difíciles
Interruptor para corrientes elevadas
Experimento de interruptor Hall
Se estudiará el funcionamiento de un interruptor Hall. Para esto, a la salida del
interruptor, se conectará un voltímetro y se observará la tensión cuando
actúen diferentes campos magnéticos sobre el interruptor.
Monte el siguiente arreglo experimental.
Abra el instrumento virtual Voltímetro A en el menú de instrumentos de
medición o pulse sobre la imagen del instrumento. Realice los
siguientes ajustes:
 Rango: 10 V, DC
 Display digital
 Conmutador giratorio en AV (valor medio)

17. UNMSM - FCF
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¿Qué sucede al acercar a pocos milímetros del interruptor hall, en primer lugar, el
polo sur de un imán e inmediatamente después el polo norte?
Al acercar el polo sur se enciende el LED
Al acercar el polo norte no sucede nada
Lea la tensión en el voltímetro A en estado de conexíón y desconexión, y transfiera
los valores.:
LED OFF: Tensión UOFF =
5,1
V
LED ON: Tensión UON =
0,1
V
Test de conocimientos sobre el interruptor Hall
Los interruptores Hall reaccionan ante
Luminosidad
Distancias
Campos magnéticos
Complete las afirmaciones sobre los interruptores y elementos de efecto Hall:
Los sensores de efecto Hall trabajan de
manera
analógica
Los interruptores Hall trabajan de manera digital
Los interruptores Hall bipolares
poseen dos entradas
reaccionan ante un cambio de polaridad del campo
magnético
también pueden generar tensiones de salida negativas
¿Cuáles son los campos de aplicación de los interruptores Hall?
Mediciones acústicas y de ecos
Mediciones de volumen en salas grandes
Mediciones de número de revoluciones
Mediciones de posicionamiento

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CUESTIONARIO
1-¿Cuántos puntos de conmutación aparecen?
Solo dos puntos de conmutación.
2-¿Qué aplicaciones tiene el interruptor de laminas (reed)?
Los reed switch son utilizados ampliamente en el mundo moderno como partes de circuitos eléctricos.
Un uso muy extendido se puede encontrar en los sensores de las puertas y ventanas de las alarmas
antirrobo, el imán va unido a la puerta y el reed switch al marco. En los sensores de velocidad de
las bicicletas el imán está en uno de los radios de la rueda, mientras que el reed switch va colocado en
la horquilla. Algunos teclados de computadoras son diseñados colocando imanes en cada una de las
teclas y los reed switch en el fondo del placa, cuando una tecla es presionada el imán se acerca y
activa sus reed switches. Actualmente esta solucion es obsoleta, usandose interuptores capacitivos
que varian la condicion de un circuito resonante.
Los reed switch también tienen desventajas, por ej sus contactos son muy pequeños y delicados por lo
cual no puede manejar grandes valores de tensión o corriente lo que provoca chispas en su interior
que afectan su vida útil. Ademas, grandes valores de corriente pueden fundir los contactos y el campo
magnetico que se genera puede llegar a desmagnetizar las contactos
CONCLUSIONES:
 Pudimos deducir que los resultados numéricos teóricos no esta tan distantes de la realidad,
sino que solo existen pequeñas diferencias producidas por ciertas perdidas que en muchas
ocasiones no se tienen en cuenta a la hora de analizar las respectivas respuestas puesto
resultaría muy complicado tener en cuenta esas perdidas, además se pudo aplicar la
identificación de la polaridad de los devanados del transformador, comprobando así los
conceptos teóricos con la practica.
 Se ha podido comprobar mediante la práctica que el relé puede ser muy útil en procesos
industriales, ya que por ejemplo en el caso de que se fuera la luz y un motor o una máquina de
alto consumo se quedase en marcha, con un sistema de enclavamiento al volver la luz no
habría gasto en electricidad, y esto se notaria sustancialmente en los gastos energéticos.
 También hemos podido ver como un relé puede funcionar como una especie de interruptor,
pero un poco más sofisticado, ya que un interruptor se actúa sobre el de forma manual;
mientras que un relé cambia su estado por medio de un campo magnético, creado por la
bobina alimentada.

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BIBLIOGRAFIA
 Física. Electricidad para estudiantes de Ingeniería. Notas de clase. Darío
 Castro. Ediciones Uninorte.
 SEARS, Francis W. ZEMANSKY, Mark W, YOUNG; Hugh D; FREEDMAN, Roger A;
física universitaria con física moderna. Undécima edición, México: Pearson Educacion
2005
 www.wikipedia.com
 PAUL TIPLER Volumen 2
 Electromagnetismo de SADIKU
 http://es.wikipedia.org/wiki/Electrizaci%C3%B3n