todo información sobre corriente

1. CORRIENTE CONTINUA
Javier Rodríguez Salamanca
Jrodriguez540@misena.edu.co
La vida moderna no podría existir sino por la corriente y la electrónica, siendo
el filósofo thales el primer investigador pero fue Alessandro volta quien creo la
fuente de corriente.
La corriente continua es el flujo de partículas de cargadas en una dirección
invariable, se puede encontrar en casi todos los hogares y dispositivos
electrónicos ya que es más práctico para muchos dispositivos de consumo.
1. Conceptos Básicos De La Electricidad
Se descubrió que ciertos tipos de materiales se atraían misteriosamente
después de ser frotados juntos, por ejemplo un pedazo de seda con un pedazo
de vidrio tendían a pegarse.
El vidrio y la seda no son los únicos materiales, la cera de parafina y el paño
de lana son otro par de materiales experimentadores tempranos reconocidos
como manifestando fuerzas atractivas después de ser frotados.
Este fenómeno se hizo más interesante cuando se descubrió que al frotar
materiales idénticos siempre se repelían

2. También se observó que cuando un pedazo de vidrio frotado con seda fue
expuesto a un pedazo de cera frotada con lana, los dos materiales se atraen
unos a otros:
También se encontró que después que se demostraba la atracción o repulsión
podría clasificarse en una de las dos categorías distintas: atraído por el vidrio y
cera o repelido por el vidrio y cera es una categoría y la otra es no se
encontraron materiales que pudieran ser atraídos o repelidos.
Se prestó más atención a la tela pues se descubrió que después de frotar dos
pedazos de vidrio con dos de tela no solo se repelían los pedazos de vidrio sino
también los de tela.
Después de todo ninguno de los objetos se vio alterado por el frotamiento,
pero se comportaron de manera diferente que antes de ser frotados, cualquier
cambio que hubieran tenido era invisible.
Algunos decían que se estaba transfiriendo fluidos invisibles durante el
frotamiento y que eran capaces de ejercer una fuerza física a una distancia.
Charles Dufay Fue uno de los primeros que demostró que había dos cambios
forjados frotando ciertos pares de elementos.

3. Benjamín Franklin llego a la conclusión que solo era el fluido intercambiado
entre objetos frotados y que las cargas diferentes eran un exceso o una
deficiencia de ese fluido. La existencia del fluido que se gana o pierde con el
frotamiento fue el que mejor se refirió al comportamiento y lo más importante,
que los dos materiales activos frotaron contra cada uno Otros siempre caían en
categorías opuestas, como lo demuestra su invariable atracción entre sí.
Siguiendo la especulación de Franklin el tipo de carga asociada con lacera
frotada se conoció como negativo, mientras que la carga asociada con la lana
se conoce como positiva. Poco sabia de que esto causaría confusión para
estudiantes de electricidad.
Se descubrió más tarde que este fluido estaba compuesto por pedazos de
materia pequeños llamados electrones, desde entonces se ha revelado que los
objetos están compuestos de bloques de construcción pequeños conocidos
como átomos, y estos átomos están compuestosde partículas. Las tres
partículas fundamentales se llaman protones, neutrones y electrones pero no
todos los átomos tienen neutrones.
Aunque cada átomo en una pieza de material tiende a mantenerse unido como
una unidad, en realidad hay mucho espacio vacío entre los electrones y el
grupo de protones y neutrones que residen en el medio.
Los neutrones son menos influyentes en el carácter químico que los protones
aunque son fáciles de añadir o quitar del núcleo y los protones en el nucleo
determinan su identidad elemental pero si los neutrones son agregados
cambiaria levemente su masa y puede adquirir propiedades nucleares extrañas
como la radioactividad.
Los electrones tienen más libertad para moverse de hecho pueden ser
eliminados de sus posiciones, si esto sucede el átomo aún conserva su
identidad química pero se produce un desequilibrio. Los electrones y protones
son los únicos que se sientes atraídos y es esta atracción la que causa
atracción entre otros objetos frotados.
Los electrones repeles otro electrones al igual que protones con protones, la
única razón para que los protones se unan en el nuclea es por una fuerza
mucho mayor llamada fuerza nuclear fuerte. Entre protones y electrones
contrarrestan a cada uno de manera que la carga dentro del átomo será cero.

4. Y esta es la razón por la que un átomo de carbono tiene seis electrones para
equilibrar la carga con los seis protones.
El resultado de un desequilibrio del fluido entre objetos se llama electricidad
estática, Y se llama así por los electrones tienen a permanecer estacionarios
después de ser movidos de un material aislante a otro, también fue
demostrado que la electricidad estatica era la misma que la producida por una
bateria o un generador.
2. Ley De Ohm
Se crea un circuito eléctrico cuando se crea una trayectoria conductora para
que los electrones libres se muevan, y este movimiento de electrones se
denomina corriente al igual que un flujo de un líquido a través de un tubo
hueco.
La fuerza que motiva a los electrones a fluir en el circuito se llama voltaje. El
voltaje es una medida de la energía que es relativa entre dos puntos, Cuando
hablamos del voltaje de un circuito nos referimos a la medida de energía
potencial que existe para mover electrones.
Los electrones libre se mueven por conductores con fricción, esto se le llama
resistencia. La cantidad de corriente en un circuito Depende del voltaje de los
electrones y también la cantidad de resistencia en el circuito para oponerse al
flujo de electrones. Aquí algunas unidades estándar de medida para corriente
eléctrica, voltaje y resistencia:
El símbolo para cada cantidad es la letra alfabética para representar esa
cantidad en una ecuación, " para cada cantidad representa el símbolo
alfabético utilizado como notación abreviada para su unidad particular de
medida. Y, sí, ese extraño símbolo de "herradura" es la letra griega Ω,
Cada unidad lleva el nombre de un experimentador en electricidad, por
ejemplo el amplificador André M. Ampere, ele Voltio Alessandro Volta y el
ohmio Georg Simón Ohm.
El símbolo matemático también es significativo, el R para resistencia y le V
para tensión son auto-explicativo mientras que la I de corriente parece poco
raro pues se cree que representa la intensidad.

5. Todos los símbolos se expresan con mayúsculas excepto cuando hay cantidad,
se describe en términos periodo sobre tiempo llamado instantáneo como el
voltaje de una batería que es igual en un periodo de tiempo y será simbolizado
con la letra E y el pico de el voltaje de un rayo en el mismo instante en el que
golpea una línea de energía.
Una unidad fundamental en la medición enseñada en el inicio de cursos de
electrónica es la unidad del coulomb, es una medida de carga eléctrica
proporcional al número de electrones. Un coulomb de carga es igual a
6.250.000.000.000.000.000 de electrones. El símbolo de la cantidad de carga
eléctrica es la letra mayúscula "Q", con la unidad de coulombs abreviada por la
letra mayúscula "C."
El voltaje es la medida de la energía potencial por unidad de carga para
motivar los electrones de punto a punto, Debemos saber cómo medir lo que
llamamos energía potencial. La unidad métrica de la energía es el joule igual a
la cantidad de trabajo realizado por una fuerza de 1 newton.
Estas Unidades y símbolos para cantidades eléctricas son importantes cuando
exploramos relaciones entre ellos en los circuitos. La más importante relación
entre corriente y voltaje y la resistencia que es la ley de ohm, su
descubrimiento principal de Ohm fue la cantidad de corriente eléctrica a través
de un conductor para un circuito es directamente proporcional al voltaje
impreso a través de él.
En esta expresión algebraica, la tensión (E) es igual a la corriente (I)
multiplicada por la resistencia (R). Usando técnicas de álgebra, podemos
manipular esta ecuación en dos variaciones, resolviendo para I y para R,
respectivamente:
La ley de Ohm es muy simple y útil para circuitos eléctricos, Se utiliza con
frecuencia en el estudio de electricidad y electrónica. Para los estudiantes hay
un truco para resolver en un triángulo como este:
Si conoce E y I, y desea determinar R, simplemente elimine R de la imagen y
vea lo que queda:

6. Si conoce E y R, y desea determinar I, elimine I y vea lo que queda:
Por último, si conoce I y R, y desea determinar E, eliminar E y ver lo que
queda:
3. Seguridad Eléctrica
Esperamos evitar un error encontrados en los textos de electrónica de ignorar
detalles en el tema de seguridad eléctrica, como tal sabemos que el tema de
seguridad es de suma importancia.
Los mismos libros o textos carentes de claridad técnica también hace falta de
cobertura de seguridad eléctrica de ahí la creación de este capítulo, para que
los conceptos de seguridad eléctrica tengan más sentido, es necesario un
conocimiento fundacional de la electricidad.
Otro beneficio es la lección detallada sobre seguridad eléctrica es el contexto
practico que establece para conceptos básicos de voltaje, corriente, resistencia
y diseño de circuitos. Cuanto más relevante sea el tema técnico, más probable
será que el estudiante preste atención y comprenda. Además, dado que la
energía eléctrica es una presencia cotidiana en la vida moderna, casi cualquier
persona puede relacionarse con las ilustraciones dadas en tal lección.
4. Notación Científica Y Prefijos Métricos
En disciplinas como ciencia e ingeniería los números muy grandes y muy
pequeños deben ser manejados, algunas cantidades son extremadamente
pequeños o grandes por ejemplo las partículas que constituyen el núcleo de un
átomo:
Masa de protones = 0,00000000000000000000000167 gramos
O el número de electrones que pasan por un circuito cada segundo con una
corriente eléctrica constante de 1 A:
1 amperio = 6, 250, 000, 000, 000, 000,000 electrones por segundo
Para la masa del protón todo lo que tenemos es un "167" precedido por 23
ceros antes del punto decimal. Para el número de electrones por segundo en 1
amperio, tenemos "625" seguido de 16 ceros. Llamamos el lapso de los dígitos
no cero (del primero al último), más cualquier dígito cero no sólo utilizado para
la colocación, los "dígitos significativos" de cualquier número.

7. Los dígitos significativos en medición real son reflejo de la exactitud de esa
medición. Los ceros simplemente sirven como marcadores de posición.
De la misma manera, los números con muchos dígitos cero no son
necesariamente representativos de una cantidad del mundo real hasta el punto
decimal. Con la notación científica, se escribe un número representando sus
dígitos significativos como una cantidad entre 1 y 10.
Pero ¿qué pasa con números muy pequeños, como la masa del protón en
gramos? Todavía podemos usar la notación científica, excepto con un poder
negativo de diez en vez de positivo.
Debido a que los dígitos significativos están representados "por sí mismos",
lejos del multiplicador de potencia de diez, es fácil mostrar un nivel de
precisión incluso cuando el número mira a su alrededor.
Sin embargo, ¿qué pasa si el coche realmente pesa 3.000 libras, exactamente
(a la libra más cercana)? Si tuviéramos que escribir su peso en forma "normal"
(3.000 libras), no estaría necesariamente claro que este número era realmente
exacto a la libra más cercana y no sólo redondeado a las mil libras más
cercanas, oa las cien libras más cercanas , Oa las diez libras más cercanas.
5. Circuitos En Serie Y En Paralelo
Los circuitos que consisten en una sola batería y una resistencia de carga son
muy simples de analizar, pero no se encuentran a menudo en aplicaciones
prácticas. Existen dos formas básicas de conectar más de dos componentesde
circuito: serie y paralelo. En primer lugar, un ejemplo de un circuito en serie:
Aquí, tenemos tres resistencias (etiquetadas R1, R2 y R3), conectadas en una
cadena larga de un terminal de la batería a la otra. Ahora, veamos el otro tipo
de circuito, una configuración paralela:
Nuevamente, tenemos tres resistencias, pero esta vez forman más de una
trayectoria continua para que los electrones fluyan. La característica definitoria

8. de un circuito paralelo es que todos los componentes están conectados entre el
mismo conjunto de puntos eléctricamente comunes.
Y, por supuesto, la complejidad no se detiene en las series simples y paralelas
ya sea! Podemostener circuitos que son una combinación de series y
paralelos, también:
En este circuito, tenemos dos bucles para que los electrones fluyan: uno de 6 a
5 a 2 a 1 y de nuevo a 6 de nuevo, y otro de 6 a 5 a 4 a 3 a 2 a 1 y de nuevo
a 6 de nuevo. En esta configuración, diríamos que R2 y R3 están en paralelo
entre sí, mientras que R1 está en serie con la combinación paralela de R2 y R3.
La idea básica de una conexión "serie" es que los componentes están
conectados de extremo a extremo en una línea para formar un único camino
para que los electrones fluyan:
La idea básica de una conexión "paralela", por otro lado, es que todos los
componentes están conectados entre sí. Hay muchos caminos para que los
electrones fluyan, pero sólo un voltaje en todos los componentes:
Las configuraciones de resistencia en serie y en paralelo tienen propiedades
eléctricas muy diferentes.
6. Circuitos de divisor y las leyes de Kirchhoff
Vamos a analizar un simple circuito en serie, determinando las caídas de
voltaje a través de las resistencias individuales:

9. A partir de los valores dados de las resistencias individuales, podemos
determinar una resistencia total del circuito, sabiendo que las resistencias
agregan en serie:
A partir de aquí, podemos utilizar la Ley de Ohm (I = E / R) para determinar la
corriente total, que sabemos que será la misma que cada corriente de
resistencia
Ahora, sabiendo que la corriente del circuito es de 2 mA, podemos usar la Ley
de Ohm (E = IR) para calcular el voltaje a través de cada resistencia:
Si cambiamos la tensión total, encontraríamos que esta proporcionalidad de las
caídas de tensión permanece constante:

10. El voltaje a través de R2 sigue siendo exactamente el doble de la caída de R1,
a pesar de que el voltaje de fuente ha cambiado. Los divisores de tensión
encuentran amplia aplicación en circuitos de contadores eléctricos, donde se
utilizan combinaciones específicas
Un dispositivo frecuentemente utilizado como componente de división de
tensión es el potenciómetro, que es una resistencia con un elemento móvil
colocado por una perilla o palanca manual.
El símbolo de flecha hacia la izquierda dibujado en el centro del elemento de
resistencia vertical. . A medida que se mueve hacia arriba, entra en contacto
con la tira resistiva más cerca del terminal 1 y más lejos del terminal 2, y A
medida que se mueve hacia abajo, se produce el efecto opuesto.
Aquí se muestran ilustraciones internas de dos tipos de potenciómetro, rotativo
y lineal:

11. Algunos potenciómetros lineales son accionados por movimiento en línea recta
de una palanca o botón deslizante. Otros, como el ilustrado en la ilustración
anterior, son accionados por un tornillo de ajuste para la capacidad de ajuste
fino. La gran unidad "Helipot" es un potenciómetro de laboratorio diseñado
para una conexión rápida y fácil a un circuito. La unidad en la esquina inferior
izquierda de la fotografía es el mismo tipo de potenciómetro, simplemente sin
un caso o un dial de contador de 10 vueltas.
7. Circuitos combinados serie- paralelo
Con circuitos en serie simples, todos los componentes se conectan de extremo
a extremo para formar sólo una trayectoria para que los electrones fluyan a
través del circuito:
Con circuitos paralelos simples, todos los componentes están conectadosentre
los mismos dos conjuntos de puntos eléctricamente comunes.
Con cada una de estas dos configuraciones de circuito básico, tenemos
conjuntos específicos de reglas que describen las relaciones de voltaje,
corriente y resistencia.
Circuitos de la serie:
Las caídas de tensión se suman a la tensión total igual. Todos los componentes
comparten la misma (igual) corriente.

12. Circuitos paralelos:
Todos los componentes comparten el mismo voltaje (igual). Las corrientes de
rama se suman a la corriente total igual. Las resistencias disminuyen a igual
resistencia total.
Sin embargo, si los componentesdel circuito están conectados en serie en
algunas partes y en paralelo en otros, no seremos capaces de aplicar un solo
conjunto de reglas a cada parte de ese circuito.
Este circuito no es una simple serie ni un simple paralelo. Más bien, contiene
elementos de ambos. La corriente sale de la parte inferior de la batería, se
divide para viajar a través de R3 y R4, se reúne, se divide de nuevo para viajar
a través de R1 y R2.
Debido a que el circuito es una combinación de serie y paralelo, no podemos
aplicar las reglas de voltaje, corriente y resistencia "a través de la tabla" para
comenzar el análisis como podíamos cuando los circuitos eran de una manera
u otra.
La tabla todavía nos ayudará a gestionar los diferentes valores para los
circuitos combinados serie-paralelo, pero tendremos que tener cuidado de
cómo y dónde aplicamos las diferentes reglas para series y paralelos.
Si somos capaces de identificar qué partes del circuito son series y cuáles
partes son paralelas, podemos analizarla en etapas, acercándonos a cada parte
una a una, usando las reglas apropiadas para determinar las relaciones de
voltaje, corriente y resistencia.
8. Circuitos de medición de corriente continúa
Un medidor es cualquier dispositivo construido para detectar y mostrar con
precisión una cantidad eléctrica en una forma legible por un ser humano.

13. La mayoría de los medidores modernos son "digitales" en el diseño, lo que
significa que su visualización legible es en forma de dígitos numéricos. Diseños
más antiguos de los medidores son de naturaleza mecánica, utilizando algún
tipo de dispositivo de puntero para mostrar la cantidad de medición.
El mecanismo de visualización de un medidor se refiere a menudo como un
movimiento, tomando prestado de su naturaleza mecánica para mover un
puntero a lo largo de una escala para que se pueda leer un valor medido.
El diseño de los "movimientos" digitales está fuera del alcance de este capítulo,
pero los diseños mecánicos del movimiento del contador son muy
comprensibles. La mayoría de los movimientos mecánicos se basan en el
principio del electromagnetismo. Los primeros movimientos del medidor
construidos fueron conocidos como galvanómetros, y fueron diseñados
generalmente con la sensibilidad máxima en mente. Un galvanómetro muy
simple se puede hacer de una aguja magnetizada . La corriente a través de la
bobina de alambre producirá un campo magnético que desviará la aguja de
apuntar en la dirección del campo magnético de la tierra. Un galvanómetro de
cuerda antiguo se muestra en la siguiente fotografía:
Tales instrumentos eran útiles en su tiempo, pero tienen poco lugar en el
mundo moderno excepto como prueba de concepto y dispositivos
experimentales elementales. Son altamente susceptibles al movimiento de
cualquier tipo, ya cualquier perturbación en el campo magnético natural de la
tierra. Dicho diseño de un instrumento se conoce generalmente como un imán
permanente, una bobina móvil o un movimiento PMMC:
En la imagen de arriba, el movimiento del contador "aguja" se muestra
apuntando alrededor del 35 por ciento de la escala completa, el cero está lleno

14. a la izquierda del arco y la escala completa está completamente a la derecha
del arco.
Algunos movimientos del medidor son insensibles a la polaridad, dependiendo
de la atracción de una aleta de hierro móvil no magnetizada hacia un alambre
estacionario que lleva corriente para desviar la aguja. La fuerza es
independientemente de la polaridad, lo que hace que este tipo de movimiento
del medidor de insensibilidad a la polaridad:
Desafortunadamente, la fuerza generada por la atracción electrostática es muy
pequeña para tensiones comunes. De hecho, es tan pequeño que tales diseños
de movimiento de contador son poco prácticos para su uso en instrumentos de
ensayo generales. Una aplicación mucho más común de la medición de voltaje
electrostático se ve en un dispositivo conocido como tubo de rayos catódicos, o
CRT. Estos son tubos de vidrio especial, muy similar a los tubos de pantalla de
televisión.
Una inversión de polaridad de voltaje a través de las dos placas resultará en
una deflexión del haz de electrones en la dirección opuesta, haciendo que este
tipo de "movimiento" del metro sea sensible a la polaridad:
Los electrones, que tienen mucha menos masa que las placas metálicas, son
movidos por esta fuerza electrostática muy rápida y fácilmente. Su trayectoria
desviada se puede rastrear a medida que los electrones inciden en el extremo
de vidrio. Cualquiera que sea el tipo de metro o tamaño del movimiento del
medidor, habrá un valor nominal de voltaje o corriente necesario para dar una
indicación a escala completa. En los movimientos electromagnéticos, ésta será
la "corriente de deflexión a escala completa"

15. Al hacer que el movimiento del medidor sea parte de un circuito divisor de
voltaje o corriente, el rango de medición útil del movimiento puede extenderse
para medir niveles mucho mayores que lo que podría ser indicado por el
movimiento solo.
9. Señales de instrumentación eléctrica
La instrumentación es un campo de estudio y trabajo centrado en la medición
y control de procesos físicos. Estos procesos físicos incluyen presión,
temperatura, caudal y consistencia química. Una señal es cualquier tipo de
cantidad física que transmite información. El habla audible es ciertamente una
especie de señal, ya que transmite los pensamientos (información) de una
persona a otra a través del medio físico del sonido.
Una señal analógica es un tipo de señal que es continuamente variable, en
contraposición a tener un número limitado de pasos a lo largo de su rango
(llamado digital). Un ejemplo bien conocido de analógico vs. digital es el de
relojes: el analógico es el tipo con punteros que giran lentamente alrededor de
una escala circular.
Tanto las señales analógicas como digitales encuentran aplicación en la
electrónica moderna, y las distinciones entre estas dos formas básicas de
información es algo que se tratará con mucho más detalle más adelante en
este libro. Con muchas cantidades físicas, especialmente eléctricas, la
variabilidad analógica es fácil de conseguir.
En los primeros días de la instrumentación industrial, el aire comprimido se
utilizó como medio de señalización para transportar información desde
instrumentos de medición a dispositivos indicadores y de control situados a
distancia.
En un tanque de almacenamiento produciría una baja presión de aire cuando el
tanque estuviera vacío, una presión media cuando el tanque Estaba
parcialmente lleno, y una alta presión cuando el tanque estaba completamente
lleno.

16. El "indicador de nivel de agua" (LI) no es más que un manómetro que mide la
presión de aire en la línea de señal neumática. Esta presión de aire, que es una
señal, es a su vez una representación del nivel de agua en el tanque. Por
grosero que parezca, este tipo de sistema de señalización neumático formó la
columna vertebral de muchos sistemas industriales de medición y control en
todo el mundo, y todavía ve su uso hoy debido a su simplicidad, seguridad y
confiabilidad.
Con el advenimiento de amplificadores electrónicos de estado sólido y otros
avances tecnológicos, las cantidades eléctricas de voltaje y corriente se
hicieron prácticas para su uso como medios de señalización analógicos de
instrumentos.
Las señales electrónicas analógicas siguen siendo los principales tipos de
señales utilizadas hoy en día en el mundo de la instrumentación (enero de
2001), pero están dando paso a los modos digitales de comunicación en
muchas aplicaciones. Un concepto importante aplicado en muchos sistemas
analógicos de señal de instrumentación es el "cero vivo", una forma estándar
de escalar una señal de modo que una indicación de 0 por ciento pueda ser
discriminada del estado de un sistema "muerto".
No todos los estándares de señal se han configurado con líneas base de cero
activo, pero las normas de señales más robustas (3-15 PSI, 4-20 mA) tienen, y
por buenas razones.
10. Análisis de redes de CC
En términos generales, el análisis de red es cualquier técnica estructurada
utilizada para analizar matemáticamente un circuito (una "red" de
componentes interconectados). Muy a menudo el técnico o el ingeniero se
encontrará con circuitos que contienen múltiples fuentes de potencia.
Para ilustrar cómo incluso un circuito simple puede desafiar el análisis por
descomposición en series y porciones paralelas, comience con este circuito
serie-paralelo:

17. Para analizar el circuito anterior, uno encontraría primero el equivalente de R2
y R3 en paralelo, luego añada R1 en serie para llegar a una resistencia total.
Entonces, tomando el voltaje de la batería B1 con esa resistencia total del
circuito. Sin embargo, la adición de sólo una batería más podría cambiar todo
eso:
Los resistores R2 y R3 ya no están en paralelo entre sí, porque B2 se ha
insertado en la rama R3 del circuito. Tras una inspección más detallada, parece
que no hay dos resistencias en este circuito directamente en serie o paralelo
entre sí.
Debe quedar claro que este circuito aparentemente simple, con sólo tres
resistencias, es imposible de reducir como una combinación de series simples y
secciones paralelas simples. Completamente diferente. Sin embargo, este no
es el único tipo de circuito que desafía el análisis en serie / paralelo:
Aquí tenemos un circuito puente, y por ejemplo, supongamos que no está
equilibrado (relación R1 / R4 no igual a la relación R2 / R5). Si estuviera
equilibrado, habría corriente cero a través de R3, y podría ser abordado como
un circuito de combinación serie / paralelo (R1-R4 // R2-R5). Aunque puede no
ser evidente en este punto, el corazón del problema es la existencia de
múltiples cantidades desconocidas. Al menos en un circuito de combinación
serie / paralelo, había una manera de encontrar la resistencia total y el voltaje
total.

18. Con el circuito de dos baterías, no hay forma de llegar a un valor de
"resistencia total", porque hay dos fuentes de alimentación para proporcionar
voltaje y corriente (necesitaríamos dos resistencias "totales" para proceder con
cualquier Ohm Cálculos de ley).
11. Baterías y sistemas de energía
Hasta ahora en nuestras discusiones sobre la electricidad y los circuitos
eléctricos, no hemos discutido en detalle cómo funcionan las baterías. Aquí,
vamos a explorar este proceso hasta cierto punto y cubrir algunas de las
consideraciones prácticas relacionadas con las baterías reales y su uso en
sistemas de energía.
Los átomos, a su vez, están compuestos de piezas aún más pequeñas de
materia llamadas partículas. Los electrones, los protones y los neutrones son
los tipos básicos de partículas que se encuentran en los átomos. La identidad
química de un átomo (que determina en gran medida la conductividad del
material) está determinada por el número de protones en el núcleo (centro).
Los protones en el núcleo de un átomo son extremadamente difíciles de
desalojar, por lo que la identidad química de cualquier átomo es muy estable.
Todos los esfuerzos para alterar esta propiedad de un átomo por medio de
calor, luz o fricción se encontraron con el fracaso. Los electrones pueden hacer
mucho más que simplemente moverse y entre átomos: también pueden servir
para vincular átomos diferentes juntos.
Esta vinculación de átomos por electrones se denomina enlace químico. Una
representación bruta (y simplificada) de tal enlace entre dos átomospodría
verse así:

19. Existen varios tipos de enlaces químicos, el que se muestra arriba es
representativo de un enlace covalente, donde los electrones se comparten
entre los átomos. Debido a que los enlaces químicos se basan en enlaces
formados por electrones, estos enlaces son tan fuertes como la inmovilidad de
los electrones que los forman.
Cuando los átomos se unen por enlaces químicos, forman materiales con
propiedades únicas conocidas como moléculas. La imagen de átomo dual
mostrada anteriormente es un ejemplo de una molécula simple formada por
dos átomosdel mismo tipo. En otra forma, el diamante, los mismos átomos de
carbono se unen en una configuración diferente, esta vez en las formas de
pirámides entrelazadas, formando un material de dureza excesiva.
Cuando los alquimistas lograron cambiar las propiedades de una sustancia por
el calor, la luz, la fricción o la mezcla con otras sustancias, observaban
realmente cambios en los tipos de moléculas formadas por átomos que se
rompían y formaban enlaces con otros átomos. Un tipo de enlace químico de
particular interés para nuestro estudio de las baterías es el llamado enlace
iónico, y difiere del enlace covalente en que un átomo de la molécula posee un
exceso de electrones mientras que otro átomo carece de electrones.
El ion hidroxilo tiene un enlace covalente (mostrado como una barra) entre los
átomosde hidrógeno y oxígeno:
Na + O - H –
La formación de iones y enlaces iónicos a partir de átomos o moléculas
neutrales (o viceversa) implica la transferencia de electrones. consistiendo
generalmente de dos electrodos metálicos sumergidos en una mezcla química
(llamada un electrolito) diseñada para facilitar Tal reacción electroquímica
(oxidación / reducción):

20. En la célula común de "plomo-ácido" (el tipo comúnmente utilizado en
automóviles), el electrodo negativo está hecho de plomo (Pb) y el positivo está
hecho de dióxido de plomo (IV) (PbO2), ambas sustancias metálicas. Es
importante notar que el dióxido de plomo es metálico y es un conductor
eléctrico, a diferencia de otros óxidos metálicos que suelen ser aislantes.
Este proceso de la célula que proporciona energía eléctrica para suministrar
una carga se llama descarga, ya que está agotando sus reservas químicas
internas. Teóricamente, después de que se haya agotado todo el ácido
sulfúrico, se obtendrán dos electrodos de sulfato de plomo (PbSO4) y una
solución electrolítica de agua pura (H2O), sin dejar más capacidad para
uniones iónicas adicionales. En este estado, se dice que la célula está
completamente descargada. Cuando una célula de plomo-ácido es cargada por
una fuente externa de corriente, las reacciones químicas experimentadas
durante la descarga se invierten:
12. Física de conductores y aisladores
Por ahora debe ser muy consciente de la correlación entre la conductividad
eléctrica y ciertos tipos de materiales. Desafortunadamente, las teorías
científicas que explican por qué ciertos materiales conducen y otros no son

21. bastante complejas, arraigadas en explicaciones mecánicas cuánticas en cómo
los electrones se arreglan alrededor de los núcleos de átomos.
Cuando un electrón es libre de asumir estados de energía más altos alrededor
del núcleo de un átomo (debido a su colocación en una "cáscara" en
particular), puede ser libre para romper con el átomo y comprende parte de
una corriente eléctrica a través de la sustancia. Algunos libros de texto le dirá
que la conductividad o nonconductivity de un elemento está determinado
exclusivamente por el número de electrones que residen en exterior "cáscara"
de los átomos (llamada la capa de valencia), pero esto es una simplificación
excesiva, ya que cualquier examen de Conductividad en función de electrones
de valencia en Una tabla de elementos confirmará.
Un buen ejemplo de esto es el elemento carbono, que comprende materiales
de conductividad muy diferente: grafito y diamante. El grafito es un buen
conductor de la electricidad, mientras que el diamante es prácticamente un
aislante (extraño, sin embargo, se clasifica técnicamente como un
semiconductor, que en su forma pura actúa como aislante, pero puede llevar a
cabo bajo altas temperaturas y / o la influencia de las impurezas).
Si los átomosde carbono se unen a otros tipos de átomos para formar
compuestos, la conductividad eléctrica se vuelve a alterar una vez más. Todos
los elementos metálicos son buenos conductores de electricidad, debido a la
forma en que los átomosse unen entre sí. Los electrones de los átomos que
comprenden una masa de metal están tan desinhibidos en sus estados de
energía permisibles que flotan libremente entre los diferentes núcleos de la
sustancia, fácilmente motivados por cualquier campo eléctrico.
Afortunadamente, la física detrás de todo esto es principalmente irrelevante
para nuestros propósitos aquí. Baste decir que algunos materiales son buenos
conductores, algunos son conductores pobres, y algunos están en el medio.
Un paso importante en conseguir que la electricidad haga nuestra oferta es
poder construir caminos para que los electrones fluyan con cantidades
controladas de resistencia. Necesitamos entender algunas de las características
de conductores comunes y aisladores, y ser capaces de aplicar estas
características a aplicaciones específicas.
Casi todos los conductores poseen una resistencia determinada y medible
(tipos especiales de materiales llamados superconductores no poseen
absolutamente ninguna resistencia eléctrica, pero éstos no son materiales
ordinarios, y deben ser mantenidos en condiciones especiales para ser
superconductores).
Típicamente, asumimos que la resistencia de los conductores en un circuito es
cero, y esperamos que la corriente pase a través de ellos sin producir ninguna
caída apreciable de voltaje. En realidad, sin embargo, casi siempre habrá una

22. caída de voltaje a lo largo de las vías conductoras (normales) de un circuito
eléctrico, si queremos que haya una caída de tensión o no:
13. Condensadores
Siempre que existe un voltaje eléctrico entre dos conductores separados,
existe un campo eléctrico dentro del espacio entre dichos conductores. En
electrónica básica, estudiamos las interacciones de voltaje, corriente y
resistencia en cuanto a circuitos, que son caminos conductores a través de los
cuales los electrones pueden viajar. Es cierto que el concepto de "campo" es
algo abstracto. Al menos con la corriente eléctrica no es demasiado difícil
imaginar partículas diminutas llamadas electrones que se mueven entre los
núcleos de átomos dentro de un conductor, pero un "campo" ni siquiera tiene
masa y no necesita existir en la materia.
El tema de este capítulo son campos eléctricos (y dispositivos llamados
capacitores que los explotan), no campos magnéticos, pero hay muchas
similitudes. Lo más probable es que haya experimentado campos eléctricos
también. El capítulo 1 de este libro comenzó con una explicación de la
electricidad estática y cómo materiales como la cera y la lana, cuando se
frotaban entre sí, producían una atracción física.
Los campos tienen dos medidas: una fuerza de campo y un flujo de campo. La
fuerza de campo es la cantidad de "empuje" que un campo ejerce sobre una
cierta distancia. El flujo de campo es la cantidad total, o efecto, del campo a
través del espacio.
Normalmente, los electrones no pueden entrar en un conductor a menos que
haya un camino para que una cantidad igual de electrones salga. El número de
electrones libres adicionales añadidos al conductor (o electrones libres
extraídos) es directamente proporcional a la cantidad de flujo de campo entre
los dos conductores.
Los condensadores son componentes diseñados para aprovechar este
fenómeno colocando dos placas conductoras (normalmente metálicas) muy
próximas entre sí. Hay muchos estilos diferentes de construcción de
condensadores, cada uno adecuado para clasificaciones y propósitos
particulares.

23. Un símbolo esquemático antiguo y obsoleto para los condensadores mostraba
placas intercaladas, que es en realidad una forma más precisa de representar
la construcción real de la mayoría de los condensadores:
Cuando se aplica una tensión a través de las dos placas de un condensador, se
crea un flujo de campo concentrado entre ellas, permitiendo que se desarrolle
una diferencia significativa de electrones libres (una carga) entre las dos
placas:
A medida que el campo eléctrico se establece por el voltaje aplicado, se obliga
a extraer electrones extra en el conductor negativo, mientras que los
electrones libres son "robados" del conductor positivo. Debido a que los
condensadores almacenan la energía potencial de los electrones acumulados
en forma de un campo eléctrico, se comportan de manera muy diferente a los
resistores (que simplemente disipan la energía en forma de calor) en un
circuito.
Así como la primera Ley de Movimiento de Isaac Newton ( "un objeto en
movimiento tiende a permanecer en movimiento, un objeto en reposo tiende a
permanecer en reposo") describe la tendencia de una masa a oponerse a los
cambios de velocidad. Sólo una fuente externa (o drenaje) de corriente puede
alterar la carga de tensión almacenada por un condensador perfecto:
En términos prácticos, sin embargo, los condensadores eventualmente
perderán sus cargas de voltaje almacenadas debido a vías internas de fuga
para que los electrones fluyan de una placa a la otra. En esta condición se dice
que el condensador se está cargando, porque hay una cantidad creciente de

24. energía almacenada en su campo eléctrico. Observe la dirección de la corriente
de electrones con respecto a la polaridad de la tensión.
Si una fuente de tensión se aplica repentinamente a un condensador sin carga
(un aumento brusco de voltaje), el condensador extraerá corriente de esa
fuente, absorbiendo energía de ella, hasta que el voltaje del condensador sea
igual al de la fuente. La medida de la capacidad de un condensador para
almacenar energía para una cantidad dada de caída de voltaje se llama
capacitancia.
Un nombre obsoleto para un condensador es condensador o condensador.
Estos términos no se utilizan en ningún nuevo libro o diagrama esquemático (a
mi conocimiento), pero pueden ser encontrados en literatura electrónica
antigua.
14. Magnetismo y electromagnetismo
Siglos atrás, se descubrió que ciertos tipos de roca mineral poseían
propiedades inusuales de atracción al hierro metálico. Un mineral en particular,
llamado magnetita, se encuentra mencionado en registros históricos muy
antiguos (hace unos 2500 años en Europa y mucho antes en el Lejano Oriente)
como un tema de curiosidad. Como descubrió Peregrinus, era imposible aislar
uno de estos polos por sí mismo cortando un pedazo de piedra lodosa a la
mitad: cada pieza resultante poseía su propio par de polos:
Al igual que las cargas eléctricas, sólo había dos tipos de polos: norte y sur
(por analogía, positivos y negativos). El filósofo-científico René Descartes
señaló que este "campo" invisible podía ser mapeado colocando un imán
debajo de un trozo plano de tela o madera y rociando limaduras de hierro en la
parte superior. Las limaduras se alinearán con el campo magnético,
"mapeando" su forma.

25. El resultado muestra cómo el campo continúa ininterrumpido de un polo de un
imán a otro:
Como en cualquier tipo de campo (eléctrico, magnético, gravitatorio), la
cantidad total o efecto del campo se denomina flujo, mientras que el "empuje"
que hace que el flujo se forme en el espacio se denomina fuerza.
Las teorías modernas del magnetismo sostienen que un campo magnético es
producido por una carga eléctrica en movimiento y, por lo tanto, se teoriza que
el campo magnético de los llamados imanes "permanentes" como la piedra de
la lámpara es el resultado de electrones dentro de los átomos de hilatura de
hierro Uniformemente en la misma dirección.
El hierro es uno de esos tipos de sustancias que fácilmente magnetizan. Si un
pedazo de hierro se aproxima a un imán permanente, los electrones dentro de
los átomos del hierro orientan sus giros para que coincidan con la fuerza del
campo magnético producida por el imán permanente y el hierro se
"magnetiza".
El hierro se magnetiza de tal manera De manera que incorpore las líneas de
flujo magnético a su forma, lo que la atrae hacia el imán permanente,
independientemente del polo del imán permanente que se le ofrezca al hierro
Haciendo referencia a las propiedades magnéticas naturales del hierro (latín =
"ferrum"), un material ferromagnético es uno que magnetiza fácilmente (sus
átomosconstituyentes orientan fácilmente sus giros electrónicos para
conformarse a una fuerza externa del campo magnético). De los dos, los
materiales diamagnéticos son los más extraños. En presencia de un campo

26. magnético externo, en realidad se vuelven ligeramente magnetizados en la
dirección opuesta, para repeler el campo externo.
Si un material ferromagnético tiende a retener su magnetización después de
retirar un campo externo, se dice que tiene buena retención. Esto, por
supuesto, es una cualidad necesaria para un imán permanente.
15. Inductores
Siempre que los electrones fluyan a través de un conductor, un campo
magnético se desarrollará alrededor de ese conductor. Este efecto se llama
electromagnetismo. Los campos tienen dos medidas: una fuerza de campo y
un flujo de campo. La fuerza de campo es la cantidad de "empuje" que un
campo ejerce sobre una cierta distancia. El flujo de campo es la cantidad total,
o efecto, del campo a través del espacio.
Mientras que un flujo de campo eléctrico entre dos conductores permite una
acumulación de carga de electrones libre dentro de dichos conductores, un
flujo de campo magnético permite que una cierta "inercia" se acumule en el
flujo de electrones a través del conductor que produce el campo.
Los inductores son componentes diseñados para aprovechar este fenómeno al
conformar la longitud del alambre conductor en forma de bobina. Esta forma
crea un campo magnético más fuerte que lo que sería producido por un
alambre recto.
Los inductores con núcleos se distinguen a veces por la adición de líneas
paralelas al eje de la bobina. Una versión más nueva del símbolo del inductor
dispensa la forma de la bobina en favor de varias "jorobas" en una fila:
A medida que la corriente eléctrica produce un campo magnético concentrado
alrededor de la bobina, este flujo de campo equivale a un almacenamiento de

27. energía que representa el movimiento cinético de los electrones a través de la
bobina.
Debido a que los inductores almacenan la energía cinética de los electrones en
movimiento en forma de un campo magnético, se comportan muy diferente a
los resistores (que simplemente disipan la energía en forma de calor) en un
circuito. Para almacenar más energía en un inductor, la corriente a través de él
debe ser aumentada. Esto significa que su campo magnético debe aumentar en
fuerza.
Así como la primera Ley de Movimiento de Isaac Newton ( "un objeto en
movimiento tiende a permanecer en movimiento, un objeto en reposo tiende a
permanecer en reposo") describe la tendencia de una masa a oponerse a los
cambios de velocidad, Hipotéticamente, un inductor en cortocircuito mantendrá
una tasa de corriente constante a través de ella sin ayuda externa:
Prácticamente hablando, sin embargo, la capacidad de un inductor de auto
tener la corriente se realiza solamente con alambre superconductor, En esta
condición se dice que el inductor se está cargando, porque hay una cantidad
creciente de energía almacenada en su campo magnético. Observe la polaridad
de la tensión con respecto a la dirección de la corriente
Por el contrario, cuando la corriente a través del inductor es disminuida, baja
un voltaje que ayuda a la dirección del flujo de electrones, actuando como una
fuente de energía. Observe la polaridad de la tensión con respecto a la
dirección de la corriente.

28. Si una fuente de energía eléctrica se aplica repentinamente a un inductor no
magnetizado, el inductor resistirá inicialmente el flujo de electrones dejando
caer el voltaje completo de la fuente. A medida que la corriente comienza a
aumentar, se creará un campo magnético más fuerte y fuerte, absorbiendo
energía de la fuente.
El tipo de material en el que se enrolla el alambre afecta en gran medida la
intensidad del flujo del campo magnético (y por lo tanto la cantidad de energía
almacenada) generada para cualquier cantidad dada de corriente a través de la
bobina. La medida de la capacidad de un inductor para almacenar energía para
una cantidad dada de flujo de corriente se llama inductancia. No es
sorprendente que la inductancia sea también una medida de la intensidad de la
oposición a los cambios de corriente.
16. Constantes de tiempo y L / R
Este capítulo explora la respuesta de condensadores e inductores a cambios
repentinos en la tensión de CC (llamada tensión transitoria), cuando se cablean
en serie con una resistencia. A diferencia de los resistores, que responden
instantáneamente al voltaje aplicado, los condensadores e inductores
reaccionan con el tiempo a medida que absorben y liberan energía.