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Fundamentos de la Electricidad y la Electrónica
- 1. 1 Fundamentos de la Electricidad y la Electrónica Jhoan Sebastián Arias, Juan José Gonzalez, Samuel David León y Laura Sofía Torres Departamento de Tecnología e Informática, Institución Educativa Liceo Departamental Grado 10-1 A12: Tecnología e Informática Guillermo Mondragón 02 de marzo del 2021
- 2. 2 Tabla de Contenido 1. Fundamentos de la Electricidad y la Electrónica 2. 1.1. Transporte de corriente eléctrica……………………………………………………………………3 1.2. Términos básicos………………………………………………………………………………………….4 1.3. La electrónica………………………………………………………………………………………………4 1.4. Resistencias…………………………………………………………………………………………………5 1.5. Resistencias variables……………………………………………………………………………………5 1.6. Condensadores…………………………………………………………………………………………….6 1.7. Diodos……………………………………………………………………………………………………….10 1.8. Transistores……………………………………………………………………………………………….15 1.9. Motores……………………………………………………………………………………………………..17 1.10. Servomotores……………………………………………………………………………………………18 1.11. Relés………………………………………………………………………………………………..………20 3. Mapa conceptual………………………………………………………………………………………………22 4. Conclusiones…………………………………………………………………………………………………...23 5. Blogs del curso…………………………………………………………………………………………………24 6. Evidencias de trabajo…………………………………………………………………………………….....25 7. Referencias……………………………………………………………………………………………………..30
- 3. 3 Fundamentos de la Electricidad y la Electrónica 1.1. Transporte de Corriente Eléctrica El transporte de corriente eléctrica es un proceso por el cual se transfiere la corriente de energía que se produce en las centrales hasta los centros de consumo, mediante cables de alta tensión. Para llevara caboel proceso de transporte de electricidad, es necesariotransformarlos niveles de energía producidos, elevando su nivel de tensión, con el fin de generar menos pérdida de energía posible. Todo este proceso se realiza a través de líneas de transporte a tensiones elevadas, que, junto a las subestaciones eléctricas, conforman la red de transporte. Las líneas de alta tensión están formadas por un elemento conductor que puede ser cobre o aluminio, y por unos elementos de soporte, que son las torres de alta tensión, las cuales, una vez ya reducida su tensión hasta la red de distribución, lleva la corriente eléctrica a largas distancias. Fig. 1. Transmisión de energía eléctrica.
- 4. 4 1.2. Términos Básicos El voltaje El voltaje o tensión, es la diferencia potencial que hay entre dos cuerpos cargados (negativo y positivo). Dicho de otra manera, es la fuerza con la que se mueven los electrones. Se mide en volts o voltios. El amperaje También conocido como corriente o intensidad, es el flujo o la cantidad de electrones que atraviesan un conductor durante un tiempo determinado. Se mide en amperes o amperios. La potencia La Potencia eléctrica es la relación de paso de energía de un flujo por unidad de tiempo, es decir, la cantidad de energía entregada o absorbida por un elemento en un tiempo determinado. Su fórmula es: Potencia igual a Voltaje por Intensidad (P = VI). Se mide en watts o vatios. La resistencia Es la resistencia que presenta cualquier tipo de material al flujo de electrones. Determina que tan conductor es un material, por ejemplo, los metales son buenos conductores, en cambio los plásticos no. Se mide en ohms u ohmios. 1.3 La electrónica ¿Qué es?
- 5. 5 La electrónica es parte de la física y especialización de la ingeniería que estudia sistemas cuyo funcionamiento se basa en la conducción y el control del flujo de los electrones u otras partículas cargadas eléctricamente. Fig. 1.0 Fig. 1.1 ¿Para qué sirve? Los principales usos de los circuitos electrónicos son el control, el procesado, la distribución de información. Prácticamente todos los dispositivos electrónicos que usamos a diario, como computadoras, celulares, relojes digitales, circuitos eléctricos televisores, etc.; tienen su origen en el desarrollo de la electrónica y el mejoramiento en sus mecanismos de conducción y en sus materiales. Componentes básicos 1. resistencias. 2. diodos. 3. condensadores. 4. transistores 5. componentes opto electrónicos. 1.4 Resistencias ¿Qué es la resistencia eléctrica?
- 6. 6 La resistencia eléctrica es aquella resistencia que genera una oposición al flujo de la corriente eléctrica a través de un conductor (conductor eléctrico es aquel que está hecho de un material que genera cierta resistencia al movimiento de la carga eléctrica) en otras palabras la resistencia eléctrica es la fuerza que se opone al flujo de la corriente eléctrica a través de un conductor el cual está hecho de un material que genera cierta resistencia al movimiento de la carga eléctrica.Losconductoreseléctricos están hechosde: cobre, oro,hierro, plata , aluminio, etc. ¿Para qué sirve la resistencia eléctrica? La resistencia eléctrica es aquella que tiene la función de limitar (controlar o regular) el voltaje y la corriente eléctrica. Tipos de resistencias: -Resistencias fijas. -Resistencias variables. Fig. 1 -Resistencias dependientes o variables.
- 7. 7 Fig. 2 Fig. 3 1.5 Resistencias variables. Las resistencias variables pueden variar su valor dentro de un rango limitado. Para ello se le ha añadido un tercer terminal unido a un contacto móvil que puede desplazarse sobre el elemento resistivo proporcionando variaciones en el valor de la resistencia. Este tercer terminal puede tener un desplazamiento angular (giratorio) o longitudinal (deslizante). Según su función en el circuito estas resistencias se denominan: Potenciómetros: se aplican en circuitos donde la variación de resistencia la efectúa el usuario desde el exterior (controles de audio, video, etc.). Trimmers, o resistencias ajustables: se diferencian de las anteriores en que su ajuste es definitivo en el circuito donde van aplicadas. Su acceso está limitado al personal técnico (controles de ganancia, polarización, etc.). Reóstatos: son resistencias variables en las que uno de sus terminales extremos está eléctricamente anulado. Tanto en un potenciómetro como un trimmer, al dejar unos de sus terminales extremos al aire, su comportamiento será el de un reóstato, aunque estos están diseñados para soportar grandes corrientes
- 8. 8 Fig.1.1 1.6. Condensadores ¿Qué es? Un condensador está compuesto por superficies conductoras separadas por un materialdieléctrico (aislante).Cuandosesometenlassuperficies a una diferencia de potencial, una adquiere carga eléctrica positiva, mientras que la otra adquiere carga eléctrica negativa. Fig. 1.0 ¿Para qué sirven? Los condensadores no almacenan carga ni corriente eléctrica, sino simplemente energía mecánica latente, al ser introducido en un circuito, se comporta en la práctica como un elemento "capaz" de almacenar la energía eléctrica que recibe durante el periodo de carga para que luego si tenemos una señal eléctrica donde su voltaje oscila, cuando el voltaje caiga,
- 9. 9 el condensador será el encargado de suministrar el voltaje para mantenerlo constante y estable. Tipos de condensadores Condensador electrolítico: Este tipo de condensador utiliza líquido iónico como una de sus placas. Estos condensadores tienen más capacidad de almacenamiento y son utilizados en circuitos de alta corriente y baja frecuencia. Fig. 1.1 Condensador de poliéster Este tipo de condensador utiliza poliéster sobre el que se deposita aluminio. Esto permite a diferencia de los otros condensadores, absorber variaciones de frecuencias grandes y veloces. Fig. 1.2 Condensadores cerámicos
- 10. 10 En este caso el material aislante es la cerámica. Estos tienen muy poca capacidad de almacenamiento pero son utilizados para frecuencias extremadamente altas. Fig. 1.3 1.7. Diodos. ¿Qué es un diodo? Un diodo es un dispositivo o componente electrónico, el cual tiene como función permitir el paso o flujode la corriente por unsolo sentido, es decir que permiteque la corriente fluya en determinada dirección. Dándonos a entender que si la corriente se encuentra en el sentido contrarioel diodo nova a permitir que la corrientefluya.Generandoqueel diodo tiene 2 posibles posiciones: una posición a favor de la corriente (polarización directa) y otra en contra de la corriente (polarización inversa). Tipos de diodos: Diodo detector o de bajaseñal: estos diodos se empleanpor ejemplo en receptores de audio para separar la componente de alta frecuencia de la componente de baja frecuencia. Fig. 1
- 11. 11 Diodo rectificador: son diodos que tienen las características de rectificar (corregir) una señal. Fig. 2 Diodo Zener: este tipo de diodo es semiconductory se distingue por la capacidadque tiene de mantener un voltaje constante en sus terminales (ánodo y cátodo) cuando estas se encuentran polarizados inversamente, es decir en contra de la corriente. Fig. 3 Diodo varactor: Es un dispositivo semiconductor que actúa como condensador variable controlado por voltaje. Fig. 4
- 12. 12 Diodo emisor de luz: es undiodo quegenera luz alaplicarseundeterminadovoltaje. Fig. 5 Diodo láser: Son Leds que emiten una luz generalmente roja o infrarroja. Este tipo de diodos son muy utilizados en computadoras y sistemas de audio y video para leer discos compactos. Fig. 6 Diodo estabilizador: Está formado por diodos en serie, trabajan en polarización directa y estabilizan tensiones. Fig. 7
- 13. 13 Diodo túnel: son diodos que se caracterizan por tener una zona de agotamiento extremadamente delgada y tener en su curva una región de resistencia negativa donde la corriente disminuye a medida que aumenta el voltaje. Gracias a esto son diodos muy útiles como detectores, amplificadores, osciladores, multiplicadores, interruptores, etc. en aplicaciones de alta frecuencia. Fig. 8 Fig. 9 Diodo pin: Son diodos que se emplean principalmente como resistencias variables por voltaje y son dispositivos desarrollados para trabajar a frecuencias muy elevadas. Fig. 10
- 14. 14 Diodo Backward: Son diodos hechos de germanio que presentan una zona de resistencia negativa parecida a la de los diodos de túnel. Fig. 11 Diodo Schottky: Son diodos que se caracterizan por tener una caída de voltaje directa muy pequeña. Fig. 12 Fotodiodos: Son diodos muy utilizados como sensores de luz en fotografía, sistemas de iluminación, contadores de objetos, sistemas de seguridad, receptores de comunicaciones ópticas, etc. Fig. 13
- 15. 15 1.8 Transistores. El transistor es un dispositivo electrónico semiconductor, lo que significa que es un elemento que se comporta como un conductor o como un aislante. Los transistores son utilizados para entregar una señal de salida en respuesta a una señal de entrada. Los transistores son semiconductores muy utilizados en circuitos, además de que se les encuentra en aparatos electrónicos de uso diario como: radios, televisores, grabadoras, lavadoras, etc. Tipos de transistores: Transistor de contacto puntual: fueinventadoen1947 porJohnBardeeny Walter Brattain. Es un transistor que consta de una base de germanio (elemento químico) y difícil de fabricar debido a que las puntas se ajustaban a mano, también era frágil y ruidoso. Fig. 1 Transistor de unión bipolar: es un transistor que se fabrica sobre un mono cristal de material semiconductor como el germanio, el silicio, cuyas cualidades son intermedias entre las de un conductor eléctrico y las de un aislante.
- 16. 16 Fig. 2 Transistor de efecto de campo: Es unsemiconductorformadoportres terminales, denominados; puerta (representada por la G) , drenador (D) y fuente (S). El funcionamiento de estos terminales tiene que ver con que el voltaje entre la puerta y la fuente controla la corriente que circula en el drenaje. El uso común de este tipo de transistor es como amplificador y muy comúnen amplificadores de audio. Fig. 3 Fototransistor: es un transistor sensible a la luz, incluso el fototransistor es más sensible que el fotodiodo debido al efecto de ganancia (magnitud que expresa la relación entre la amplitud de una señal de salida respecto a la señal de entrada). Los fototransistores se han utilizado en lectores de cinta, tarjetas perforadas, lápices ópticos, etc.
- 17. 17 Fig. 4 1.9 Motores ¿Qué es? Un motor es la parte sistemática de una máquina capaz de hacer funcionar el sistema, transformando algún tipo de energía (eléctrica, de combustibles fósiles, etc.), en energía mecánica capaz de realizar un trabajo. En los automóviles este efecto es una fuerza que produce el movimiento. Tipos de motores Motores gasolina Los motores de gasolina, también conocidos como motores a cuatro tiempos, son aquellos que funcionan con una base termodinámica que se encarga de convertir la energía química de la ignición, provocada porla mezcla del airey el combustible,en energía mecánica. De esta manera, el vehículo obtiene la energía necesaria para realizar sus movimientos. Fig. 1.0 Motores diésel
- 18. 18 Por lo general, los motores diésel son principalmente empleados en medios de transporte que requieren una dosis extra de potencia y que están pensados para una mayor carga diaria de trabajo, como vehículos industriales, de carga, maquinaria, medios aeronáuticos, etc. Fig. 1.2 Motores eléctricos Los motores es un dispositivo que convierte la energía eléctrica en energía mecánica de rotación por medio de la acción de los campos magnéticos generados en sus bobinas. Son máquinas eléctricas rotativas compuestas por un estator y un rotor. Se pueden encontrar en trenes, máquinas de procesos industriales y en los relojes eléctricos; algunos de uso general tienen proporciones estandarizadas, lo que ayuda a mejorar la selección de acuerdo a la potencia que se desea alcanzar para el dispositivo en el que se incluirá. Fig. 1.3 1.10 Servos motores.
- 19. 19 ¿Qué son? También se denominan servos, que son mecanismos de accionamiento que se utilizan para controlar con precisión la velocidad, el par motor y la posición. En comparación con los variadores que utilizan convertidores de frecuencia, tienen una mejor productividad y precisión, porque no nos proporcionan control de posición y el efecto no es bueno a bajas velocidades. Un servomotor, es aquel que contiene en su interior un esconder, conocido como decodificador, que convierte el movimiento mecánico (giros del eje) en pulsos digitales interpretados por un determinado movimiento. También es utilizado un driver, que en grupo forman un circuito para comandar posición, torque y velocidad. Tipos de servomotores: Servomotores de corriente continua: Los más comunes y asequibles, pero no por ello los más utilizados en todos los campos. Su funcionamiento deriva de utilizar un motor de corriente continua de pequeño tamaño. Este servomotor se controla por modulación por ancho de pulso (PWM). Servomotores de corriente alterna: La pieza central, el motor, es de CA. Se les puede utilizar con corrientes más potentes y que su utilidad cambie por la de mover grandes fuerzas. Servomotores brushless o de imanes permanentes: Brushless, significa «sin escobillas» en inglés, y de ahí que sea otro tipo diferente. Se utilizan para grandes torques o fuerzas y para altas velocidades. Son los más usados en la industria. Están basados en los motores síncronos Motor paso a paso: Especialmente indicado para el campo de la robótica. El motor eléctrico que lo compone tiene una discrepancia con respecto al resto. No gira, sino que avanza un«paso». De ahí su nombre. Se mueven por número de grados y no haciendo
- 20. 20 rotaciones completas. Cada determinado número de grados es un paso y se mueven por pulsos de corriente que se le aplican. Fig. 1.0 Partes de un servomotor Un servomotor lo compone: Un motor eléctrico: Que es el encargado de generar el movimiento a través de su eje. Un sistema de control: Este sistema permite controlar el movimiento del motor mediante el envío de pulsos eléctricos. Un sistema de regulación: Está formado por engranajes por los cuales puede aumentar la velocidad y el par o disminuirlas. Un potenciómetro: Se encuentra conectado al eje central y permite en todo momento saber el ángulo en el que se encuentra el eje del motor. 1.11 Relés ¿Qué son?
- 21. 21 Los relés son dispositivos electromagnéticos, funcionan como interruptor abriendo y cerrando el paso de la corriente eléctrica. Los relés permiten abrir o cerrar contactos (componente del circuito eléctrico que se encuentra en interruptores eléctricos y relés) mediante un electroimán. Debido a esto también se les llama relés electromagnéticos o relevadores. Funcionamiento: El electroimán hace girar la armadura verticalmente, ocasionando el cambio de estado de los contactos. Si la bobina de un relé se energiza el contacto normal abierto se cerrará y el contacto normal cerrado se abrirá. Fig. 1 2. Mapa Conceptual
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- 23. 23 3. Conclusión. En relación a lo expuesto podemos concluir que la electricidad y la electrónica son temas muy parecidos con los que interactuamos en nuestra vida cotidiana tal es como el funcionamiento de los aparatos electrónicos (computadores, celulares, etc.) ese justo momento interfiere la electrónica, ya que esta funciona por el medio de flujo de los electrones o partículas de cargas rápida. Estos temasde la electricidad y la electrónica interfieren ennuestra día a día desde que nos despertamos, conel simple hecho de saber quenuestro hogarestá conectadoenla mayoría de las partes a la electricidad y debemos saber que las resistencias interactúan en nuestro hogar, en la forma de dejar pasar la electricidad suficiente para el consumo personal, esa es
- 24. 24 su principal función, luego de despertarnos lo que varias personas hacen es el simple hecho de encender la Tv es un mecanismo eléctrico, lo que se observa a simple vista pero que pasa si nos centramos en el control remoto este contiene unas baterías las cuales conllevan condensadores y como fue mencionado anteriormente un condensador es un componente eléctrico, utilizado en los circuitos eléctricos y electrónicos, que tiene la capacidad de almacenar energía eléctrica mediante un campo eléctrico. Algunos individuos al pasar tiempo con su familia colocan la radio algo muy normal, pero si miramos más detenidamente cómo funciona nos daremos cuenta que este trabaja por medio de transistores, y debemos saber que son, los transistores son un dispositivo electrónico semiconductor, lo que significa que es un elemento que se comporta como un conductor o un aislante estos son utilizados para entregar una señal de salida en respuesta a una señal de entrada,luegode estar contu familia tienes queirte a casa entu automóvilal examinarelcarro nos damos cuenta que el automóvil no funciona sin su respectivo motor ya sea eléctrico o cualquier otro, el motor funciona de la manera que es la parte sistemática de una máquina capaz de hacer funcionar el sistema, transformando algún tipo de energía (eléctrica, de combustibles fósiles, etc.), en energía mecánica capaz de realizar un trabajo. Luego de mencionar esto podemos finalmente concluir que la electricidad y la electrónica es vital para la vida humana ya que sin ella no existiría infinidad de tecnología y hallazgos que se han dado a lo largo de la historia y que han cambiado esta misma. 4. Blogs del curso. https://tecnosleon.blogspot.com/p/periodo-1-2021.html https://tecnosleon.blogspot.com/ https://ariasvance.blogspot.com/p/periodo-1-2020.html https://tecnofutuo.blogspot.com/p/periodo-1-2020.html https://laurasofiatic.blogspot.com/
- 25. 25 5. Evidencias de trabajo.
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