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Curso: 4to 4ta
Prof. Domínguez
Tecnología electrónica
Contenidos mínimos
Al principio del módulo se encuentran diversas tablas y conceptos que se
utilizarán durante el desarrollo de la materia.
1
PREFIJOS
2
El calibre de alambre estadounidense (CAE, en inglés AWG - American Wire Gauge) es una referencia de
clasificación de diámetros. En muchos sitios de Internet y también en libros y manuales, especialmente de origen
norteamericano, es común encontrar la medida de conductores eléctricos (cables o alambres) indicados con la
referencia AWG. Cuanto más alto es este número, más delgado es el alambre.
Notación científica
La notación científica es un recurso matemático empleado para representar en forma concisa números muy
grandes o muy pequeños. Para hacerlo se usan potencias de diez.
Para expresar un número en notación científica identificamos la coma decimal (si la hay) y la desplazamos hacia
la izquierda si el número a convertir es mayor que 10, en cambio, si el número es menor que 1 (empieza con cero
coma) la desplazamos hacia la derecha tantos lugares como sea necesario para que (en ambos casos) el único
dígito que quede a la izquierda de la coma esté entre 1 y 9 y que todos los otros dígitos aparezcan a la derecha
de la coma decimal.
Ejemplos:
732,5051 = 7,325051 • 102
(movimos la coma decimal 2 lugares hacia la izquierda)
−0,005612 = −5,612 • 10−3
(movimos la coma decimal 3 lugares hacia la derecha).
Nótese que la cantidad de lugares que movimos la coma (ya sea a izquierda o derecha) nos indica el exponente
que tendrá la base 10 (si la coma la movemos dos lugares el exponente es 2, si lo hacemos por 3 lugares, el
exponente es 3, y así sucesivamente.
Siempre que movemos la coma decimal hacia la izquierda el exponente de la potencia de 10 será positivo.
Siempre que movemos la coma decimal hacia la derecha el exponente de la potencia de 10 será negativo.
3
Resistividad específica
Resistividad específica – Coeficiente térmico
Permitividad relativa
4
¿Qué es la tecnología?
La tecnología es una actividad destinada a la solución de problemas prácticos, es decir, la tecnología es
una respuesta a las necesidades de las personas.
“La Tecnología es una actividad que realizan las personas para satisfacer sus necesidades, elaborando
productos tecnológicos”
 La Tecnología es una actividad, no un producto. Es decir, es un conjunto de procedimientos que da
como resultado un producto.
 La Tecnología sirve para satisfacer las necesidades del hombre, y por lo tanto existe desde que el
hombre tiene necesidades, es decir, desde siempre.
Una necesidad es una carencia, la falta de algo.
 Las necesidades vitales, como indica la palabra, son aquellas esenciales o imprescindibles para la
subsistencia, para vivir (agua, aire, vestimenta, vivienda).
 Las necesidades no vitales o secundarias, son aquellas esenciales para el espíritu, para mejorar la
calidad de vida, pero que no comprometen la subsistencia (transporte, educación, electricidad, confort,
recreación).
Los productos tecnológicos son el resultado de la actividad tecnológica.
 Los Bienes son objetos materiales tangibles, es decir, se pueden tocar. Tienen la característica que
primero se producen y luego se usan (silla, celular, corcho).
 Los Servicios son acciones o prestaciones inmateriales que se brindan para satisfacer una necesidad.
Son intangibles, es decir, no se pueden tocar. Tienen la característica que se producen y se usan al
mismo tiempo (transporte, educación, atención médica, suministro de electricidad).
Ciencia, técnica y tecnología
Vamos a decir que la Ciencia es un conjunto de conocimientos aceptados como verdaderos.
Técnica es un procedimiento, una serie de pasos que realiza una persona con un objetivo determinado.
La Tecnología es una actividad que une estos dos conceptos. A la hora de la realización de productos para
satisfacer alguna necesidad, la Tecnología utiliza los conocimientos provenientes de la Ciencia, y los
procedimientos (pasos a seguir) de la Técnica.
5
MATERIALES
La palabra material la usamos para muchas cosas. Pensemos (materiales para la construcción, lista de
materiales para el jardín, objetos materiales, etc.). Pero, ¿Qué es un material?
Los materiales son sustancias que puede utilizar el hombre para elaborar productos. Estos materiales pueden ser:
naturales, cuando provienen de la naturaleza (como el trigo, la lana, la madera, etc.) o artificiales, cuando son
elaborados por el hombre (el plástico, el vidrio, el papel, etc.)
Los materiales que se utilizan para fabricar otros productos se denominan Materia Prima. Y al resultado
del proceso de fabricación se lo llama Producto Elaborado.
Materia Prima ------------> Proceso de elaboración ------------> Producto Elaborado
Por ejemplo:
Harina ------------> Fabricación de Pan ------------> Pan
Existen algunos materiales que son materia prima para un proceso y producto elaborado para otro proceso
distinto. Por ejemplo:
La Madera, que es un producto elaborado en un aserradero, y es materia prima en una carpintería.
Arbol ------------> Aserradero ------------> Madera
Madera ------------> Carpintería------------> Silla
Existen muchas formas de clasificar los materiales, de acuerdo a su procedencia, su uso, sus
propiedades, etc. La clasificación que veremos a continuación concentra a los materiales en tres grandes grupos:
metales, polímeros y cerámicos.
Metales
Los metales son materiales de enorme interés. Se usan mucho en la industria, pues sus excelentes
propiedades de resistencia y conductividad son de gran utilidad en la construcción de máquinas, estructuras,
mecanismos, circuitos y herramientas.
Algunos metales se emplean en estado casi puro (cobre, oro, plata, etc.), pero la mayoría se combinan
entre sí o con otros elementos, formando aleaciones para ampliar y mejorar sus propiedades.
Las aleaciones se emplean porque muchas veces un determinado metal en estado puro puede no ser adecuado
para lo que deseamos construir. Por ejemplo, podría interesarnos que fuera más duro, o más resistente a la
corrosión, o más ligero, o mejor conductor. Las aleaciones de mayor uso industrial son las del hierro; algunas de
ellas son las fundiciones y los aceros.
Existen muchas formas de clasificar los metales, aunque podemos señalar dos grandes grupos:
los férricos y los no férricos.
Metales férricos: a este grupo pertenece el hierro y sus derivados: el acero y la fundición.
Metales no férricos: son materiales metálicos que no contienen hierro o que lo contienen en muy pequeñas
cantidades. Dentro de estos metales podemos nombrar el aluminio, el oro, el cobre, la plata, el bronce, el plomo,
etc.
Polímeros
Básicamente, los polímeros que más utilizamos (aunque no con ese nombre), son las maderas y
los plásticos. Pero, para entender mejor el tema, vamos a dividir los polímeros en dos
grupos: naturales y sintéticos.
Polímeros naturales: los polímeros naturales pueden ser maderas o fibras naturales.
A las maderas las podemos dividir en maderas duras (como el roble o el nogal) o en maderas blandas (como el
pino o el alerce).
Las fibras naturales pueden ser de origen vegetal o animal. Dentro de las fibras vegetales podemos
nombrar el algodón, formado por fibras de celulosas. La celulosa se encuentra en la madera y en los tallos de
muchas plantas, y se emplea para hacer telas y papel. El hule de los árboles de hevea y de los arbustos de
Guayule, son también fibras naturales importantes.
La seda y la lana son ejemplos de fibras animales.
6
Polímeros sintéticos: la mayor parte de los polímeros que usamos en nuestra vida diaria son materiales sintéticos
con propiedades y aplicaciones variadas. Y el polímero sintético que más utilizamos es el plástico, en cualquiera
de sus variedades. La materia prima de donde se obtiene el plástico es el petróleo.
La clasificación más habitual de los polímeros se realiza según su comportamiento. Así pues, los
polímeros pueden ser de tres tipos: termoplásticos, termoestables y elastómeros.
Termoplásticos
Se caracterizan porque se ablandan con el calor y se pueden moldear para darle una gran variedad de
formas, sabiendo que al enfriarse volverá a endurecerse manteniendo sus características iniciales. Este proceso
de ablandamiento y endurecimiento puede volverse a repetir cuantas veces se quiera sin que el material modifique
su aspecto o sus propiedades. EJEMPLOS:
 Polietileno
 Polipropileno
 PVC (Cloruro de Polivinilo)
 Acrílicos
 Nylon
Termoestables
Al calentarlos por primera vez, estos polímeros se ablandan y se les puede dar forma bajo presión. Debido
al calor comienza una reacción química en la que las moléculas se enlazan permanentemente. Esto se conoce
como degradación. Consecuencia: el polímero se hace rígido permanentemente y si se calienta no se ablandará,
si no que se romperá. EJEMPLOS:
 Baquelita (Resinas fenólicas)
 Melamina
 Poliéster
Elastómeros
Son sustancias dotadas de gran elasticidad, que les permite estirarse cuando se les aplica una fuerza de
tracción, y que cuando cesa, recobran su forma inicial. EJEMPLOS:
 medias de lycra
 cubiertas de autos (caucho)
 elásticos en general
Cerámicos
Son materiales ampliamente usados en la industria: (ladrillo, alfarería, losetas y porcelana), incluyendo el
concreto, pues sus componentes son cerámicos. Su importancia se basa en la abundancia en la naturaleza y
sus propiedades físicas y mecánicas, diferentes a las de los metales.
Cuando se amasa tierra y agua, se forma una masa plástica que se puede moldear con facilidad: el barro.
Luego, si se lo deja secar y se lo cocina a altas temperaturas, se transforma en un material duro, frágil y aislante
del calor, la terracota. Esta particularidad es característica de ciertos minerales, tales como los distintos tipos de
arcillas (caolín, porcelanita, figulina, pizarrosa) y la arena, que permite obtener diversos materiales (terracota,
porcelana, loza, vidrio, cemento) muy empleados en la fabricación de objetos de uso cotidiano.
Productos usuales de la cerámica tradicional son:
Cerámicas de mesa, pavimentos y revestimiento
Sanitarios
Refractarios
Porcelanas (aislantes, decorativas)
7
MATERIALES CONDUCTORES Y AISLANTES
Se caracterizan por el movimiento de los electrones libres en sus átomos.
Los electrones libres son electrones que han sido expulsados de su órbita y están libres para moverse entre los
átomos del material.
CONDUCTORES
Son aquellos materiales o elementos que permiten que los atraviese rápidamente un flujo de cargas en
movimiento. Tienen un gran número de electrones libres que pueden pasar de un átomo a otro cuando se aplica
una diferencia de potencial entre los extremos del conductor. Su órbita exterior contiene menos de la mitad del
número total posible de electrones.
Conductores de primera clase: carbón y elementos metálicos
La corriente tiene lugar por desplazamiento de electrones. Ceden fácilmente los electrones de la órbita más
alejada del núcleo.
Ejemplos
 Plata. Costo elevado. Cantidades limitadas disponibles. Se emplea para revestir los contactos eléctricos
de algunos relés diseñados para interrumpir corrientes elevadas.
 Oro. Costo elevado. Se emplea para unir los contactos de los chips de CI y P a los contactos que los
unen con las patillas exteriores.
 Aluminio. Se emplea para fabricar cables gruesos, sin revestimiento, generalmente ubicados a la
intemperie. (Torres metálicas de alta tensión).
 Cobre. Puede utilizarse en forma de un hilo de alambre o estar formado por varios hilos delgados. En
ambos casos se utiliza un revestimiento de PVC (cloruro de polivinilo).
Conductores de segunda clase: electrolitos y gases enrarecidos.
Determinadas sustancias disueltas en agua sufren disociación. En este caso la corriente tiene lugar por
desplazamiento de iones.
AISLANTES
Tienen pocos electrones convertibles en electrones libres. Los electrones están unidos al núcleo y es difícil
arrancarlos del átomo. Poseen una conductividad eléctrica muy pequeña (alta resistividad).
Tienen la función de evitar el contacto entre diferentes partes conductoras (aislamiento de la instalación) y
proteger a las personas frente a las tensiones eléctricas (aislamiento de protección).
Los materiales aislantes de uso común son todos compuestos. No existen elementos naturales que puedan ser
usados como aislantes en electricidad.
Ejemplos
 Porcelana. En las torres de distribución eléctrica, soporta los cables y evita que la corriente pase a la
estructura metálica de la mismas.
 Mica, baquelita, ebonita, cerámica, papel, vidrio, goma, plástico.
Se caracterizan por su elevada rigidez dieléctrica, es decir, su aptitud para soportar corrientes elevadas.
Para separar algunos electrones del átomo se requiere una diferencia de potencial relativamente alta. Siempre que
un material aislante es obligado a conducir una corriente eléctrica, se dice que hay ruptura de la aislación.
8
CONDUCTORES DE LA CORRIENTE ELÉCTRICA
Conductores son todos aquellos materiales o elementos que permiten que los atraviese el flujo de la corriente o de
cargas eléctricas en movimiento. Si establecemos la analogía con una tubería que contenga líquido, el conductor sería la
tubería y el líquido el medio que permite el movimiento de las cargas.
Cuando se aplica una diferencia de potencial a los extremos de un trozo de metal, se establece de inmediato un flujo de
corriente, pues los electrones o cargas eléctricas de los átomos que forman las moléculas del metal, comienzan a
moverse de inmediato empujados por la presión que sobre ellos ejerce la tensión o voltaje.
Esa presión procedente de una fuente de fuerza electromotriz (FEM) cualquiera (batería, generador, etc.) es la que hace
posible que se establezca un flujo de corriente eléctrica a través del metal.
BUENOS Y MALOS CONDUCTORES DE LA CORRIENTE ELÉCTRICA
Los mejores conductores de la corriente eléctrica son los metales, porque ceden más fácil que otros materiales los
electrones que giran en la última órbita de sus átomos (la más alejada del núcleo). Sin embargo, no todos los metales
son buenos conductores, pues existen otros que, por el contrario, ofrecen gran resistencia al paso de la corriente y por
ello se emplean como resistencia eléctrica para producir calor. Un ejemplo de un metal que se comporta de esa forma es
el alambre nicromo (NiCr).
El más utilizado de todos los metales en cualquier tipo de circuito eléctrico es el cobre (Cu), por ser relativamente barato
y buen conductor de la electricidad, al igual que el aluminio (Al). Sin embargo, los mejores metales conductores son el
oro (Au) y la plata (Ag), aunque ambos se utilizan muy limitadamente por su alto costo.
El oro se emplea en forma de hilo muy fino para unir los contactos de los chips de circuitos integrados y
microprocesadores a los contactos que los unen con las patillas exteriores de esos elementos electrónicos, mientras que
la plata se utiliza para revestir los contactos eléctricos de algunos tipos de relés diseñados para interrumpir el flujo de
grandes cargas de corriente en amper.
El aluminio, por su parte, se emplea para fabricar cables gruesos, sin forro. Este tipo de cable se coloca, generalmente,
a la intemperie, colgado de grandes aislantes de porcelana situados en la parte más alta de las torres metálicas
destinadas a la distribución de corriente eléctrica de alta tensión.
La mayoría de los conductores que emplean los diferentes dispositivos o aparatos eléctricos poseen un solo hilo de
alambre de cobre sólido, o también pueden estar formado por varios hilos más finos, igualmente de cobre. Ambos tipos
de conductores se encuentran revestidos con un material aislante, generalmente PVC (cloruro de polivinilo). Mientras
mayor sea el área transversal o grosor que tenga un conductor, mejor soportará el paso de la corriente eléctrica, sin
llegar a calentarse en exceso o quemarse.
MATERIALES SEMICONDUCTORES Y AISLANTES
Existen también otros elementos denominados metaloides, que actúan como semiconductores de la corriente eléctrica.
Entre esos elementos o materiales se encuentran el silicio (Si), el galio (Ga) y el germanio (Ge).
Los átomos de esos elementos son menos propensos a ceder electrones cuando los atraviesa una corriente eléctrica y
su característica principal es dejarla pasar en un solo sentido e impedirlo en sentido contrario.
El cristal de silicio es el elemento más utilizado en la actualidad como material semiconductor para fabricar diodos,
transistores, circuitos integrados y los microprocesadores que utilizan los ordenadores o computadoras personales, así
como otros dispositivos digitales.
Por último están los materiales aislantes, cuyos átomos ni ceden ni captan electrones. Entre esos materiales se
encuentran el plástico, la mica, el vidrio, la goma, la cerámica, etc. Todos esos materiales y otros similares con iguales
propiedades, oponen total resistencia al paso de la corriente eléctrica. Si establecemos de nuevo una analogía con un
líquido que circule a través del circuito hidráulico de una tubería, como se hizo al principio de este tema con los
conductores, el aislador sería el equivalente al mismo tubo del circuito hidráulico, pero en este caso conteniendo líquido
congelado, lo cual obstruiría por completo el movimiento de los átomos del líquido a través de la tubería. Esto sería algo
similar a lo que ocurre con las cargas eléctricas cuando tropiezan con un material aislante que le interrumpe el paso en
un circuito eléctrico.
Esa es, precisamente, la función de los aisladores que vemos colgando de las torres de distribución eléctrica, para
soportar los cables y evitar que la corriente pase a la estructura metálica o de cemento de la torre.
José Antonio E. García Álvarez
9
SEMICONDUCTORES
Un semiconductor es un material capaz de conducir la electricidad mejor que un aislante, pero peor que un metal.
La conductividad eléctrica, que es la capacidad de conducir la corriente eléctrica cuando se aplica una diferencia
de potencial, es una de las propiedades físicas más importantes. Ciertos metales, como el cobre, la plata y el
aluminio son excelentes conductores. Por otro lado, ciertos aislantes como el diamante o el vidrio son muy malos
conductores. A temperaturas muy bajas, los semiconductores puros se comportan como aislantes. Sometidos a
altas temperaturas, mezclados con impurezas o en presencia de luz, la conductividad de los semiconductores
puede aumentar y llegar a alcanzar niveles cercanos a los de los metales. Las propiedades de los
semiconductores se estudian en la física del estado sólido.
Electrones de conducción y huecos
Entre los semiconductores comunes se encuentran elementos químicos y compuestos, como el silicio, el
germanio, el selenio, el arseniuro de galio, el seleniuro de cinc y el telurio de plomo. El incremento de la
conductividad provocado por los cambios de temperatura, la luz o las impurezas se debe al aumento del número
de electrones conductores que transportan la corriente eléctrica. En un semiconductor característico o puro como
el silicio, los electrones de valencia (o electrones exteriores) de un átomo están emparejados y son compartidos
por otros átomos para formar un enlace covalente que mantiene al cristal unido. Estos electrones de valencia no
están libres para transportar corriente eléctrica. Para producir electrones de conducción, se utiliza la luz o la
temperatura, que excita los electrones de valencia y provoca su liberación de los enlaces, de manera que pueden
transmitir la corriente. Las deficiencias o huecos que quedan contribuyen al flujo de la electricidad (se dice que
estos huecos transportan carga positiva). Este es el origen físico del incremento de la conductividad eléctrica de
los semiconductores a causa de la temperatura.
Dopaje
Otro método para obtener electrones para el transporte de electricidad consiste en añadir impurezas al
semiconductor o doparlo. La diferencia del número de electrones de valencia entre el material dopante (tanto si
acepta como si confiere electrones) y el material receptor hace que crezca el número de electrones de conducción
negativos (tipo n) o positivos (tipo p). Este concepto se ilustra en el diagrama adjunto, que muestra un cristal de
silicio dopado. Cada átomo de silicio tiene cuatro electrones de valencia (representados mediante puntos). Se
requieren dos para formar el enlace covalente. En el silicio tipo n, un átomo como el del fósforo (P), con cinco
electrones de valencia, reemplaza al silicio y proporciona electrones adicionales. En el silicio tipo p, los átomos de
tres electrones de valencia como el aluminio (Al) provocan una deficiencia de electrones o huecos que se
comportan como electrones positivos. Los electrones o los huecos pueden conducir la electricidad.
Cuando ciertas capas de semiconductores tipo p y tipo n son adyacentes,forman un diodo de semiconductor, y la
región de contacto se llama unión pn. Un diodo es un dispositivo de dos terminales que tiene una gran resistencia
al paso de la corriente eléctrica en una dirección y una baja resistencia en la otra. Algunas series de estas
uniones se usan para hacer transistores y otros dispositivos semiconductores.
Los dispositivos semiconductores tienen muchas aplicaciones en la ingeniería eléctrica. Los últimos avances de la
ingeniería han producido pequeños chips semiconductores que contienen cientos de miles de transistores. Estos
chips han hecho posible un enorme grado de miniaturización en los dispositivos electrónicos.
10
11
12
13
Resistores
Puede entenderse a la resistencia como cualquier fuerza que impida o tienda a retrasar el movimiento de
un cuerpo. Provoca la pérdida de cierta cantidad de trabajo que se disipa en forma de calor.
La resistencia ofrecida al paso de la corriente depende del tipo de material.
Cuando se aplica una tensión constante a varias muestras de conductores de distintas dimensiones pero
del mismo material, cada muestra tiene un flujo de corriente diferente.
Se puede calcular la resistencia del conductor por medio de la siguiente expresión:
siendo:
R = resistencia de la muestra medida en Ω (ohm)
ρ= resistividad específica (valor constante dependiente de la estructura molecular de la muestra (Ω.mm2
/m)
l = longitud de la muestra (m)
s= sección transversal de la muestra (mm2
)
Conductividad: es la capacidad de un material de dejar pasar una corriente eléctrica.
La conductancia es la medida de la conductividad y se define como la reciproca de la resistencia.
G = r. s / l (mho)
siendo r= 1/ρ.
Variación de la resistencia con la temperatura.
La resistencia específica aumenta en casi todas las sustancias al aumentar la temperatura.
Llamamos:
Rtf resistencia a temperatura final
Rt0 resistencia a temperatura inicial
tf temperatura final
t0 temperatura inicial
α es el coeficiente de aumento de la resistencia con la temperatura (coeficiente térmico), que está expresado en
1/ºC (tabla en la parte inferior)
El valor de la resistencia a la temperatura final se obtiene a partir de la siguiente expresión:
14
METAL 
Plata 0.0035
Cobre 0.0040
Hierro 0.0066
Volframio 0.0045
Platino 0.0032
Mercurio 0.0090
Niquelina 0.0003
Constatan 0.000005
Nicromo 0.0016
Manganina 0.00005
R =  . l / s
Rtf = Rt0 [1+.(tf - t0)]
Resistencias: Código internacional de colores
COLOR NÚMERO FACTOR MULTIPLICACIÓN TOLERANCIA
NEGRO 0 x 1
MARRÓN 1 x 10 1 %
ROJO 2 x 100 2%
NARANJA 3 x 1000
AMARILLO 4 x 10000
VERDE 5 x 100000
AZUL 6 x 1000000
VIOLETA 7 -
GRIS 8 -
BLANCO 9 -
ORO - x 0,1 5%
PLATA - x 0,01 10%
SIN COLOR - - 20%
Para obtener el valor de una resistencia hay que hacer lo siguiente:
- Se miran los dos colores de los anillos más cercanos al extremo. El primer color será el primer número y el
segundo el segundo número.
- Se mira el siguiente color. Este tercer color me dirá el factor de multiplicación, es decir el número de ceros que
tengo que poner detrás de los dos números anteriores.
- Se mira el último color. Es el que me indica la tolerancia, que es el porcentaje de variación máximo por encima o
por debajo que puede tener el valor de la resistencia.
Ejemplo: una resistencia marcada marrón verde rojo oro
1500Ω ± 5%(75Ω)
Puede valer entre 1425Ω y 1575Ω.
Nota: El valor 1500Ω, se suele poner como 1,5 kΩ. Para las resistencias se suelen utilizar los múltiplos kilo
( 1kΩ = 1.000Ω ) y Mega ( 1MΩ = 1.000.000Ω ). También se suele colocar la letra K o M en lugar de la coma
para facilitar la lectura, así se pondrá 1K5 para indicar 1,5 kΩ.
15
Capacitores
Un capacitor está formado por dos elementos conductores separados por un aislador (que
puede ser aire, vacío, cerámica, etc.). Comúnmente estos conductores son planos (placas),
aunque pueden tener otras formas.
Si se aplica una diferencia de potencial entre ambas placas, se carga cada una con cargas de
signos opuestos (positivas en una y negativas en otra) apareciendo un campo eléctrico que
almacena energía.
La capacidad es una característica que depende de la geometría y de los materiales con los que
está hecho el capacitor y no depende de la diferencia de potencial aplicada al momento de
cargarlo. Variando la diferencia de potencial al momento de cargarlo, lo que cambia es la
cantidad de carga almacenada en el capacitor (Q) pero no la capacidad (C) que permanece
constante.
La capacidad se mide en una unidad llamada faradio o faraday. Debido a que un faradio es una
unidad grande, se suelen usar submúltiplos del mismo como el microfaradio, picofaradio, etc.
1 pF = 1 ·10-12
F
1 nF = 1 ·10-9
F
1 µF = 1 ·10-6
F
Para calcular la cantidad de carga que almacena un capacitor de capacidad C se utiliza la
expresión:
Q = Carga [C]
C = Capacidad [F]
V = Diferencia de potencial aplicada [V]
Las unidades son:
A mayor diferencia de potencial aplicada y con la misma capacidad, el capacitor almacena una
mayor cantidad de carga (Q).
Capacidad de un capacitor
La capacidad, como se mencionó, no depende de la tensión aplicada durante la carga sino de
las propiedades físicas del capacitor.
Para calcular la capacidad de un capacitor plano, utilizando vacío como elemento dieléctrico, se
utiliza la siguiente expresión:
C = Capacidad [F]
S = Superficie enfrentada [m2]
d = Separación de las placas [m]
La capacidad es proporcional al área e inversamente proporcional a la distancia de separación
entre las placas.
Ejemplo
Calcular la capacidad de un capacitor formado por dos placas paralelas de 950 cm² de
superficie, con un dieléctrico de mica de 1 mm de espesor.
Dato: constante dieléctrica de la mica = 5,4.
Extracto de trabajo de Eden Rodríguez
Asociación de capacitores en serie y paralelo
La capacidad combinada (C) de condensadores conectados en serie es:
1/C = 1/C1 +1/ C2+ 1/C3 + ...
De la expresión anterior se obtiene el valor de C (se puede usar la función x-1
de la
calculadora)
La capacidad combinada (C) de condensadores conectados en paralelo es:
C = C1 + C2 + C3 + …
Las ecuaciones son del mismo tipo que las usadas para calcular resistencias en serie y paralelo pero
la que se usaba para serie ahora es paralelo y viceversa.
18
Inductores
Un inductor (bobina, solenoide) es un componente eléctrico que induce un campo
magnético cuando es atravesado por una corriente. Almacena energía en forma de
campo magnético por un fenómeno llamado autoinduccción. El sentido de flujo del
campo magnético es el que establece la ley de la mano derecha.
👉🏻 https://youtu.be/QszH-uj8BzQ 👈🏻
El campo magnético circula por el centro del mismo y cierra su camino por su parte
exterior.
El símbolo de una bobina se muestra en el gráfico:
La bobina o inductor es un elemento que reacciona contra los cambios en la
corriente a través de él, generando un voltaje que se opone al voltaje aplicado y es
proporcional al cambio de la corriente.
Debido a que los inductores se oponen a los cambios bruscos de la corriente que
circula por ellos, las fluctuaciones de corriente se pueden controlar y evitar que un
cambio brusco en la intensidad de la corriente ocasione un desperfecto. Otros usos
de los inductores son como filtro o en circuitos osciladores.
La inductancia mide el valor de oposición de la bobina al paso de la corriente y se
mide en Henrios [H].
Una bobina se elabora enrollando alambre conductor en círculos formando un
helicoide. Para evitar que el alambre enrollado entre en contacto consigo mismo se
emplea alambre esmaltado. Cada vuelta que efectúa el alambre se llama espira.
El valor de la inductancia depende de:
• Número de espiras (a más vueltas, mayor inductancia).
• Diámetro de las espiras (a mayor diámetro, mayor inductancia).
• Longitud del alambre.
• Tipo de material del núcleo (en caso de tenerlo).
Asociación de inductores
El cálculo del inductor o bobina equivalente (LT) de bobinas en serie es similar al
método de cálculo del equivalente de resistencias en serie, solo es necesario
sumarlas.
LT = L1 + L2 + L3 + … LN
El cálculo del inductor equivalente de varias bobinas en paralelo es similar al cálculo
que se hace cuando se obtiene la resistencia equivalente de varias resistencias en
paralelo.
1/LT = 1/L1 + 1/L2 + 1/L3 + … 1/LN
Propiedades de los metales
Los metales son materiales de enorme interés. Se usan muchísimo en la industria, pues sus excelentes
propiedades de resistencia y conductividad son de gran utilidad en la construcción de máquinas, estructuras,
mecanismos, circuitos y herramientas.
¿Quieres conocer algunas de las propiedades más importantes de estos materiales? Aquí tienes algunas de ellas:
• Tienen un brillo muy característico.
• Son más densos y pesados que otros materiales de uso técnico.
• Su gran resistencia mecánica les permite soportar grandes esfuerzos, presiones o golpes.
• Algunos de ellos son muy duros.
• Conducen muy bien el calor y la electricidad.
• Tienen grandes posibilidades de trabajo, como doblar, cortar, estampar, fundir o moldear.
Algunos metales se emplean en estado casi puro (cobre, plata, oro, ...), pero la mayoría se combinan entre sí o
con otros elementos formando aleaciones.
Una aleación es una sustancia homogénea de propiedades metálicas, compuesta de dos o más elementos, uno
de los cuales debe ser un metal.
Las aleaciones se hacen para mejorar las propiedades de un metal de cara a un determinado uso, pues en estado
puro ese metal puede no ser adecuado para lo que deseamos construir. Por ejemplo, podría interesarnos que
fuera más duro, o más resistente a la corrosión, o más ligero, o mejor conductor.
Las aleaciones que más se emplean en la industria son las que se obtienen de mezclar el hierro con carbono, y
en algunos casos, con otros elementos como el cromo o el níquel.
Algunas de ellas son las fundiciones (entre 1,7 y 6,6% de carbono) y los aceros (menos del 1,7% de carbono).
FUNDICIONES
Las fundiciones son de fácil moldeo, y de mayor resistencia a la corrosión que el acero común.
Se usan en construcción naval y de ferrocarriles, alcantarillado, piezas artísticas.
ACEROS COMUNES
Los aceros comunes y de construcción tienen una aceptable dureza y resistencia.
Son los más económicos.
Se emplean en tornillos, estructuras de edificios, carrocerías, herramientas comunes.
ACEROS ESPECIALES
Entre los aceros especiales se encuentran los inoxidables, que se obtienen de mezclar acero con cromo y
níquel.
El acero inoxidable se emplea en todo tipo de utensilios que vayan a estar en contacto con el agua, para evitar que
se oxiden.
Además del hierro, destacan otros metales de uso frecuente como el cobre, el latón o el bronce. Observa las
características de estos y otros metales en la siguiente tabla:
21
COBRE
Es poco duro y se dobla fácilmente.
Muy resistente a la corrosión.
Es uno de los mejores conductores de la electricidad y
del calor.
Se utiliza en conductores eléctricos (cables, bobinas, ...)
y en tuberías de calefacción y gas.
LATÓN
Es de color amarillento y aspecto agradable.
Bastante resistente.
Más fácil de moldear y trabajar que el cobre.
Bastante económico.
Se utiliza en casquillos, cerrajería, decoración, contactos
eléctricos.
BRONCE
Muy resistente a los esfuerzos, al desgaste y a la
corrosión.
Muy apto para fundir.
Aspecto bello.
Se utiliza en griferías, componentes de máquinas y
esculturas.
ALUMINIO
Es uno de los metales más ligeros.
Tiene una aceptable resistencia mecánica.
Conduce muy bien el calor y la electricidad.
Se trabaja con facilidad.
Se utiliza en aeronáutica, piezas de maquinaria,
envases, utensilios de cocina, etc.
OTROS METALES
Existen otros metales, como el plomo, el cinc, el estaño
y el níquel que se utilizan principalmente como
materiales de aleación.
Además, el oro, la plata y el platino se usan en joyería y
en objetos de gran valor, debido a su bello aspecto que
se conserva con el tiempo.
22
Plásticos
Los plásticos son materiales de origen orgánico y de elevado peso molecular, constituidos por largas
cadenas de moléculas llamadas polímeros. Se obtienen principalmente a partir del petróleo y del gas
natural.
Clasificación según su comportamiento ante el calor.
Termoplásticos
Se conocen como termoplásticos aquellos plásticos que se funden a altas temperaturas, por lo que
pueden moldearse con distintas formas cuando están sometidos a ellas. Cuando se enfrían, se
endurecen, conservando la forma que se les ha dado.
Su principal peculiaridad es que pueden moldearse y fundirse más de una vez, la cual los hace muy
adecuados para el reciclaje. Eso sí, si se hace muchas veces, sus propiedades físicas irán cambiando,
por lo que disminuyen sus posibilidades de reutilización.
La mayoría de los materiales plásticos que se usan en el día a día son termoplásticos. Pertenecen a
este grupo el polietileno (PE), el polipropileno (PP), el policloruro de vinilo (PVC), el poliestireno (PS), el
tereftalato de polietileno (PET) , el nylon, el teflón.
Termoestables
La principal diferencia de los termoestables con los termoplásticos es que los primeros solamente
pueden fundirse y moldearse una vez (en el momento de la fabricación). Una vez enfriados, al
calentarse de nuevo se queman en lugar de fundirse, imposibilitando trabajarlos de nuevo.
Esto se debe a que, al aplicar temperatura para moldearlos la primera vez, las moléculas se enlazan
permanentemente. Los termoestables son rígidos y muy resistentes al calor.
Algunos ejemplos de plásticos termoestables son el poliuretano, algunos tipos de resinas, la baquelita,
la melamina…
Elastómeros
Como su nombre indica, la principal característica de los elastómeros es su elasticidad, que les
permite recuperar su forma inicial después de ser deformados.
Las moléculas de los elastómeros se denominan monómeros, y se enlazan entre sí de forma
desordenada y formando grandes cadenas. Cuando el material se estira, las moléculas se alinean, y
cuando se suelta vuelven rápidamente a su estado original.
Los elastómeros rara vez se pueden disolver o derretir, dada su tendencia a regresar a su estado
original. Son elastómeros el caucho (natural y sintético), el neopreno y las siliconas.
Propiedades de los plásticos
► Conductividad eléctrica.- Los plásticos son malos conductores de la electricidad, por lo que se
pueden emplear como aislantes eléctricos. Por ejemplo, en el recubrimiento de cables.
► Conductividad térmica.- Los plásticos tienen una baja conductividad térmica. Suelen ser materiales
aislantes, es decir, transmiten el calor muy lentamente. Por ejemplo, en los mangos de la batería de
cocina.
► Resistencia mecánica.- Teniendo en cuenta lo ligeros que son los plásticos, resultan muy resistentes.
Esto explica por qué se usan junto a las aleaciones metálicas para construir aviones. Por ejemplo, casi
todos los juguetes están hechos de algún tipo de plástico.
23
► Resistencia química.- Es una de las propiedades que ha generado una producción masiva de
plásticos. Casi todos resisten muy bien el ataque de agentes químicos, como los ácidos, que alteran los
materiales, en especial a la mayoría de los metales.
► Combustibilidad.- La mayoría de los plásticos arde con facilidad, ya que se componen de carbono e
hidrógeno. Por ejemplo, las bolsas de basura.
► Plasticidad.- Muchos plásticos se reblandecen con el calor y, sin llegar a fundir, son fácilmente
moldeables. Esto permite fabricar con ellos piezas de formas complicadas.
En 1988, la "Society of the Plastic Industry" creó un sistema de codificación para la identificación de
resinas, con el fin de facilitar la separación de los plásticos previo a su reciclaje. Se asignan números
del 1 al 7 a cada tipo de polímero.
El RIC (Resin Identification Code) tiene un número identificativo que se corresponde con el tipo de
resina con la que se ha fabricado el plástico en cuestión. Este número aparece dentro de un
triángulo con esquinas redondeadas. Debajo de éste hay unas siglas identificativas del tipo de polímero
usado en este proceso.
1.PET (Tereftalato de Polietileno): Uno de los plásticos más utilizados, sobre todo en la
fabricación de botellas para alimentación. Se trata de uno de los más reciclados.
2.HDPE (Polietileno de Alta Densidad): Se trata de un tipo de plástico más denso y rígido, que
se utiliza sobre todo para elaborar productos de limpieza y cosmética o tetrabriks.
3.PVC (Policloruro de Vinilo): Este material se utiliza sobre todo para la fabricación de botellas
de champú y detergente, tuberías y mangueras.
4.LDPE o PEBD (Polietileno de Baja Densidad): su elasticidad permite emplearlo en film
transparente, bolsas o botellas blandas.
5.PP (Polipropileno): Se trata de un material muy resistente a la presión, utilizado en la industria
automovilística, la construcción y la fabricación de tapones y tapas herméticas.
6.PS (Poliestireno): se ve especialmente en envases desechables de alimentos, pero también
en embalajes de electrodomésticos.
7.Otros plásticos: aquí se engloban los que combinan el plástico con otros materiales, así
como los nuevos plásticos biodegradables que proceden de almidones vegetales.
Los plásticos del 1 al 6 son los denominados commodities debido a que son los de mayor
consumo. Mientras que en la categoria 7 se encuentran plásticos especiales y de ingeniería.
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  • 1. Curso: 4to 4ta Prof. Domínguez Tecnología electrónica Contenidos mínimos Al principio del módulo se encuentran diversas tablas y conceptos que se utilizarán durante el desarrollo de la materia. 1
  • 3. El calibre de alambre estadounidense (CAE, en inglés AWG - American Wire Gauge) es una referencia de clasificación de diámetros. En muchos sitios de Internet y también en libros y manuales, especialmente de origen norteamericano, es común encontrar la medida de conductores eléctricos (cables o alambres) indicados con la referencia AWG. Cuanto más alto es este número, más delgado es el alambre. Notación científica La notación científica es un recurso matemático empleado para representar en forma concisa números muy grandes o muy pequeños. Para hacerlo se usan potencias de diez. Para expresar un número en notación científica identificamos la coma decimal (si la hay) y la desplazamos hacia la izquierda si el número a convertir es mayor que 10, en cambio, si el número es menor que 1 (empieza con cero coma) la desplazamos hacia la derecha tantos lugares como sea necesario para que (en ambos casos) el único dígito que quede a la izquierda de la coma esté entre 1 y 9 y que todos los otros dígitos aparezcan a la derecha de la coma decimal. Ejemplos: 732,5051 = 7,325051 • 102 (movimos la coma decimal 2 lugares hacia la izquierda) −0,005612 = −5,612 • 10−3 (movimos la coma decimal 3 lugares hacia la derecha). Nótese que la cantidad de lugares que movimos la coma (ya sea a izquierda o derecha) nos indica el exponente que tendrá la base 10 (si la coma la movemos dos lugares el exponente es 2, si lo hacemos por 3 lugares, el exponente es 3, y así sucesivamente. Siempre que movemos la coma decimal hacia la izquierda el exponente de la potencia de 10 será positivo. Siempre que movemos la coma decimal hacia la derecha el exponente de la potencia de 10 será negativo. 3
  • 4. Resistividad específica Resistividad específica – Coeficiente térmico Permitividad relativa 4
  • 5. ¿Qué es la tecnología? La tecnología es una actividad destinada a la solución de problemas prácticos, es decir, la tecnología es una respuesta a las necesidades de las personas. “La Tecnología es una actividad que realizan las personas para satisfacer sus necesidades, elaborando productos tecnológicos”  La Tecnología es una actividad, no un producto. Es decir, es un conjunto de procedimientos que da como resultado un producto.  La Tecnología sirve para satisfacer las necesidades del hombre, y por lo tanto existe desde que el hombre tiene necesidades, es decir, desde siempre. Una necesidad es una carencia, la falta de algo.  Las necesidades vitales, como indica la palabra, son aquellas esenciales o imprescindibles para la subsistencia, para vivir (agua, aire, vestimenta, vivienda).  Las necesidades no vitales o secundarias, son aquellas esenciales para el espíritu, para mejorar la calidad de vida, pero que no comprometen la subsistencia (transporte, educación, electricidad, confort, recreación). Los productos tecnológicos son el resultado de la actividad tecnológica.  Los Bienes son objetos materiales tangibles, es decir, se pueden tocar. Tienen la característica que primero se producen y luego se usan (silla, celular, corcho).  Los Servicios son acciones o prestaciones inmateriales que se brindan para satisfacer una necesidad. Son intangibles, es decir, no se pueden tocar. Tienen la característica que se producen y se usan al mismo tiempo (transporte, educación, atención médica, suministro de electricidad). Ciencia, técnica y tecnología Vamos a decir que la Ciencia es un conjunto de conocimientos aceptados como verdaderos. Técnica es un procedimiento, una serie de pasos que realiza una persona con un objetivo determinado. La Tecnología es una actividad que une estos dos conceptos. A la hora de la realización de productos para satisfacer alguna necesidad, la Tecnología utiliza los conocimientos provenientes de la Ciencia, y los procedimientos (pasos a seguir) de la Técnica. 5
  • 6. MATERIALES La palabra material la usamos para muchas cosas. Pensemos (materiales para la construcción, lista de materiales para el jardín, objetos materiales, etc.). Pero, ¿Qué es un material? Los materiales son sustancias que puede utilizar el hombre para elaborar productos. Estos materiales pueden ser: naturales, cuando provienen de la naturaleza (como el trigo, la lana, la madera, etc.) o artificiales, cuando son elaborados por el hombre (el plástico, el vidrio, el papel, etc.) Los materiales que se utilizan para fabricar otros productos se denominan Materia Prima. Y al resultado del proceso de fabricación se lo llama Producto Elaborado. Materia Prima ------------> Proceso de elaboración ------------> Producto Elaborado Por ejemplo: Harina ------------> Fabricación de Pan ------------> Pan Existen algunos materiales que son materia prima para un proceso y producto elaborado para otro proceso distinto. Por ejemplo: La Madera, que es un producto elaborado en un aserradero, y es materia prima en una carpintería. Arbol ------------> Aserradero ------------> Madera Madera ------------> Carpintería------------> Silla Existen muchas formas de clasificar los materiales, de acuerdo a su procedencia, su uso, sus propiedades, etc. La clasificación que veremos a continuación concentra a los materiales en tres grandes grupos: metales, polímeros y cerámicos. Metales Los metales son materiales de enorme interés. Se usan mucho en la industria, pues sus excelentes propiedades de resistencia y conductividad son de gran utilidad en la construcción de máquinas, estructuras, mecanismos, circuitos y herramientas. Algunos metales se emplean en estado casi puro (cobre, oro, plata, etc.), pero la mayoría se combinan entre sí o con otros elementos, formando aleaciones para ampliar y mejorar sus propiedades. Las aleaciones se emplean porque muchas veces un determinado metal en estado puro puede no ser adecuado para lo que deseamos construir. Por ejemplo, podría interesarnos que fuera más duro, o más resistente a la corrosión, o más ligero, o mejor conductor. Las aleaciones de mayor uso industrial son las del hierro; algunas de ellas son las fundiciones y los aceros. Existen muchas formas de clasificar los metales, aunque podemos señalar dos grandes grupos: los férricos y los no férricos. Metales férricos: a este grupo pertenece el hierro y sus derivados: el acero y la fundición. Metales no férricos: son materiales metálicos que no contienen hierro o que lo contienen en muy pequeñas cantidades. Dentro de estos metales podemos nombrar el aluminio, el oro, el cobre, la plata, el bronce, el plomo, etc. Polímeros Básicamente, los polímeros que más utilizamos (aunque no con ese nombre), son las maderas y los plásticos. Pero, para entender mejor el tema, vamos a dividir los polímeros en dos grupos: naturales y sintéticos. Polímeros naturales: los polímeros naturales pueden ser maderas o fibras naturales. A las maderas las podemos dividir en maderas duras (como el roble o el nogal) o en maderas blandas (como el pino o el alerce). Las fibras naturales pueden ser de origen vegetal o animal. Dentro de las fibras vegetales podemos nombrar el algodón, formado por fibras de celulosas. La celulosa se encuentra en la madera y en los tallos de muchas plantas, y se emplea para hacer telas y papel. El hule de los árboles de hevea y de los arbustos de Guayule, son también fibras naturales importantes. La seda y la lana son ejemplos de fibras animales. 6
  • 7. Polímeros sintéticos: la mayor parte de los polímeros que usamos en nuestra vida diaria son materiales sintéticos con propiedades y aplicaciones variadas. Y el polímero sintético que más utilizamos es el plástico, en cualquiera de sus variedades. La materia prima de donde se obtiene el plástico es el petróleo. La clasificación más habitual de los polímeros se realiza según su comportamiento. Así pues, los polímeros pueden ser de tres tipos: termoplásticos, termoestables y elastómeros. Termoplásticos Se caracterizan porque se ablandan con el calor y se pueden moldear para darle una gran variedad de formas, sabiendo que al enfriarse volverá a endurecerse manteniendo sus características iniciales. Este proceso de ablandamiento y endurecimiento puede volverse a repetir cuantas veces se quiera sin que el material modifique su aspecto o sus propiedades. EJEMPLOS:  Polietileno  Polipropileno  PVC (Cloruro de Polivinilo)  Acrílicos  Nylon Termoestables Al calentarlos por primera vez, estos polímeros se ablandan y se les puede dar forma bajo presión. Debido al calor comienza una reacción química en la que las moléculas se enlazan permanentemente. Esto se conoce como degradación. Consecuencia: el polímero se hace rígido permanentemente y si se calienta no se ablandará, si no que se romperá. EJEMPLOS:  Baquelita (Resinas fenólicas)  Melamina  Poliéster Elastómeros Son sustancias dotadas de gran elasticidad, que les permite estirarse cuando se les aplica una fuerza de tracción, y que cuando cesa, recobran su forma inicial. EJEMPLOS:  medias de lycra  cubiertas de autos (caucho)  elásticos en general Cerámicos Son materiales ampliamente usados en la industria: (ladrillo, alfarería, losetas y porcelana), incluyendo el concreto, pues sus componentes son cerámicos. Su importancia se basa en la abundancia en la naturaleza y sus propiedades físicas y mecánicas, diferentes a las de los metales. Cuando se amasa tierra y agua, se forma una masa plástica que se puede moldear con facilidad: el barro. Luego, si se lo deja secar y se lo cocina a altas temperaturas, se transforma en un material duro, frágil y aislante del calor, la terracota. Esta particularidad es característica de ciertos minerales, tales como los distintos tipos de arcillas (caolín, porcelanita, figulina, pizarrosa) y la arena, que permite obtener diversos materiales (terracota, porcelana, loza, vidrio, cemento) muy empleados en la fabricación de objetos de uso cotidiano. Productos usuales de la cerámica tradicional son: Cerámicas de mesa, pavimentos y revestimiento Sanitarios Refractarios Porcelanas (aislantes, decorativas) 7
  • 8. MATERIALES CONDUCTORES Y AISLANTES Se caracterizan por el movimiento de los electrones libres en sus átomos. Los electrones libres son electrones que han sido expulsados de su órbita y están libres para moverse entre los átomos del material. CONDUCTORES Son aquellos materiales o elementos que permiten que los atraviese rápidamente un flujo de cargas en movimiento. Tienen un gran número de electrones libres que pueden pasar de un átomo a otro cuando se aplica una diferencia de potencial entre los extremos del conductor. Su órbita exterior contiene menos de la mitad del número total posible de electrones. Conductores de primera clase: carbón y elementos metálicos La corriente tiene lugar por desplazamiento de electrones. Ceden fácilmente los electrones de la órbita más alejada del núcleo. Ejemplos  Plata. Costo elevado. Cantidades limitadas disponibles. Se emplea para revestir los contactos eléctricos de algunos relés diseñados para interrumpir corrientes elevadas.  Oro. Costo elevado. Se emplea para unir los contactos de los chips de CI y P a los contactos que los unen con las patillas exteriores.  Aluminio. Se emplea para fabricar cables gruesos, sin revestimiento, generalmente ubicados a la intemperie. (Torres metálicas de alta tensión).  Cobre. Puede utilizarse en forma de un hilo de alambre o estar formado por varios hilos delgados. En ambos casos se utiliza un revestimiento de PVC (cloruro de polivinilo). Conductores de segunda clase: electrolitos y gases enrarecidos. Determinadas sustancias disueltas en agua sufren disociación. En este caso la corriente tiene lugar por desplazamiento de iones. AISLANTES Tienen pocos electrones convertibles en electrones libres. Los electrones están unidos al núcleo y es difícil arrancarlos del átomo. Poseen una conductividad eléctrica muy pequeña (alta resistividad). Tienen la función de evitar el contacto entre diferentes partes conductoras (aislamiento de la instalación) y proteger a las personas frente a las tensiones eléctricas (aislamiento de protección). Los materiales aislantes de uso común son todos compuestos. No existen elementos naturales que puedan ser usados como aislantes en electricidad. Ejemplos  Porcelana. En las torres de distribución eléctrica, soporta los cables y evita que la corriente pase a la estructura metálica de la mismas.  Mica, baquelita, ebonita, cerámica, papel, vidrio, goma, plástico. Se caracterizan por su elevada rigidez dieléctrica, es decir, su aptitud para soportar corrientes elevadas. Para separar algunos electrones del átomo se requiere una diferencia de potencial relativamente alta. Siempre que un material aislante es obligado a conducir una corriente eléctrica, se dice que hay ruptura de la aislación. 8
  • 9. CONDUCTORES DE LA CORRIENTE ELÉCTRICA Conductores son todos aquellos materiales o elementos que permiten que los atraviese el flujo de la corriente o de cargas eléctricas en movimiento. Si establecemos la analogía con una tubería que contenga líquido, el conductor sería la tubería y el líquido el medio que permite el movimiento de las cargas. Cuando se aplica una diferencia de potencial a los extremos de un trozo de metal, se establece de inmediato un flujo de corriente, pues los electrones o cargas eléctricas de los átomos que forman las moléculas del metal, comienzan a moverse de inmediato empujados por la presión que sobre ellos ejerce la tensión o voltaje. Esa presión procedente de una fuente de fuerza electromotriz (FEM) cualquiera (batería, generador, etc.) es la que hace posible que se establezca un flujo de corriente eléctrica a través del metal. BUENOS Y MALOS CONDUCTORES DE LA CORRIENTE ELÉCTRICA Los mejores conductores de la corriente eléctrica son los metales, porque ceden más fácil que otros materiales los electrones que giran en la última órbita de sus átomos (la más alejada del núcleo). Sin embargo, no todos los metales son buenos conductores, pues existen otros que, por el contrario, ofrecen gran resistencia al paso de la corriente y por ello se emplean como resistencia eléctrica para producir calor. Un ejemplo de un metal que se comporta de esa forma es el alambre nicromo (NiCr). El más utilizado de todos los metales en cualquier tipo de circuito eléctrico es el cobre (Cu), por ser relativamente barato y buen conductor de la electricidad, al igual que el aluminio (Al). Sin embargo, los mejores metales conductores son el oro (Au) y la plata (Ag), aunque ambos se utilizan muy limitadamente por su alto costo. El oro se emplea en forma de hilo muy fino para unir los contactos de los chips de circuitos integrados y microprocesadores a los contactos que los unen con las patillas exteriores de esos elementos electrónicos, mientras que la plata se utiliza para revestir los contactos eléctricos de algunos tipos de relés diseñados para interrumpir el flujo de grandes cargas de corriente en amper. El aluminio, por su parte, se emplea para fabricar cables gruesos, sin forro. Este tipo de cable se coloca, generalmente, a la intemperie, colgado de grandes aislantes de porcelana situados en la parte más alta de las torres metálicas destinadas a la distribución de corriente eléctrica de alta tensión. La mayoría de los conductores que emplean los diferentes dispositivos o aparatos eléctricos poseen un solo hilo de alambre de cobre sólido, o también pueden estar formado por varios hilos más finos, igualmente de cobre. Ambos tipos de conductores se encuentran revestidos con un material aislante, generalmente PVC (cloruro de polivinilo). Mientras mayor sea el área transversal o grosor que tenga un conductor, mejor soportará el paso de la corriente eléctrica, sin llegar a calentarse en exceso o quemarse. MATERIALES SEMICONDUCTORES Y AISLANTES Existen también otros elementos denominados metaloides, que actúan como semiconductores de la corriente eléctrica. Entre esos elementos o materiales se encuentran el silicio (Si), el galio (Ga) y el germanio (Ge). Los átomos de esos elementos son menos propensos a ceder electrones cuando los atraviesa una corriente eléctrica y su característica principal es dejarla pasar en un solo sentido e impedirlo en sentido contrario. El cristal de silicio es el elemento más utilizado en la actualidad como material semiconductor para fabricar diodos, transistores, circuitos integrados y los microprocesadores que utilizan los ordenadores o computadoras personales, así como otros dispositivos digitales. Por último están los materiales aislantes, cuyos átomos ni ceden ni captan electrones. Entre esos materiales se encuentran el plástico, la mica, el vidrio, la goma, la cerámica, etc. Todos esos materiales y otros similares con iguales propiedades, oponen total resistencia al paso de la corriente eléctrica. Si establecemos de nuevo una analogía con un líquido que circule a través del circuito hidráulico de una tubería, como se hizo al principio de este tema con los conductores, el aislador sería el equivalente al mismo tubo del circuito hidráulico, pero en este caso conteniendo líquido congelado, lo cual obstruiría por completo el movimiento de los átomos del líquido a través de la tubería. Esto sería algo similar a lo que ocurre con las cargas eléctricas cuando tropiezan con un material aislante que le interrumpe el paso en un circuito eléctrico. Esa es, precisamente, la función de los aisladores que vemos colgando de las torres de distribución eléctrica, para soportar los cables y evitar que la corriente pase a la estructura metálica o de cemento de la torre. José Antonio E. García Álvarez 9
  • 10. SEMICONDUCTORES Un semiconductor es un material capaz de conducir la electricidad mejor que un aislante, pero peor que un metal. La conductividad eléctrica, que es la capacidad de conducir la corriente eléctrica cuando se aplica una diferencia de potencial, es una de las propiedades físicas más importantes. Ciertos metales, como el cobre, la plata y el aluminio son excelentes conductores. Por otro lado, ciertos aislantes como el diamante o el vidrio son muy malos conductores. A temperaturas muy bajas, los semiconductores puros se comportan como aislantes. Sometidos a altas temperaturas, mezclados con impurezas o en presencia de luz, la conductividad de los semiconductores puede aumentar y llegar a alcanzar niveles cercanos a los de los metales. Las propiedades de los semiconductores se estudian en la física del estado sólido. Electrones de conducción y huecos Entre los semiconductores comunes se encuentran elementos químicos y compuestos, como el silicio, el germanio, el selenio, el arseniuro de galio, el seleniuro de cinc y el telurio de plomo. El incremento de la conductividad provocado por los cambios de temperatura, la luz o las impurezas se debe al aumento del número de electrones conductores que transportan la corriente eléctrica. En un semiconductor característico o puro como el silicio, los electrones de valencia (o electrones exteriores) de un átomo están emparejados y son compartidos por otros átomos para formar un enlace covalente que mantiene al cristal unido. Estos electrones de valencia no están libres para transportar corriente eléctrica. Para producir electrones de conducción, se utiliza la luz o la temperatura, que excita los electrones de valencia y provoca su liberación de los enlaces, de manera que pueden transmitir la corriente. Las deficiencias o huecos que quedan contribuyen al flujo de la electricidad (se dice que estos huecos transportan carga positiva). Este es el origen físico del incremento de la conductividad eléctrica de los semiconductores a causa de la temperatura. Dopaje Otro método para obtener electrones para el transporte de electricidad consiste en añadir impurezas al semiconductor o doparlo. La diferencia del número de electrones de valencia entre el material dopante (tanto si acepta como si confiere electrones) y el material receptor hace que crezca el número de electrones de conducción negativos (tipo n) o positivos (tipo p). Este concepto se ilustra en el diagrama adjunto, que muestra un cristal de silicio dopado. Cada átomo de silicio tiene cuatro electrones de valencia (representados mediante puntos). Se requieren dos para formar el enlace covalente. En el silicio tipo n, un átomo como el del fósforo (P), con cinco electrones de valencia, reemplaza al silicio y proporciona electrones adicionales. En el silicio tipo p, los átomos de tres electrones de valencia como el aluminio (Al) provocan una deficiencia de electrones o huecos que se comportan como electrones positivos. Los electrones o los huecos pueden conducir la electricidad. Cuando ciertas capas de semiconductores tipo p y tipo n son adyacentes,forman un diodo de semiconductor, y la región de contacto se llama unión pn. Un diodo es un dispositivo de dos terminales que tiene una gran resistencia al paso de la corriente eléctrica en una dirección y una baja resistencia en la otra. Algunas series de estas uniones se usan para hacer transistores y otros dispositivos semiconductores. Los dispositivos semiconductores tienen muchas aplicaciones en la ingeniería eléctrica. Los últimos avances de la ingeniería han producido pequeños chips semiconductores que contienen cientos de miles de transistores. Estos chips han hecho posible un enorme grado de miniaturización en los dispositivos electrónicos. 10
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  • 14. Resistores Puede entenderse a la resistencia como cualquier fuerza que impida o tienda a retrasar el movimiento de un cuerpo. Provoca la pérdida de cierta cantidad de trabajo que se disipa en forma de calor. La resistencia ofrecida al paso de la corriente depende del tipo de material. Cuando se aplica una tensión constante a varias muestras de conductores de distintas dimensiones pero del mismo material, cada muestra tiene un flujo de corriente diferente. Se puede calcular la resistencia del conductor por medio de la siguiente expresión: siendo: R = resistencia de la muestra medida en Ω (ohm) ρ= resistividad específica (valor constante dependiente de la estructura molecular de la muestra (Ω.mm2 /m) l = longitud de la muestra (m) s= sección transversal de la muestra (mm2 ) Conductividad: es la capacidad de un material de dejar pasar una corriente eléctrica. La conductancia es la medida de la conductividad y se define como la reciproca de la resistencia. G = r. s / l (mho) siendo r= 1/ρ. Variación de la resistencia con la temperatura. La resistencia específica aumenta en casi todas las sustancias al aumentar la temperatura. Llamamos: Rtf resistencia a temperatura final Rt0 resistencia a temperatura inicial tf temperatura final t0 temperatura inicial α es el coeficiente de aumento de la resistencia con la temperatura (coeficiente térmico), que está expresado en 1/ºC (tabla en la parte inferior) El valor de la resistencia a la temperatura final se obtiene a partir de la siguiente expresión: 14 METAL  Plata 0.0035 Cobre 0.0040 Hierro 0.0066 Volframio 0.0045 Platino 0.0032 Mercurio 0.0090 Niquelina 0.0003 Constatan 0.000005 Nicromo 0.0016 Manganina 0.00005 R =  . l / s Rtf = Rt0 [1+.(tf - t0)]
  • 15. Resistencias: Código internacional de colores COLOR NÚMERO FACTOR MULTIPLICACIÓN TOLERANCIA NEGRO 0 x 1 MARRÓN 1 x 10 1 % ROJO 2 x 100 2% NARANJA 3 x 1000 AMARILLO 4 x 10000 VERDE 5 x 100000 AZUL 6 x 1000000 VIOLETA 7 - GRIS 8 - BLANCO 9 - ORO - x 0,1 5% PLATA - x 0,01 10% SIN COLOR - - 20% Para obtener el valor de una resistencia hay que hacer lo siguiente: - Se miran los dos colores de los anillos más cercanos al extremo. El primer color será el primer número y el segundo el segundo número. - Se mira el siguiente color. Este tercer color me dirá el factor de multiplicación, es decir el número de ceros que tengo que poner detrás de los dos números anteriores. - Se mira el último color. Es el que me indica la tolerancia, que es el porcentaje de variación máximo por encima o por debajo que puede tener el valor de la resistencia. Ejemplo: una resistencia marcada marrón verde rojo oro 1500Ω ± 5%(75Ω) Puede valer entre 1425Ω y 1575Ω. Nota: El valor 1500Ω, se suele poner como 1,5 kΩ. Para las resistencias se suelen utilizar los múltiplos kilo ( 1kΩ = 1.000Ω ) y Mega ( 1MΩ = 1.000.000Ω ). También se suele colocar la letra K o M en lugar de la coma para facilitar la lectura, así se pondrá 1K5 para indicar 1,5 kΩ. 15
  • 16. Capacitores Un capacitor está formado por dos elementos conductores separados por un aislador (que puede ser aire, vacío, cerámica, etc.). Comúnmente estos conductores son planos (placas), aunque pueden tener otras formas. Si se aplica una diferencia de potencial entre ambas placas, se carga cada una con cargas de signos opuestos (positivas en una y negativas en otra) apareciendo un campo eléctrico que almacena energía. La capacidad es una característica que depende de la geometría y de los materiales con los que está hecho el capacitor y no depende de la diferencia de potencial aplicada al momento de cargarlo. Variando la diferencia de potencial al momento de cargarlo, lo que cambia es la cantidad de carga almacenada en el capacitor (Q) pero no la capacidad (C) que permanece constante. La capacidad se mide en una unidad llamada faradio o faraday. Debido a que un faradio es una unidad grande, se suelen usar submúltiplos del mismo como el microfaradio, picofaradio, etc. 1 pF = 1 ·10-12 F 1 nF = 1 ·10-9 F 1 µF = 1 ·10-6 F Para calcular la cantidad de carga que almacena un capacitor de capacidad C se utiliza la expresión: Q = Carga [C] C = Capacidad [F] V = Diferencia de potencial aplicada [V]
  • 17. Las unidades son: A mayor diferencia de potencial aplicada y con la misma capacidad, el capacitor almacena una mayor cantidad de carga (Q). Capacidad de un capacitor La capacidad, como se mencionó, no depende de la tensión aplicada durante la carga sino de las propiedades físicas del capacitor. Para calcular la capacidad de un capacitor plano, utilizando vacío como elemento dieléctrico, se utiliza la siguiente expresión: C = Capacidad [F] S = Superficie enfrentada [m2] d = Separación de las placas [m] La capacidad es proporcional al área e inversamente proporcional a la distancia de separación entre las placas. Ejemplo Calcular la capacidad de un capacitor formado por dos placas paralelas de 950 cm² de superficie, con un dieléctrico de mica de 1 mm de espesor. Dato: constante dieléctrica de la mica = 5,4. Extracto de trabajo de Eden Rodríguez
  • 18. Asociación de capacitores en serie y paralelo La capacidad combinada (C) de condensadores conectados en serie es: 1/C = 1/C1 +1/ C2+ 1/C3 + ... De la expresión anterior se obtiene el valor de C (se puede usar la función x-1 de la calculadora) La capacidad combinada (C) de condensadores conectados en paralelo es: C = C1 + C2 + C3 + … Las ecuaciones son del mismo tipo que las usadas para calcular resistencias en serie y paralelo pero la que se usaba para serie ahora es paralelo y viceversa. 18
  • 19. Inductores Un inductor (bobina, solenoide) es un componente eléctrico que induce un campo magnético cuando es atravesado por una corriente. Almacena energía en forma de campo magnético por un fenómeno llamado autoinduccción. El sentido de flujo del campo magnético es el que establece la ley de la mano derecha. 👉🏻 https://youtu.be/QszH-uj8BzQ 👈🏻 El campo magnético circula por el centro del mismo y cierra su camino por su parte exterior. El símbolo de una bobina se muestra en el gráfico: La bobina o inductor es un elemento que reacciona contra los cambios en la corriente a través de él, generando un voltaje que se opone al voltaje aplicado y es proporcional al cambio de la corriente.
  • 20. Debido a que los inductores se oponen a los cambios bruscos de la corriente que circula por ellos, las fluctuaciones de corriente se pueden controlar y evitar que un cambio brusco en la intensidad de la corriente ocasione un desperfecto. Otros usos de los inductores son como filtro o en circuitos osciladores. La inductancia mide el valor de oposición de la bobina al paso de la corriente y se mide en Henrios [H]. Una bobina se elabora enrollando alambre conductor en círculos formando un helicoide. Para evitar que el alambre enrollado entre en contacto consigo mismo se emplea alambre esmaltado. Cada vuelta que efectúa el alambre se llama espira. El valor de la inductancia depende de: • Número de espiras (a más vueltas, mayor inductancia). • Diámetro de las espiras (a mayor diámetro, mayor inductancia). • Longitud del alambre. • Tipo de material del núcleo (en caso de tenerlo). Asociación de inductores El cálculo del inductor o bobina equivalente (LT) de bobinas en serie es similar al método de cálculo del equivalente de resistencias en serie, solo es necesario sumarlas. LT = L1 + L2 + L3 + … LN El cálculo del inductor equivalente de varias bobinas en paralelo es similar al cálculo que se hace cuando se obtiene la resistencia equivalente de varias resistencias en paralelo. 1/LT = 1/L1 + 1/L2 + 1/L3 + … 1/LN
  • 21. Propiedades de los metales Los metales son materiales de enorme interés. Se usan muchísimo en la industria, pues sus excelentes propiedades de resistencia y conductividad son de gran utilidad en la construcción de máquinas, estructuras, mecanismos, circuitos y herramientas. ¿Quieres conocer algunas de las propiedades más importantes de estos materiales? Aquí tienes algunas de ellas: • Tienen un brillo muy característico. • Son más densos y pesados que otros materiales de uso técnico. • Su gran resistencia mecánica les permite soportar grandes esfuerzos, presiones o golpes. • Algunos de ellos son muy duros. • Conducen muy bien el calor y la electricidad. • Tienen grandes posibilidades de trabajo, como doblar, cortar, estampar, fundir o moldear. Algunos metales se emplean en estado casi puro (cobre, plata, oro, ...), pero la mayoría se combinan entre sí o con otros elementos formando aleaciones. Una aleación es una sustancia homogénea de propiedades metálicas, compuesta de dos o más elementos, uno de los cuales debe ser un metal. Las aleaciones se hacen para mejorar las propiedades de un metal de cara a un determinado uso, pues en estado puro ese metal puede no ser adecuado para lo que deseamos construir. Por ejemplo, podría interesarnos que fuera más duro, o más resistente a la corrosión, o más ligero, o mejor conductor. Las aleaciones que más se emplean en la industria son las que se obtienen de mezclar el hierro con carbono, y en algunos casos, con otros elementos como el cromo o el níquel. Algunas de ellas son las fundiciones (entre 1,7 y 6,6% de carbono) y los aceros (menos del 1,7% de carbono). FUNDICIONES Las fundiciones son de fácil moldeo, y de mayor resistencia a la corrosión que el acero común. Se usan en construcción naval y de ferrocarriles, alcantarillado, piezas artísticas. ACEROS COMUNES Los aceros comunes y de construcción tienen una aceptable dureza y resistencia. Son los más económicos. Se emplean en tornillos, estructuras de edificios, carrocerías, herramientas comunes. ACEROS ESPECIALES Entre los aceros especiales se encuentran los inoxidables, que se obtienen de mezclar acero con cromo y níquel. El acero inoxidable se emplea en todo tipo de utensilios que vayan a estar en contacto con el agua, para evitar que se oxiden. Además del hierro, destacan otros metales de uso frecuente como el cobre, el latón o el bronce. Observa las características de estos y otros metales en la siguiente tabla: 21
  • 22. COBRE Es poco duro y se dobla fácilmente. Muy resistente a la corrosión. Es uno de los mejores conductores de la electricidad y del calor. Se utiliza en conductores eléctricos (cables, bobinas, ...) y en tuberías de calefacción y gas. LATÓN Es de color amarillento y aspecto agradable. Bastante resistente. Más fácil de moldear y trabajar que el cobre. Bastante económico. Se utiliza en casquillos, cerrajería, decoración, contactos eléctricos. BRONCE Muy resistente a los esfuerzos, al desgaste y a la corrosión. Muy apto para fundir. Aspecto bello. Se utiliza en griferías, componentes de máquinas y esculturas. ALUMINIO Es uno de los metales más ligeros. Tiene una aceptable resistencia mecánica. Conduce muy bien el calor y la electricidad. Se trabaja con facilidad. Se utiliza en aeronáutica, piezas de maquinaria, envases, utensilios de cocina, etc. OTROS METALES Existen otros metales, como el plomo, el cinc, el estaño y el níquel que se utilizan principalmente como materiales de aleación. Además, el oro, la plata y el platino se usan en joyería y en objetos de gran valor, debido a su bello aspecto que se conserva con el tiempo. 22
  • 23. Plásticos Los plásticos son materiales de origen orgánico y de elevado peso molecular, constituidos por largas cadenas de moléculas llamadas polímeros. Se obtienen principalmente a partir del petróleo y del gas natural. Clasificación según su comportamiento ante el calor. Termoplásticos Se conocen como termoplásticos aquellos plásticos que se funden a altas temperaturas, por lo que pueden moldearse con distintas formas cuando están sometidos a ellas. Cuando se enfrían, se endurecen, conservando la forma que se les ha dado. Su principal peculiaridad es que pueden moldearse y fundirse más de una vez, la cual los hace muy adecuados para el reciclaje. Eso sí, si se hace muchas veces, sus propiedades físicas irán cambiando, por lo que disminuyen sus posibilidades de reutilización. La mayoría de los materiales plásticos que se usan en el día a día son termoplásticos. Pertenecen a este grupo el polietileno (PE), el polipropileno (PP), el policloruro de vinilo (PVC), el poliestireno (PS), el tereftalato de polietileno (PET) , el nylon, el teflón. Termoestables La principal diferencia de los termoestables con los termoplásticos es que los primeros solamente pueden fundirse y moldearse una vez (en el momento de la fabricación). Una vez enfriados, al calentarse de nuevo se queman en lugar de fundirse, imposibilitando trabajarlos de nuevo. Esto se debe a que, al aplicar temperatura para moldearlos la primera vez, las moléculas se enlazan permanentemente. Los termoestables son rígidos y muy resistentes al calor. Algunos ejemplos de plásticos termoestables son el poliuretano, algunos tipos de resinas, la baquelita, la melamina… Elastómeros Como su nombre indica, la principal característica de los elastómeros es su elasticidad, que les permite recuperar su forma inicial después de ser deformados. Las moléculas de los elastómeros se denominan monómeros, y se enlazan entre sí de forma desordenada y formando grandes cadenas. Cuando el material se estira, las moléculas se alinean, y cuando se suelta vuelven rápidamente a su estado original. Los elastómeros rara vez se pueden disolver o derretir, dada su tendencia a regresar a su estado original. Son elastómeros el caucho (natural y sintético), el neopreno y las siliconas. Propiedades de los plásticos ► Conductividad eléctrica.- Los plásticos son malos conductores de la electricidad, por lo que se pueden emplear como aislantes eléctricos. Por ejemplo, en el recubrimiento de cables. ► Conductividad térmica.- Los plásticos tienen una baja conductividad térmica. Suelen ser materiales aislantes, es decir, transmiten el calor muy lentamente. Por ejemplo, en los mangos de la batería de cocina. ► Resistencia mecánica.- Teniendo en cuenta lo ligeros que son los plásticos, resultan muy resistentes. Esto explica por qué se usan junto a las aleaciones metálicas para construir aviones. Por ejemplo, casi todos los juguetes están hechos de algún tipo de plástico. 23
  • 24. ► Resistencia química.- Es una de las propiedades que ha generado una producción masiva de plásticos. Casi todos resisten muy bien el ataque de agentes químicos, como los ácidos, que alteran los materiales, en especial a la mayoría de los metales. ► Combustibilidad.- La mayoría de los plásticos arde con facilidad, ya que se componen de carbono e hidrógeno. Por ejemplo, las bolsas de basura. ► Plasticidad.- Muchos plásticos se reblandecen con el calor y, sin llegar a fundir, son fácilmente moldeables. Esto permite fabricar con ellos piezas de formas complicadas. En 1988, la "Society of the Plastic Industry" creó un sistema de codificación para la identificación de resinas, con el fin de facilitar la separación de los plásticos previo a su reciclaje. Se asignan números del 1 al 7 a cada tipo de polímero. El RIC (Resin Identification Code) tiene un número identificativo que se corresponde con el tipo de resina con la que se ha fabricado el plástico en cuestión. Este número aparece dentro de un triángulo con esquinas redondeadas. Debajo de éste hay unas siglas identificativas del tipo de polímero usado en este proceso. 1.PET (Tereftalato de Polietileno): Uno de los plásticos más utilizados, sobre todo en la fabricación de botellas para alimentación. Se trata de uno de los más reciclados. 2.HDPE (Polietileno de Alta Densidad): Se trata de un tipo de plástico más denso y rígido, que se utiliza sobre todo para elaborar productos de limpieza y cosmética o tetrabriks. 3.PVC (Policloruro de Vinilo): Este material se utiliza sobre todo para la fabricación de botellas de champú y detergente, tuberías y mangueras. 4.LDPE o PEBD (Polietileno de Baja Densidad): su elasticidad permite emplearlo en film transparente, bolsas o botellas blandas. 5.PP (Polipropileno): Se trata de un material muy resistente a la presión, utilizado en la industria automovilística, la construcción y la fabricación de tapones y tapas herméticas. 6.PS (Poliestireno): se ve especialmente en envases desechables de alimentos, pero también en embalajes de electrodomésticos. 7.Otros plásticos: aquí se engloban los que combinan el plástico con otros materiales, así como los nuevos plásticos biodegradables que proceden de almidones vegetales. Los plásticos del 1 al 6 son los denominados commodities debido a que son los de mayor consumo. Mientras que en la categoria 7 se encuentran plásticos especiales y de ingeniería. 24
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