lip etP *
■
•
'ION REVISADA
AN
ABURG/
NOOGER &
' E, IN(
DUCTORE
ORE
CARGA'
GAS;
NO SE PRODI
SE EMPL, 'OMO Sr M ! DE LA CORRIEN ' nE EL VOLTA ROL DEL
CORRIENTE
CON
-REGUN -U
AMADAS
.ARA AUT.
'ION
Y
Prefacio a la Revisión de ELECTRICIDAD BASICA Título original de la obra:
BASIC ELECTRICITY - VOL. 1 Publicada por:
THE NEVILLE PRESS, INC. SUCCESSOR TO VAN VALKENBURGH, NOOGER AND NEVILLE, INC. © Van Valkenburgh, Nooger and Neville, Inc. and its*Assignee, the Neville Press, Inc. Traducida por:
ALFONSO VASSEUR WALL Derechos reservados en español © 1983, por COMPAÑIA EDITORIAL CONTINENTAL, S.A. DE C.V. Renacimiento Núm. 180, Col. San Juan Tlihuaca, Delegación Azcapotzalco, Código Postal 02400, México, D.F. Miembro de la Cámara Nacional de la Industria Editorial Registro Núm. 43 ISBN 968-26-0378-1
ISBN 0-8104-0876-7 (de la edición original) Las palabras TRAINER - TESTER, COMMON - CORE, y el diseño que acompaña a esta última, son marcas registradas de exclusiva propiedad de THE NEVILLE PRESS, INC., ASSIGNEE de VAN VALKENBURGH, NOOGER AND NEVILLE? INC. Little Silver, N. J. U.S.A. Queda prohibida la reproducción o transmisión total o parcial del texto de la presente obra bajo cualquiera de sus formas, electrónica o mecánica, sin el consentimiento previo y por escrito del editor. Primera edición, 1983
Decima reimpresión Marzo de 1992. Impreso en México Printed in Mexico
El programa COMMON CORE ® —Electricidad Básica, Electrónica Básica, Sistemas Sincrónicos y Servomecanismos Básicos, etc.—, fue diseñado y desaíro llado durante los años de 1952-1954. Sobre la base de una amplia labor de AdaneáloisrEmtgU-aqupoeléctri/ónodela dos de aquella época, en aquel entonces se había establecido un "núcleo común" Je conocimientos y habilidades preliminares. Posteriormente , dicho "núcleo coatún" antecedente fue programado bajo un sistema de e nse ñanza/aprendizaje que tenía como objetivo didáctico fundamental la preparación efectiva de los técnicos eléctrico/electrónicos de la Armada de los Estados Unidos , para que pudiesen comprender y aplicar dichos conocimientos en situaciones de trabajo con problemas representativos. Desde entonces, han sido adiestrados eficientemente mas de 100 000 técnicos de la Armada Estadounidense por medio de este sistema basado en la realización. Así lo han demostrado cientos y miles de estudiantes y técnicos civiles. La educación militar y civil, los programas de adiestramiento en Américas del Sur, Europa, Oriente Medio, Asia, Australia y Africa, también han reconocidos su utilidad con las ediciones en doce idiomas actualmente en impresión, En la actualidad la fundación del programa COMMON-CORE , Electricidad B ásica está siendo modernizada y mejorada. Su equipo básico de trabajo ha sido ampliado para cubrir los conocimientos y habilidades nec esarios para la gama del equipo eléctrico/electrónico actual —máquinas industriales modernas, controles, instrumentación, computadoras, comunicaciones, radar, lasers, etc.—. Sus componentes tecnológicos/circuitos/funciones básicas, han sido revisados y ampliados para incorporar las nuevas creaciones del desarrollo de la tecnología eléctrica/ electrónica, esto es, desde (1) tubos al vacío hasta (2) transistores y semiconductores a (3) circuitos integrados, integración en gran escala y microminiaturización. Didácticamente se ha hecho un esfuerzo considerable para incorporar dentro de los textos mismos, aspectos y técnicas de examen/aprendizaje individualizados y en agregar pruebas de destreza para estudiantes intermedios. A pesar del paso del tiempo, aún se conservan los el ementos del diseño del sistema original e innovador, formato del texto básico, del programa COMMON CORE —cuya estructura sólida de efectividad probada, ha sido un estímulo para muchos de los progresos realizados en la educación técnica/vocacional. VAN VALKENBURGH, NOOGER & NEVILLE, INC.
New York, N.Y.
CONTENIDO PÁG. ¿Qué es la Electricidad?
La Importancia del Estudio de la Electricidad Principios Históricos La Teoría Electrónica La Ruptura de la Materia La Estructura de la Molécula La Estructura del Atomo Corriente Eléctrica y Carga Eléctrica Repaso — ¿Qué es la Electricidad? Autoexamen — Cuestionario de Repaso
13 14 15 17 19 21 22 23 24
Conductores/Aisladores/Semiconductores
¿Qué es un Conductor? ¿Qué es un Aislador? ¿Qué es un Semiconductor? Repaso de Conductores, Aisladores y Semiconductores Autoexamen — Cuestionario de Repaso
25 25 26 27 28
argas Eléctricas
¿Qué son las Cargas Eléctricas? Cargas Estáticas por Fricción Atracción y Repulsión de Cargas Eléctricas Campos Eléctricos Transferencia de Cargas Eléctricas por Contacto Transferencia de Cargas Eléctricas por Inducción Descarga de Cargas Eléctricas Repaso de Cargas Eléctricas Autoexamen — Cuestionario de Repaso
29 30 31 32 34 35 36 38 39
Magnetismo
Imanes Naturales Imanes Permanentes
40 41
.(,141U1111,11
PÁG.
PÁG.
naturaleza de los Materiales Magnéticos Campos Magnéticos Repaso de Magnetismo Autoexamen — Cuestionario de Repaso La
42
Electromagnetismo
43 47 48
¿Qué es el Flujo de Corriente?
Electrones en Movimiento Sentido del Flujo de Corriente Unidades del Flujo de Corriente Repaso del Flujo de Corriente Autoexamen — Cuestionario de Repaso
49 52 53 54 55
¿Qué Origina el Flujo de Corriente —FEM?
¿Qué es el Trabajo? ¿Qué es la FEM (Fuerza Electromotriz)? ¿Qué es la Potencia Eléctrica? ¿Cómo se Mantiene la FEM? Voltaje y Flujo de Corriente Repaso de FEM o Voltaje Autoexamen — Cuestionario de Repaso
56 57 58 59 60 61 62
¿Cómo se Produce y se Emplea la Electricidad?
63 La Electricidad es el Medio Para Conducir la Potencia 64 ¿Cómo se Produce la Electricidad? 65 Usos de la Electricidad Electricidad Producida por Energía Friccional (Electricidad 66 Estática) Electricidad Producida por Presión/Presión Producida por Elec67 tricidad 68 Electricidad Producida por Calor (y Frío) 69 Calor Producido por Electricidad 70 Electricidad Producida por Luz 71 Luz Producida por Electricidad 72 Electricidad Producida por Acción Química ......... . ... 75 Acción Química Producida por Electricidad 76 Electricidad Producida por Magnetismo 80 Magnetismo Producido por Electricidad 81 Repaso de, ¿Cómo se Produce la Electricidad? 82 Repaso de, ¿Cómo se Emplea la Electricidad? 83 Autoexamen — Cuestionario de Repaso
Electromagnetismo . Campos Magnéticos en Tomo a un Conductor Campos Magnéticos en Torno a una Bobina Electroimanes . . Repaso de Electromagnetismo Autoexamen — Cuestionario de Repaso
84 85 88 91 92 93
¿Cómo Funciona un Instrumento de Medición? Dispositivo Móvil Básico de un Instrumento Consideraciones Sobre el Dispositivo Móvil ¿Cómo Leer las Escalas de los Instrumentos? Escala util de un Instrumento Repaso de, ¿Cómo Funciona un Instrumento de Medición? Autoexamon — Cuestionario de Repaso
94 99 100 102 103 104
¿Cómo se Mide la Corriente?
Unidades de Medición del Flujo de Corriente ¿Cómo Medir Corrientes Pequeñas? ¿Cómo Convertir las Unidades de Corriente? Miliamperímetros y Mieroamperímetros ¿Cómo Convertir las Escalas de un Amperímetro? Amperímetros de Escala Múltiple ¿Cómo Conectar los Amperímetros a un Circuito? Repaso de, ¿Cómo se Mide la Corriente? Autoexamon — Cuestionario de Repaso
105 106 107 109 110 111 112 113 115
¿Cómo se Mide el Voltaje? Unidades de Voltaje Conversión de Unidades de Voltaje ¿Cómo Funciona un Voltímetro ? ¿Cómo Usar un Voltímetro? Escalas de un Voltímetro Voltímetros de Escala Múltiple Repaso de Unidades y Medida del Voltaje Autoexamen — Cuestionario de Repaso
116 117 118 119 :120 121 122 123
La Resistencia Como Control del Flujo de Corriente ¿Qué es la Resistencia? Unidades de Resistencia
125 128
11■11~~1111•11•11111•11111•1•9
Factores que Controlan la Resistencia Repaso de Resistencia Autoexamen — Cuestionario de Repaso
130 131 132
Repaso Repaso de Corriente (I), Voltaje (E) y Resistencia ( R )
133
Introducción a la Ley de OHM La Relación Entre Corriente, Voltaje y Resistencia Objetivos de Aprendizaje-Volumen Siguiente Tabla de Elementos
134 136 137
¿QUE ES LA ELECTRICIDAD? 13
La importancia del estudio de la electricidad Es difícil imaginar un mundo sin electricidad. Influye y concierne a nuestras vidas cotidianas en cientos de maneras. Observamos el uso de la electricidad directamente en nuestras casas para la iluminación, la operación de aparatos, teléfono, televisor, radio, estéreo, calefacción, etc. Vemos su uso en el transporte. La electricidad se ha empleado en la fabricación de la mayor parte de las cosas que usarnos ya sea directamente o para operar las máquinas que hacen o procesan los productos que necesitamos. Sin la electricidad, la mayor parte de las cosas que usamos y disfrutamos hoy día no serían posibles.
111:1~41.11~~
¿4$ COSAS
SUCEDAN
1:00:11111,1*,ION:blig'
¿QUE ES LA ELECTRICIDAD? 15
14 ELECTRICIDAD BASICA I La teoría electrónica Principios históricos La palabra electricidad proviene del antiguo vocablo griego para el ámbar —elektron—. Los antiguos griegos observaron que cuando el ámbar (resigna petrificada), se frotaba con una tela, atraía pedacitos de material tal como hojas secas. Los científicos demostraron posteriormente que esta propiedad de atracción ocurría en otros materiales, tales como el hule y el vidrio, pero no sucedía con materiales como el cobre o el hierro. Los materiales que tenían esta propiedad de atracción al frotarse con una tela, se decía que estaban cargados con una fuerza eléctrica; además se observó que algunos de estos materiales cargados eran atraídos por una pieza de vidrio cargada y que otros eran repelidos. Benjamín Franklin llamó a estas dos clases de cargas (o electricidad) positiva y negativa. Actualmente sabemos, como usted aprenderá, lo que se observaba en realidad era un exceso o deficiencia de partículas llamadas electrones en los materiales. Desde entonces diversos científicos encontraron que la electricidad parecía comportarse de una manera constante y predecible en una situación dada. Estos científicos describieron este comportamiento en forma de leyes o reglas. Estas leyes nos permiten predecir cómo se comportará la electricidad, aunque todavía no conocemos su naturaleza precisa. Aprendiendo las reglas o leyes que se aplican al comportamiento de la electricidad y aprendiendo los métodos para producirla, controlarla y utilizarla, se habrá aprendido electricidad.
Como la varillas de ámbar de los antiguos griegos un peine que pase por su pelo se cargará y atraerá pedacitos de papel, etc.
• 1111.1411
C,1
Todos los efectos de la electricidad se producen debido a la existencia de una diminuta partícula llamada electrón. Puesto que nadie ha visto en realidad un electrón, sino únicamente los efectos que éste produce, llamamos teoría electrónica a las leyes que gobiernan su comportamiento. La teoría electrónica no es sólo la base para el diseño de todo el equipo eléctrico y electrónico, sino también explica la acción fisicoquímica y ayuda a los científicos a sondear en la naturaleza íntima del universo y de la vida misma.
16 ELECTRICIDAD BASICA I
¿QUE ES LA ELECTRICIDAD?
Ya que supuestamente el electrón existe ha conducido a muchos descubrimientos importantes en la electricidad, la electrónica, la química y la física atómica, podemos suponer sin temor a equivocarnos que el electrón existe realmente. Todos los equipos eléctricos y electrónicos han sido diseñados en base a esta teoría. Y si la teoría electrónica ha funcionado siempre para todos, también funcionará para usted. Su estudio de la electricidad se basará exclusivamente en la teoría electrónica, la cual establece que todos los efectos eléctricos y electrónicos obedecen al desplazamiento de los electrones de un lugar a otro o a que hay una cantidad demasiado grande o demasiado pequeña de electrones en una zona determinada. De acuerdo con la teoría electrónica, todos los efectos eléctricos o electrónicos son producidos ya sea por el movimiento de los electrones de un lugar a otro o porque existe un exceso o deficiencia de ellos en un punto determinado en un momento dado. Antes de que se pueda comenzar a considerar útilmente a las fuerzas que hacen que los electrones se muevan o se acumulen, se tiene que saber primero, ¿qué es un electrón? Toda la materia está compuesta de átomos de muy distintos tamaños, grados de complejidad estructural y pesos. Pero todos ellos se parecen en que tienen un núcleo —que son distintos en un átomo y otro, de los ciento y tantos elementos químicos que existen ya sea en la naturaleza o que han sido hechos por el y en el variado número de electrones que se mueven alrededor del hombre núcleo. Se tendrá una idea de cómo es un átomo esencialmente observando el dibujo de abajo.
17
La ruptura de la materia Un buen medio de comprender más acerca de cómo es un electrón, es examinando detenidamente la composición de una gota de agua ordinaria. Si toma esta gota de agua y la divide en dos gotas, luego divide una de estas dos, en dos gotas más pequeñas y repite este proceso miles de veces, tendrá una gotita minúscula. Esta minúscula gotita será tan pequeña, que para observarla necesitará el mejor microscopio moderno.
DIVISION DE UNA GOTA DE AGUA
EL ELECTRÓN ES ELECTRICIDAD
Núcleo
Electrones
esta pequeñisima gota de agua seguirá conservando todas las características el agua si es analizada por un químico, no encontraría diferencia al guna MiCROSCOPICA y la de un vasos de agua común.
18 ELECTRICIDAD BASICA I
¿QUE ES LA ELECTRICIDAD '? 19
Sin embargo, si torna esta minúscula gota de agua y trata de dividirla otra vez por la mitad, ya no podrá verla en el microscopio. Supongamos que se posee un supermicroscopio capaz de aumentar las imágenes mucho más que cualquier microscopio que existe en la actualidad. Este microscopio le puede proporcionar cualquier amplificación que desee, así que puede colocar en él la diminuta gotita y fraccionarla en gotitas cada vez más pequeñas.
La estructura de la molécula A medida que vaya aumentando el poder de amplificación del microscopio, observará que la molécula de agua está formada de dos pequeñísimos elementos iguales y por otro elemento más grande distinto de éstos. A estos elementos se les llaman átomos. Los dos átomos más pequeños iguales son átomos de hidrógeno y el más grande y diferente es un átomo de oxígeno. Cuando se combinan dos átomos de hidrógeno con uno de oxígeno se tiene una molécula de agua. Mientras que el agua está compuesta sólo de dos clases de átomos —oxígeno e hidrógeno— las moléculas de muchos materiales son de estructuras más complejas. Las moléculas de celulosa, moléculas básicas de que está formada la madera, constan de tres clases distintas de átomos —carbono, hidrógeno y oxígeno—.
MOLECULA DE AGUA
ATOMOS ATOMO DE OXIGENO
A medida que la gotita se va dividiendo en gotitas más y más pequeñas, éstas seguirán conservando todas las características químicas del agua. Sin embargo, llegará un momento en que tendrá una gotita tan pequeña que toda nueva división le hará perder las características químicas del agua. A este último trocito de agua se le llama molécula. Por tanto, una molécula es la unidad más pequeña en que se puede dividir una sustancia y aún poderse identificar como tal.
¡ESTO ES LO QUE EL OBSERVA
DE HIDROGENO
20 ELECTRICIDAD BASICA I ¿QUE ES LA ELECTRICIDAD? 21
Todos los materiales están constituidos de diferentes combinaciones de átomos para formar sus moléculas. Existen solamente cerca de cien clases de átomos distintos a los cuales se les conoce como elementos: el oxígeno, carbono, hidrógeno, hierro, oro y nitrógeno, son todos ellos elementos. El cuerpo humano, con todos sus complicados tejidos, huesos, dientes, etc., está formado principalmente por sólo quince elementos, de los cuales sólo seis se encuentran en abundancia. (Véase la tabla de elementos en la parte posterior del libro.)
La estructura del átomo Ahora que se sabe que todos los materiales están formados por moléculas, que consisten en diversas combinaciones de unos cien tipos distintos de átomos, deseará saber qué relación tiene esto con la electricidad. Aumente aún más la amplificación de su supermicroscopio imaginario y examine los átomos de la molécula de agua. Elija el átomo más pequeño que pueda observar el átomo de hidrógeno— y examínelo con detenimiento.
Hidrógeno 10%
Usted puede apreciar que el átomo de hidrógeno es como un sol con un planeta girando a su alrededor. Al planeta se le conoce como electrón y al sol como núcleo. El electrón tiene una carga negativa ( —) de electricidad y el núcleo una carga positiva ( -1-) de electricidad. En un átomo, el número total de electrones cargados negativamente que giran alrededor del núcleo es con exactitud igual al número de cargas positivas en el núcleo. A las cargas positivas se les llama protones. Además de los protones, el núcleo contiene también partículas eléctricamente neutras llamadas neutrones, que son como un protón y un electrón unidos entre sí. Los átomos de elementos distintos contienen diferente número de neutrones dentro del núcleo, pero la cantidad de electrones que giran en torno al núcleo es siempre igual al número de protones ( o cargas positivas) dentro del núcleo.
22
ELECTRICIDAD BASICA . 1
¿Que es laa elelectricidad
Corriente eléctrica y carga eléctrica Todos los átomos se encuentran unidos entre sí por fuerzas poderosas de atracción entre el núcleo y sus electrones. Sin embargo, los electrones de las órbitas exteriores de un átomo, son atraídos hacia su núcleo más débilmente que los electrones cuyas órbitas están más cerca del núcleo.
Detengámonos ahora a repasar lo que ya se ha aprendido acerca de la electricidad. y la teoría electrónica. Entonces estará en condiciones de aprender lo relacionado con los conductores, aisladores , semiconductores, cargas eléctricas, etc.
En ciertos materiales (se les conoce como conductores eléctricos), estos electrones exteriores están tan débilmente unidos al núcleo, que pueden ser expulsados todos ellos con facilidad y dejarlos vagar dispersos entre otros átomos. A dichos electrones se les llama electrones libres. El movimiento dirigido de los electrones libres es lo que produce una corriente eléctrica. Los electrones que han sido expulsados de sus órbitas crean un déficit de éstos en los átomos que abandonan y producirán un exceso de electrones en la zona a la que se han trasladado. Un material con un déficit de electrones está cargado positivamente; otro que posee un exceso de electrones está cargado negativamente.
1. MOLECULA. La combinación de dos o más átomos. La unidad más pequeña en que se puede dividir una sustancia —tal como el agua— y aún poderse identificar como tal. 2. ATOMO. La partícula más pequeña en que se puede dividir un elemento —tal como el oxígeno— y aún conservar sus propiedades originales. 3. NUCLEO. La parte pesada central del átomo cargada positivamente.
ATOMO NORMAL
Repaso ÚI ¡PIERDE
E TRONO!
4. NEUTRON. Las partículas neutras pesadas en el núcleo que se comportan como una combinación de un protón y un electrón. 5. PROTON. Las partículas pesadas en el núcleo cargadas positivamente.
O
6. ELECTRON. Partículas muy pequeñas cargadas negativamente que más o menos no tienen peso y giran en órbitas alrededor del núcleo. 7. ELECTRONES ENLAZADOS. Los electrones en órbita dentro de un átomo.
Cuando un átomo pierde un electrón, pierde una carga negativa. Entonces la parte del átomo restante pierde su equilibrio eléctrico, ya que el núcleo sigue siendo tan positivo como antes, pero una de las cargas negativas de balance se ha ido. Por tanto queda cargado positivamente. A este cuerpo con carga positiva se le llama ion positivo. En los materiales sólidos, los átomos se mantienen unidos por la estructura cristalina del material y por tanto no se mueven como lo hacen los electrones libres. En los líquidos y gases, sin embargo, los iones se pueden mover como los electrones y contribuyen al flujo de corriente. Ya se sabe que toda la materia está compuesta de estructuras electrónicas y que el movimiento de los electrones desligados de las órbitas exteriores de los átomos es una corriente eléctrica. Antes de que pueda avanzar en su estudio de la electricidad, encontrará cómo el flujo de electrones se confina a ciertas zonas por medio del uso de distintos materiales llamados conductores y aisladores, y acerca de la naturaleza de las cargas eléctricas y el magnetismo. Estas son ideas muy importantes que necesitará para todos sus estudios de la electricidad, así que es importante aprenderlas tan pronto como sea posible.
8. ELECTRONES LIBRES. Los electrones que han abandonado su órbita en un átomo y se encuentran vagando con libertad a través de un material. 9. CORRIENTE ELECTRICA. El movimiento dirigido de los electrones libres. 10. CARGA POSITIVA. Déficit de electrones. 11. CARGA NEGATIVA. Exceso de electrones.
24 ELECTRICIDAD BASICA I
CONDUCTORES /AISLADORES / SEMICONDUCTORES 25
Autoexamen --Cuestionario de repaso 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10.
¿Qué es un conductor?
¿Cuál es el objeto fundamental de la teoría electrónica? ¿Po • qué aún se le llama una teoría a la teoría electrónica? ¿Qué es una molécula? ¿Un elemento? ¿El núcleo de un átomo está cargado positiva o negativamente? ¿Cuál es la carga de un electrón? ¿La de un protón? ¿La de un neutrón? ¿Qué son los electrones? ¿Qué son los electrones libres? Defina a las cargas positivas y a las negativas. Defina una corriente eléctrica. ¿Cuál es la diferencia entre una carga eléctrica y una corriente eléctrica?
OBJETIVOS DE APRENDIZAJE—SECCION SIGUIENTE Avance —Ya se ha aprendido que la electricidad es un flujo de electrones. En la sección siguiente aprenderá acerca de los conductores, aisladores y semiconductores. El uso adecuado de éstos hace que la corriente fluya en donde nosotros deseamos.
Cuando se hacen y usan adecuadamente los
SEMICONDUCTORES
son como CONDUCTORES EN ,UN SENTIDO
...
Ya se ha aprendido que la corriente eléctrica es el flujo de electrones, Los materiales que permiten el movimiento libre de los electrones se llaman conductores. El alambre de cobre es considerado como un buen conductor porque tiene muchos electrones libres. Los átomos de cobre se mantienen ligados debido a la estructura que el cobre forma cuando es un sólido. Los electrones de la órbita exterior del átomo del cobre no se encuentran muy fuertemente ligados y se pueden liberar con facilidad del átomo. La energía eléctrica se transmite a través de los conductores por medio del movimiento de los electrones libres que emigran de un átomo a otro dentro del conductor. Cada electrón se mueve desde una distancia muy corta hacia un átomo vecino en donde sustituye a uno o más de sus electrones expulsándolos de su órbita exterior. Los electrones reemplazados repiten el proceso con otros átomos cercanos hasta que el movimiento de los electrones se ha transmitido a través de todo el conductor. Si la cantidad de electrones que se puede mover en un material es mayor para una fuerza aplicada determinada, entonces el conductor que se tiene es mejor. La plata es el mejor conductor pero comúnmente usamos el cobre, que le sigue en calidad, ya que es más barato. Poco antes hemos comenzado a usar el aluminio; cuando se usa correctamente es casi tan buen conductor como el cobre, pero mucho más barato. Los que siguen son el zinc, latón y hierro. En realidad, la mayor parte de los metales comunes son relativamente buenos conductores. El agua salada y soluciones similares de sales o ácidos son también buenos conductores de electricidad. El carbono, es también un buen conductor.
MUCHOS Electrones disponibles
Salen MUCHOS electrones
CONDUCTOR
pero actúan como
AISLADORES. EN EL OTRO SENTIDO
Permite que Ios electrones se muevan a través de él. Cuando haya aprendido más acerca de la electricidad, sabrá qué tan iemportanslgcdutorae lmñocretpahunrbjo Particular . También aprenderá que ciertos metales y aleaciones (mezclas de mei ales) son sólo conductores regulares, aunque estos materiales son también muy Cuando talles. algunos metales son enfriados a unos -270°C (escala centígrada), enlos muestran superconductividad. Bajo tales condiciones, estos metales no oponen l onda mentalmente resistencia al flujo de los electrones. Se está desarrollando un uno practico de la superconductividad en los motores eléctricos criogénicos ( super ) y para los Potentes electroimanes empleados en el trabajo de fusión nuclear. ¿Que
es
1,111
un aislador?
1111111n/
1111.11%•...
1.1
oNot r toltEN/AINI,noonEN/tit ni o 411-41,o, o fi t,
1:1'4 1111 WAD 11A1414 A I
Rones de la órbita del átomo. Aun entonces, sólo se pueden pocsa la vez,. Actualmente no existe una cosa tal como un aislador perfecto. en
consecuencia, no hay una división bien definida entre los conductores y los aisladores; los aisladores se pueden considerar como malos conductores. Los materiales tales como el vidrio, mica, hule, plásticos, cerámica y esquisto se consideran entre los mejores aisladores. El aire seco es también un buen aislador, otro nombre para aislador es dieléctrico. Le puede sorprender saber que los aisladores son tan importantes como los conductores, porque sin ellos no sería posible mantener a los electrones fluyendo en las zonas en que deseamos y evitarlos en donde no se requieren.
la base de los transistores diodos y otros dispositivos del estado sólido de los que con p i probabilidad ya habrá escuchado. Los semiconductores están hechos comúnmente de germanio o silicio, pero también se usan el selenio y el óxido de cobre, tanto como otros materiales. Para convertir estos materiales en semiconductores, se les añade impurezas cuidadosamente controladas durante la fabricación. La cuestión importante acerca de los semiconductores no es el hecho de que estén en un punto medio entre los aisladores y los conductores, sino el que cuando estén hechos apropiadamente, conducirán electricidad en un sentido mejor que en el otro. Como verá en un tiempo posterior, ésta es una propiedad en extremo valiosa que usted puede aprovechar de numerosas maneras. Hasta el momento, no sabe lo suficiente como para poder comprender más acerca de los semiconductores. Sin embargo, aprenderá más acerca de ellos cuando haya comprendido más cuestiones acerca de la electricidad.
Cuando se hacen usan adecuadamente los
SEMICONDUCTORES
Salen pocos electrones
son como CONDUCTORES EN UNA DIRECCION
MUCHOS Electrones disponibles
No permite el paso de los electrones al través del mismo.
¿Qué es un semiconductor?
Repaso de conductores, aisladores y semiconductores
Como el nombre lo sugiere, un semiconductor es un material que tiene algunas características tanto de los aisladores como de los conductores. En la actualidad, estos materiales semiconductores se han hecho en extremo importantes como
Todos los materiales se pueden clasificar como conductores, aisladores o semiconductores. No existen líneas divisorias precisas. Tampoco hay conductores o aisladores perfectos. Empleamos los conductores y los aisladores en los lugares
■
11.1.
apropiados de las zonas
ti,
n
11,51.14
1
la electricidad a donde deseamos y para mantenerla la fuera en las que no debe estar.
para ruvinr
1. CONDUCTORES. Materiales que permiten el movimiento libre de muchos electrones.
2. AISLADORES. Materiales que no permiten el movimiento libre de muchos electrones.
r
').1)
¿Por qué se usa el cobre como conductor? ¿Qué hace un buen aislado'? Describa algunos aisladores comunes que haya visto. 6. El vidrio es mejor aislador que el hule. ¿Por qué entonces, encuentra que el hule se usa muy comúnmente como aislador? 7. ¿Cuáles son las propiedades más importantes de los semiconductores? 8. Haga una comparación de los semiconductores con los conductores y los aisladores. 9. ¿Son los aisladores tan importantes como los conductores en la electricidad? ¿Por qué? 10. Elija un dispositivo eléctrico común con el que esté familiarizado. Describa cómo se usan los conductores y los aisladores. ¿Por qué se eligieron los materiales particulares que se usaron? •
OBJETIVOS DE APRENDIZAJE—SECCION SIGUIENTE
3. SEMICONDUCTORES. Materiales que cuando se hacen apropiadamente, funcionan corno un conductor o un aislador, dependiendo de la dirección del flujo de la corriente.
Avance—Ahora que ya sabe acerca de los conductores y de los aisladores, puede aprender acerca de las cargas eléctricas y la electricidad estática. Aprenderá en la siguiente sección la manera de generar y mover las cargas estáticas y de que existen campos eléctricos alrededor de un cuerpo cargado.
CARGAS DISTINTAS SE ATRAEN
4. BUENOS CONDUCTORES. La plata, cobre, aluminio, zinc, latón y hierro son los mejores conductores, enlistados en el orden de acuerdo con su habilidad para conducir. • CARGAS IGUALES SE REPELEN
Cobre Aisladores
5. BUENOS AISLADORES. El aire seco. vidrio, cerámica, mica, hule, plásticos y esquisto, están entre los mejores aisladores, enlistados aproximadamente en el orden de acuerdo con su habilidad para aislar.
Autoexamen —Cuestionario de repaso 1. ¿Qué hace un buen conductor? 2. ¿Pueden otros materiales distintos de los metales ser conductores?
¿Qué son las cargas eléctricas? Ya se ha aprendido que los electrones viajan alrededor del núcleo de en átomo y que se mantienen en las órbitas por la atracción de la carga positiva en el
,00
I 111
1
II la 111,10>
1
CAllGAS 1 , :1,1:e I 1114:Mi
tendrá 1111:1 carga positiva. SI ION materiales son conductores, los electrones se moVCI u l c o n libertad y las cargas serán rápidamente neutralizadas. Sin embargo,
nucleo Cuando se expulsa un electrón fuera de su órbita, culpo, es la acción del electrón se convierte en lo que se conoce corno electricidad. Los electrones que son expulsados fuera de sus órbitas de alguna manera, producirán una escasez de electrones en el material que abandonan y un exceso de electrones en la zona que ocupan. A este exceso de electrones se le llama carga negativa y al déficit de electrones se le llama carga positiva. Cuando estas cargas existen y están en reposo, se tiene lo que se llama electricidad estática. Para producir ya sea una carga positiva o una negativa, el electrón se debe mover mientras que las cargas positivas en el núcleo están en reposo. Cualquier máterial con una carga positiva tendrá su número normal de cargas reías iesT Sin embargo-,—u-iimaterial elInnen peto- tendrá---un- déficit o-perdidade—erEaror negativamente cargado tiene en realidad un exceso de electrones. La electricidad estáticaneral con los materiales no conductores, ya que si fueran conductores, los electrones libres o Cargas negativas podrían retroceder con facilidad hacia las cargas positivas y el material sería neutro o sin carga. Se está ahora en condiciones de saber cómo el frotamiento puede producir este exceso o déficit de electrones para producir electricidad estática.
00 00 00 00 00 00
si los materiales son aisladores, entonces las cargas se mantendrán separadas en los dos materiales. Cuando. dos materiales se frotan entre sí, algunas órbitas electrónicas de la superficie de los materiales se entrecruzarán y un material puede ceder electrones al otro, debido a la fricción por contacto. Si esto sucede, se generan cargas estáticas en los dos materiales, y por tanto, ha sido el frotamiento la fuente de una carga eléctrica. La carga podría ser positiva o negativa, dependiendo de cuál sea el material que cede electrones con más facilidad. Algunos materiales que generan electricidad estática más fácilmente son el vidrio, ámbar, ebonita, cera, franela, seda, rayón y nylon. Cuando la ebonita es frotada con piel, ésta cede electrones a la varilla —la varilla se carga en forma negativa y la piel positivamente . Cuando se frota el vidrio con seda, la varilla de vidrio pierde electrones —la varilla se carga en forma positiva y la seda negativamente—. Se hallará que una carga estática puede pasar de un material a otro sin frotamiento, pero la fuente original de estas cargas estáticas sería el frotamiento.
o 4N0 00 00
00 00 00 00 00 00
+LAS CARGAS Y LOS ELECTRONES ESTAN PRESENTES EN CANTIDADES IGUALES EN LA VARILLA-Y EN LA PIEL
A¡:.
Sorra Descargada
,11
NEUTRA
Piel Varilla de ebonita
00 0 00 00 000 O0000 00 00 00 00o Carga &Wire O00000 00000 00 EXCESO DE ELECTRONES
Carga Positiva DEFICIT DE ELECTRONES
1
LOS ELECTRONES PASAN DE LA PIEL A LA VARILLA Atracción y repulsión de cargas eléctricas
Cargas estáticas por fricción Usted ha estudiado al electrón y el significado de las cargas positivas y negativas, así que ahora se encuentra en condiciones de saber cómo se producen estas cargas. La fuente principal de la electricidad estática es el frotamiento. Si se fro, tan dos materiales distintas entre sí, los electrones pueden ser expulsados de sus órbitas en uno de los materiales e incorporarse al otro. El material que capta los electrones tendrá entonces una carga negativa y el material que perdió electrones
Cuando los materiales están cargados con electricidad estática, se comportan de una manera distinta. Por ejemplo, si coloca una esfera con carga positiva cerca de otra con carga negativa, ambas se atraen entre sí. Si las cargas son suficientemente grandes y las esferas son ligeras y tienen libertad para moverse, se pondrán en contacto. Ya sea que se puedan mover o no, habrá siempre una fuerza de atracción entre cargas distintas. Si se acercan dos nciateriales de cargas opuestas, el exceso de electrones de la carga negativa pasará al material que tiene un déficit de ellos. A este paso o
ww..~1~~~.1,1
32
1 'MAN 113,1q, I III( AS
ELECTRICIDAD BASICA I
traslado de electrones desde una carga negativa a úna positiva se le llama descarga y representa por definición un flujo de corriente. Usando dos esferas con el mismo tipo de carga, ya sea positiva o negativa, se hallará que se repelen mutuamente.
CARGAS DISTINTAS SE ATRAEN
re dos c lie] pos cargados•r. oporcional a la cantidad de carga presente en ambos dividida entre el cuadrado de' la distancia que las separa. Por tanto, si la carga es mayor en nuestros materiales, la atracción o repulsión entre ellas será mayor; si la distancia a que separamos los dos cuerpos cargados es mayor, entonces la influencia que ejerce uno sobre el otro será menor. ..** El campo eléctrico alrededor de una carga se representa generalmente por medio de líneas a las que se les llama líneas de fuerza electrostática. Estas líneas son imaginarias y se emplean park mostrar el sentido y la intensidad del campo. Por tanto, nos ayudan a comprender lo que sucede cuando estos campos interactúan. para evitar---confusión,....las_ líneas_111._fuerza,---‘143---una_carga-Eositiva_se_muestran c uerpos,
siempre_sahendo de la carga y las líneas de fuerza de una carga negativa, entran, do en n ella.
LEY DE COULOMB
CARGAS IGUALES SE REPELEN
Campos eléctricos Usted ya se ha enterado de que las cargas iguales se repelen y que las cargas distintas se atraen. Ya que esto sucede cuando los cuerpos cargados están separados, esto debe significar que hay un campo de fuerza que rodea a las cargas y que el efecto de atracción o repulsión es debido a este campo de fuerza. A este campo de fuerza se le llama campo eléctrico de fuerza. También se le llama en ocasiones campo electrostático o campo dieléctrico ya que puede existir en el aire, vidrio, papel, en un vacío o cualquier otro dielectrico o material aislante. El científico francés Charles A. Coulomb, estudió estos campos en el siglo xviii y halló que éstos se comportan de una manera predecible de acuerdo con lo que ahora Ten, rrywintnh Su lev establece aue—li-'fuerza de atracción o repulsión
33
DICE QUE LA ES PROPORCIONAL A LA
•••11MV~ITI~wr
l'AIMAN pi
'olí
A
rl
34 ELECTRICIDAD BASICA I
u tea:
r./
SS1,
\,4
LINEAS DE FUERZA
SI he pusiera tul euliliwto mut varilla cargada positivamente con tIllikit barra (h. descargada que está sujeta sobre un aislador, ésta atraerá electrones de la ha1 l a hacia el punto de contacto. Algunos de estos electrones abandonarán la burra y entrarán a la varilla, causando que la barra se .cargue positivamente y que •Ilsminuya la carga positiva de la varilla. Cuando un objeto cargado hace contacto ron un objeto descargado, éste pierde una parte de su carga. De manera similar, sucede lo contrario cuando se comienza con una barra cargada negativamente.
Impartiendo Carga Positiva por Contacto a una Barra VARILLA CON CARGA POSITIVA A PUNTO DE TOCAR LA BARRA DESCARGADA
O 00 00 O 0
ZO 00 00 OD POSITIVA
NEGATIVA
00 00 O LOS ELECTRONES SON ATRAIDOS POR LA CARGA POSITIVA
Usando el concepto de líneas de fuerza, se puede comprender ahora gráficamente por qué las cargas iguales se repelen y las cargas distintas se atraen.
LOS ELECTRONES ENTRAN EN LA VARILLA CUANDO ESTA TOCA LA BARRA
00
O 0
0
00 00 00 00 CO 00 0 O CARGAS IGUALES SE REPELEN
CARGAS DISTINTAS SE ATRAEN AHORA LA VARILLA TIENE MENOS CARGA POSITIVA
AHORA LA BARRA METALICA TIENE CARGA POSITIVA
Transferencia de cargas eléctricas por inducción Observe gue todas las líneas de fuerza terminan sobre el cuerpo cargado. Transferencia de cargas eléctricas por contacto La mayoría de cargas electrostáticas se deben al frotamiento. Si un objeto tiene una carga estática, afectará a otros objetos cercanos. Esta influencia puede ser ejercida por contacto o por inducción. Las cargas positivas representan un déficit de electrones y siempre atraen electrones, mientras que las cargas negativas representan un exceso de electrones y siempre los repelen.
Usted ya ha visto lo que sucede cuando pone en contacto una barra de metal con una varilla cargada positivamente. Parte de la carga de la varilla se transmite y la barra se carga. Suponga que en vez de tocar la barra con la varilla, sólo las acerca. En ese caso, los electrones de la barra serán atraídos a la zona cercana a la varilla, haciendo que se induzca una carga negativa en esa zona. El lado opuesto de la barra carecería otra vez de electrones y se cargaría positivamente. Entonces existirían tres cargas, la carga positiva en la varilla, la carga negativa de la barra en la zona cercana a la varilla y una carga positiva de la barra del lado
itl
U1 I( TII11 MAI> 11A411 A
1
1
opuesto a la varilla. SI liaremos (11C ION Muer:unes de una fuente ex (vi (dr su dedo, por ejemplo) entren en el extremo positivo de la barra, se le puisle proporcionar una carga negativa. A este método de transmisión de carga se le llama inducción porque la distribución de carga es inducida más bien por la presencia de la varilla que por un contacto real.
Impartiendo Carga Negativa a una Barra por Inducción 0.= GO 00 0 O 0170= 00 00 00 0 Ct-AX) 00 O LOS ELECTRONES SON ATRAIDOS POR LA VARILLA CARGADA
DESCARGA DE CARGAS ESTATICAS
A TRAVES DE UN CONDUCTOR
SE RETIRA EL DEDO. LAS CARGAS POSITIVAS Y NEGATIVAS ESTAN NEUTRALIZADAS EN SU MAYORIA
O 00 00 CO GO O SE RETIRA LA VARILLA O 00000000 O Y QUEDA UN EXCESO DE ELECTRONES • CO 00 00 OD O Descarga de cargas eléctricas Siempre que dos materiales tengan cargas opuestas y se coloquen cerca uno del otro, el exceso de electrones del material cargado negativamente, será atraído hacia el material de carga positiva. Tendiendo un alambre (conductor) entre un material y otro, se ofrecerá una vía para que los electrones de la carga negativa pasen a la carga positiva, de manera que las cargas se neutralizarán. En vez de conectar los materiales con un alambre, se puede hacer que se toquen (contacto) y las cargas desaparecerían nuevamente.
I II II MI
0''
materiales hire temente carmados, vieri ones i t u r t i,, I I saltar desde a rga ilegal ¡va 1.1 I a l ga positiva antes de que los niatei iales se pongan en ,1 )11(411 • 0 Vil ese caso , se obset varía realmente la descarga en forma de arco. Con luxas muy intensas, la electricidad estática se puje descargar a través de gran(les es p acios, produciendo arcos de muchos pies de longitud. Aunque la electricidad estática tiene un uso práctico limitado, su presencia l lul de ser desagradable y aun peligrosa si se descar ga a través de un arco. Usted loorablemente ha experimentado la acumulación de carga estática en un día seco y de tener- un sacudimiento desagradable al tocar un objeto de metal. Los automóviins y camiones pueden generar cargas estáticas por el frotamiento de sus llantas borne el asfalto. También lo pueden hacer los avion es por la fricción de su movimiento a través del aire. Cuando un vehículo o camión transporta un líquido inflamable tal como la gasolina o un avión se está reabasteciendo de combustible, oil la carga estática acumulada se fuera a descargar en un arco, esto sería motivo dr un incendio o explosión. Para prevenir que esto suceda, los camiones de com lima lides llevan una cadena o un fleje impregnado de metal que está conectado a la estructura y carrocería a tierra para descargar continuamente la carga acumulada. Los aviones se conectan a la tierra por medio de un barrilete a tierra antes de reabastecerse de combustible. l'II NO OHM'
LOS ELECTRONES SALEN DEL' DEDO Y ENTRAN EN LA BARRA
CIO 00 00 COIZ> COID 4110 00 O O 00000000
IP 1
POR CONTACTO
-se
BLZOTH1ClIm,
ASANICA
I
t.AftGAN
65,501/414
y( I It IleAN
39
7. CAMPO ELECTRICO. Campo de fuerza que rodea a un cuerpo cargado.
PELIGRO Barrilete a tierra
8. CARGA POR CONTACTO. Transferencia de carga de un material a otro por contacto directo. 9. CARGA POR INDUCCION. Transferencia de carga de un material a otro sin contacto real. 10. DESCARGA POR CONTACTO. Electrones que pasan de una carga negativa a una positiva por contacto.
,
11. DESCARGA POR ARCO. Electrones que pasan de una carga negativa a una positiva mediante un arco.
Conexión a tierra
El relámpago es un ejemplo de descarga de electricidad estática generada por la fricción entre una nube y el aire circundante. Como probablemente sabe, la energía en el impacto de un relámpago es enorme. Los objetos estacionarios, como las casas, se pueden proteger de los efectos del relámpago por medio de un pararrayos que disminuye al mínimo la carga ( ) de atracción en la vecindad de la casa.
12. LEY DE COULOMB. La fuerza de atracción o repulsión es proporcional a la cantidad de carga de cada cuerpo e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que los separa. latoexamen —Cuestionario de repaso
Repaso de cargas eléctricas
I. Definir una carga negativa y una carga positiva. 1. CARGA NEGATIVA. Exceso de electrones. 2. CARGA POSITIVA. Escasez de electrones. 3. REPULSION DE CARGAS. Cargas iguales se repelen. 4. ATRACCION DE CARGAS. Cargas distintas se atraen. 5. ELECTRICIDAD ESTATICA. Cargas eléctricas en reposo. 6. CARGA POR FRICCION. Carga producida por el frotamiento de un material con otro.
2. ¿Cuáles son las reglas para la atracción y repulsión de las cargas? 3. De acuerdo con la ley de Coulomb. ¿Qué pasa con la fuerza de atracción o repulsión cuando la distancia se acorta a la mitad? 4. ¿Cuál es el concepto que empleamos para explicar la fuerza entre dos cuerpos cargados? 5. Describa, usando diagramas, lo que sucede cuando se usa una varilla cargada negativamente para cargar una barra de metal por contacto. 6. Describa, usando diagramas, lo que sucede si se usa una varilla cargada negativamente para cargar una barra de metal por inducción. 7. Describa dos maneras en que se puede descargar un par de cuerpos cargados. 8. Suponga que tiene dos cuerpos, uno con carga negativa y el otro con una carga positiva que es el doble de la del otro. ¿Cuál es la carga de cada cuerpo después de que se han descargado uno a otro? 9. ¿Cuál es la finalidad de la solera a tierra en los camiones de gasolina? 10. ¿Qué es el relámpago?
54 At. N U. 1 PIM
10
1,1 1■1 1 11 It 11,A1,
11ANICA 1
de sus hube, ,Iptinfitra hacia el norte. Los trozos de magnetita SUNde un cordel se llamaban piedras guías significando piedra que guía y demos las emplearon como brújulas rudimentarias para viajar por el desierto más de dos mil años. En los primitivos viajes de exploración los marinos dizaban brújulas rudimentarias de navegación. Siendo la Tierra misma un grande imán natural, la acción de un imán natural id girar hacia el norte se debe al magnetismo de la Tierra. ,1111' 11111)
0.1 • 11,111101.
OBJETIVOS DE APRENDIZAJE—SECCION SIGUIENTE Avance—Uno de los efectos más importantes de la electricidad es el de la generación de los campos magnéticos. Para saber acerca de la electricidad, se debe saber acerca del magnetismo. En la sección siguiente, se conocerán las propiedades y el comportamiento de los imanes.
SROJUt$S ANTIG(MS "
A -51k
NORTE/SUR (EN CHINO) Vt
( `19
1 anes permanentes
Imanes naturales En la antigüedad, los griegos -descubrieron que cierta clase de piedra, que encontraron originariamente cerca de la ciudad de Magnesia en Asia Menor, tenía la propiedad de atraer y recoger trozos de hierro. La piedra que descubrieron era en realidad un tipo de mineral de hierro llamado magnetita cuyo poder de atracción se denomina magnetisn.,Y. A las rocas que contienen mineral con este poder de atracción se les llaman cenes naturales. Los imanes naturales tuvieron poco uso hasta que se descubrió que un imán montado de manera que pudiera girar libremente siempre rotaría sobre sí mismo
Al emplear imanes naturales, se descubrió que un trozo de hierro adquiriría magnetismo al tocar al imán natural, formándose un imán artificial. Los imanes artificiales también se pueden hacer mediante electricidad y para los imanes más potentes se pueden usar otros metales aparte del hierro. Los mejores imanes son los que están hechos con aleaciones que contienen níquel y cobalto y se usan por lo neneral para imanes potentes.
Imán de hierro
IMÁN NATURAL
Imán
FUERZA DE IMÁN
de acero
1'11,4 11114 II/Al/ unn11 A
1
ivineNviiiimo 4 Actualmente, se hacen muchos imanes potentes y barato» In/ :urdando hierro o partículas de aleaciones en cerámica o plástico. Una gran ventaja (Ir este tipo de imanes es la de que se pueden hacer con facilidad en casi toda% las formas y tamaños deseados.
POLOS MAGNETICOS
El hierro se imanta con mayor facilidad que otros materiales, pero también se desimanta con facilidad, de manera que a los imanes de hierro dulce se les llama imanes temporales. Los imanes de aleaciones de acero conservan su magnetismo por un lapso mayor y se les llama imanes permanentes. Los efectos magnéticos de un imán parecen concentrarse en dos puntos, generalmente en los extremos del imán. Estos puntos se llaman polos del imán —siendo uno el polo norte y el otro el polo sur—. El polo norte se encuentra en el extremo del imán que apuntaría hacia el norte si pudiese girar libremente, mientras que el polo sur es el extremo opuesto. Los imanes se hacen de distintas formas, tamaño y potencia. Los imanes permanentes por lo común se fabrican con una barra de aleación de acero, ya sea recta con los polos en los extremos o doblada en forma de la herradura usual, con los polos a los lados opuestos de la abertura. La naturaleza de los materiales magnéticos El magnetismo es una propiedad que muestra sólo algunos tipos de materiales, por ejemplo el hierro, cobalto, níquel y las aleaciones que contienen estos materiales. Dos cuestiones que usted se podría preguntar son: (1) ¿por qué sólo algunos materiales muestran propiedades magnéticas?, y (2) ¿por qué dichos materiales se deben imantar para convertirse en imanes? Puede obtener respuesta a todo esto observando lo que sucede si toma una barra de imán y la divide en partes.
Si así lo hizo, halló que cada pieza era un imán, pero por supuesto mucho más débil. Si hizo lo mismo con una barra desmagnetizada del mismo material, obtuvo piezas pequeñas de material desimantado. Y, sin embargo, si dividiera la barra en piezas muy pequeñas constituidas de sólo unos pocos billones de átomos, hallaría que estas piezas pequeñísimas, tanto las de la barra imantada como las de la desimantada, tendrían propiedades magnéticas.
I
físicos nos explican que los electrones que giran en órbita alrededor del un, leo de un átomo crean un campo magnético en todos los átomos. En la mayor ~e de los materiales, los electrones se mueven en direcciones distintas y sus 1111 0 405 se anulan de manera que sus átomos individuales tienen un campo magoci ico (resultante) nulo. Aun la mayoría de los átomos con un número de elecI "nl'S impar son no magnéticos, ya que estos átomos están ordenados en grupos du billones de átomos llamados dominios; y estos átomos están dispuestos aleaI bullente, así qe hay un campo magnético (resultante) nulo (aunque un ' nano individual con un número de electrones impar puede ser magnético). En materiales magnéticos, no todos los átomos se oponen unos a otros en su órbita, duo que en realidad se suman, de manera que cada dominio se encuentra fuertemente magnetizado. En el material magnético desimantado, estos dominios están ol tentados al azar, así que los campos magnéticos de cada uno están en todas dilecciones y por tanto hay un campo (resultante) nulo. Cuando, sin embargo, int :tinos el material con otro imán o por otros medios, alineamos todos los dominios en una dirección, de manera que los campos magnéticos se suman y la barra Imanta.
DESIMANTADA Orientación dispersa
Podemos observar de esto, que un imán permanente es aquel en el cual una Vez que los dominios han sido alineados se mantienen de esta manera; y un imán t•mporal es aquel en el que los dominios regresan a su alineación aleatoria original cuando se ha retirado la fuente que los ha alineado. campos magnéticos Los campos y las fuerzas magnéticas, así como los campos y fuerzas electrostáticas son invisibles y sólo se pueden observar en base a los efectos que producen. A pesar de esto, la interacción de los campos magnéticos entre sí y con los conductores que se mueven a través de ellos, sg encuentran entre los aspectos más iinportantes para la electricidad, ya que estos efectos se emplean para generar la mayor parte de la electricidad que usamos y proporcionan la potencia derivada de la electricidad. El campo magnético alrededor de un imán se puede explicar mejor como líneas de fuerza invisibles que salen del imán por un punto y entran en el mismo por Vtro. A estas líneas de fuerza invisibles se les debe llamar líneas de flujo y a la forma del área que ocupan se le denomina diagrama de flujo. Al número de líneas de flujo por unidad de área se le llama densidad de flujo. Cuando la densidad de ¡lujo se mide en líneas por centímetro cuadrado, usamos la unidad de densidad de flujo llamada gauss, denominada así debido a Carlos Federico Gauss físico del siglo xvin que investigó el magnetismo. A los puntos por los cuales entran y salen las líneas de flujo se les llaman polos. Un circuito magnético es la trayectoria que siguen las líneas de fuerza.
44 ELECTRICIDAD BASICA
MAGNI...11?-11\141 A:1
los polos Iguales se repelen y las cargas o los polos distintos se atraen. Las leyes de lit:acción y repulsión son las mismas que para las cargas eléctricas —esto es, la fuerza de atracción o de repulsión es proporcional a las fuerzas de los polos e I nt t'ES a mente proporcional a la distancia que los separa.
Líneas de fuerza
CAMPO MAGNETICO Se puede visualizar el campo alrededor de un imán usando limaduras de hierro, pues éstas se imantan debido al campo del imán y por tanto se alinearán a lo largo de las líneas de fuerza. Si coloca una hoja de papel o plástico por encima de un imán y entonces disemina las limaduras de hierro sobre el papel, hallará que éstas se ordenarán en una serie de líneas que no se cruzan y que terminan en los polos del imán. La concentración de las limaduras nos dará una indicación de la intensidad del campo magnético en los diversos puntos alrededor del imán.
La acción de atracción o de repulsión de los polos magnéticos entre sí, se debe al campo magnético alrededor del imán. Como ya se ha explicado, el campo magnético invisible está representado por líneas de fuerza que salen del imán en el j udo norte y entran al mismo por el polo sur. Las líneas viajan del polo sur i polo norte dentro del imán, de manera que una línea de fuerza es continua y uniforme. Una de las características de las líneas de fuerza magnética es la de que se loa lazan entre sí, sin cruzarse ni tocarse jamás. Si se colocan dos campos naagnéiii os, uno cerca de) otro, según se 'ilustra en los dos imanes de la figura de abajo, ln campos magnéticos no se combinan sino que se reforman, dando un diagrama de flujo distorsionado. (Obsérvese que las líneas de flujo no se cruzan entre sí.)
Revelando el campo "magnético'con de hierro Limaduras de, hierro
Ejemplo de líneas de flujo ,que no se cortan' Céino se disponen :las tiznaduras de hierro
Si acerca los éstos. Si acerca polo norte cerca néticos son muy
polos norte de dos imanes, sentirá una fuerza de repulsión entre los polos sur también habría repulsión, pero si se aproxima un de un polo sur, existirá una fuerza de atracción. Los polos magparecidos a las cargas estáticas en relación a esto. Las cargas o
No se conoce aislante alguno para las líneas de fuerza magnética. Se ha conal aohado que las líneas de flujo atraviesan todos los materiales. Por lo que, la mayoría de los materiales, excepto los magnéticos no producen efecto alguno sobre los campos magnéticos. Los conductores, los aisladores, el aire o incluso un vacío, nu afectan a los campos magnéticos. Sin embargo, éstos pasan más fácilmente pan materiales que por otros. Este hecho permite que las líneas de flujo se puedan concentrar en donde se les usa y hacerlas pasar alrededor de una zona 11 instrumento. En la página anterior se ha mencionado que las líneas de fuerza magnética atraviesan ciertos materiales con mayor facilidad que otros. Se dice que los materiales (pue no dejan pasar las líneas de flujo con tanta facilidad o que parecen dificultar el paso de éstas, tienen una- reluctancia alta comparativamente a los campos magnéticos. Los materiales que dejan pasar o que no obstaculizan la corriente de las líneas de flujo se dice que tienen una reluctancia baja comparativamente los campos magnéticos. Las líneas de fuerza magnética siguen el camino de menor reluctancia; por viajan con mayor facilidad a través del hierro que en el aire. Dado que el aire tiene una reluctancia mayor que el hierro, la concentración del campo magnético se hace mayor en el hierro (en comparación con el aire) porque en Attle, la reluctancia es menor. En otras palabras, el agregado de hierro a un circuito magnético concentra el campo magnético que se está utilizando.
AGN E I
í
46 ELECTRICIDAD BANIC A 411111 las líneas de fuerza (lue viajan de ese moda a empujarse entre si, los imanes se rechazan mutuamente.
--------
-----------------
1
--
Espacio d aire ----- ------------- -
Efecto de una barra de hierro dulce en un campo magnético I
------------
I n un trozo de material sólo se pueden concentrar cierto número de líneas atagnaticas. Esta concentración varía según el tipo de material. Pero una vez lo. ala el máximo, se dice que el material está saturado. Este fenómeno se aprove•n distintas piezas de equipos eléctricos, pero es un efecto muy poco deseado In mayor parte de equipo eléctrico, ya que limita la fuerza de un determinado hecho de un material en particular. Entonces, para el equipo que requiere .mimos magnéticos muy potentes, se necesitará un material de muy alta saa Will magnética o se requerirá incrementar la cantidad de hierro u otro ma.1 magnético.
vaso de magnetismo Las líneas de fuerza magnética se comportan como bandas de goma estiradas. La figura de la página siguiente sugiere el porqué esto es cierto, particularmente cerca del espacio de aire. Observe que en el espacio algunas líneas de fuerza se curvan hacia afuera, al pasar del polo norte al polo sur. Esta curva hacia afuera o efecto de estiramiento, es provocada por la repulsión de cada una de las líneas magnéticas con respecto a las líneas vecinas. Sin embargo, las líneas de fuerza tienden a resistir el efecto de estiramiento y por eso se asemejan a ligas sometidas a tensión. --
----+
---
1. POLOS MAGNETICOS. Las zonas de un imán en donde hay una fuerte concentración del campo magnético. Si se deja oscilar libremente al imán, el polo norte apuntará hacia el norte y el polo sur hacia el sur.
-------- -----•■
Espacio de
2. MATERIALES MAGNETICOS. Los materiales que tienen grupos de átomos llamados dominios. En los materiales desimantados estos dominios están orientados aleatoriamente pero en los imantados, éstos se encuentran alineados en una dirección.
Líneas de fuerza ■■
-----
-----------
------------
------
Polos distintos se atraen Como ya se ha mencionado, las líneas de fuerza magnética tienden a repelerse entre sí. Trazando el diagrama de flujo de los dos imanes con sus polos iguales aproximados, como en el diagrama de la página siguiente, se podrá ver el porqué de esta característica. La reacción entre los campos de los dos imanes es causada por el hecho de que las líneas de fuerza no se pueden cruzar entre ellas. Las líneas por lo tanto, se desvían a un costado y viajan en la misma dirección entre las caras de los
ínea de fuera
3. CAMPO IVJAGNETICO. Líneas de fuerza invisibles que salen del imán por el polo norte y entran por el polo sur. A estas líneas se les llama con frecuen. cia líneas de flujo.
4$
net inti
II■Al>
DAIII0A 1
(1,1401P.
Nleilltla dei 1101 it I numero (It• lowari de nulo por (1910 metro cuadrado (luir dala una represen tación de la intensidad (14 . 1 campo mar nético.
.1 DENSIDAD DI .
OBJETIVOS
hm :u, ',Lujo in, etfilltittNIV,?
APRENDIZAJE—SECCION SIGUIENTE
Avance –El estudio de la electricidad es principalmente el estudio del flujo de corriente y sus efectos: Ya sabe que el flujo de corriente son los electrones en movimiento. Ahora aprenderá más acerca del flujo de corriente.
5. REPULSION DE LOS POLOS. Polos iguales se repelen. EL MOVIMIENTO DE LOS ELECTRONES POR LA BATERIA SE VERIA ASI ,
6. ATRACCION DE LOS POLOS. Polos distintos se atraen. 7. RELUCTANCIA. Medida de la capacidad de un material para concentrar las líneas de fuerza o de flujo. Los materiales de baja reluctancia tienen una fuerte tendencia a concentrar las líneas de flujo. Las líneas de fuerza magnética siguen la trayectoria de menor reluctancia.
Un ejemplo cle ,. líneas que .no
tocan
o
,4•119"1 CE /1719:5741 e + :1-* \ lo o oeo_in a- WO EIW- C) e" / os. ,.e.,. O 0 + e + .e o + Et n--13-, _ _Er e‘ c.1,-* <1_ LaLa uímica \ e+ Cr- q ro + 4:' 0 elenvía los electrones hacia la placa negativa
8. LAS LINEAS DE FLUJO NO SE CRUZAN. Puesto que las líneas de flujo no se cruzan debido a la repulsión que existe entre ellas en un campo magnético, éstas están dispuestas en líneas paralelas.
Autoexamen —Cuestionario de repaso
1. ¿Qué son los imanes permanentes y los imanes temporales? 2. Definir a un polo norte y a un polo sur. 3. Basándose en el modo en que sabe que se comportan los materiales magnéticos, ¿piensa que es necesario que todos los imanes deban tener polo norte y polo sur? ¿Por qué? 4. Dibuje la representación del campo magnético alrededor de una barra de imán y de un imán en herradura. 5. ¿Cuál es la aplicación del concepto de densidad de flujo? Defínala. 6. Establezca las reglas que gobiernan la interacción entre los campos o polos magnéticos. Dibuje los campos para cada uno de los casos de polos iguales y polos distintos. 7. ¿Por qué cree que la saturación es un problema en los equipos que emplean el magnetismo? 8. ¿Qué es la reluctancia? Defina la reluctancia alta y la reluctancia baja. 9. ¿Se pueden cruzar las líneas de fuerza magnética? Explíquelo. 10. ¿Qué le sucede a un campo magnético cuando se introduce un imán? ¿Cuándo se introduce una barra de hierro dulce? Explique los efectos en términos de lo que ya ha aprendido acerca del magnetismo.
a
1 Ivetrones en movimiento
El flujo de corriente es movimiento de electrones blectrones libres en • movimiento
lectnnies fijos
set Ya sabe que los electrones de las órbitas exteriores de un átomo, pueden expulsados con más facilidad de sus órbitas, ya que están más débilmente unidos
50 ELECTRICIDAD BASICA I que los electrones cuyas órbitas están más cerca del núcleo. También sabe que en ciertos materiales llamados conductores (que por lo general son metales, aunque no siempre), se necesita muy poca energía para liberar de esta manera a los electrones exteriores:'_, En la práctica, la temperatura normal de un cuarto es suficiente para liberar a los electrones exteriores de los materiales que son buenos conductores. El resultado es que por lo regular hay un gran número de electrones libres en estos materiales. Debe recordar ahora que un átomo es algo extremadamente pequeño, y que se necesita de un número enorme de átomos para formar un centímetro cúbico (0.061 plg •g. Un detalle interesante es el de que, el número aproximado de átomos en un centímetro cúbico de cobre es de unos 10 24 —que significa la unidad seguida de 24 ceros, es decir, ¡un cuatrillón de átomos!— De manera que si sólo uno de cada cien átomos del centímetro cúbico de cobre está obligado a ceder un solo electrón, debido al calor de la temperatura normal del cuarto, observará que habrá un gran número de electrones libres moviéndose aleatoriamente a través del cobre. El movimiento aleatorio de los electrones libres de un átomo a otro es normalmente el mismo en todas direcciones, de manera que no hay una zona particular del material que pierda o gane electrones. Ahora suponga que su centímetro, cúbico es estirado para formar una pieza de alambre y que una de las terminales del mismo se hace positiva y la otra negativa. Todos los electrones libres en el alambre de cobre serán atraídos hacia la terminal positiva del alambre y repelidos de la terminal negativa. Y por tanto, todos se moverán en la misma dirección a lo largo del alambre, alejándose de la terminal negativa y aproximándose a la terminal positiva. Se llama flujo de corriente, al movimiento de electrones libres en la misma dirección general a lo largo del cable.
¿QUI EN 11 1 E 1 11,11) 111, 1
lisia haleria ( que eN un u11DillIn0 de pilas conectadas entre sí) es un buen medio para mantener un ¡lujo de corriente, ya que, como se verá, es capaz de EL MOVIMIENTO DE LOS ELECTRONES POR LA BATERIA Y EL CONDUCTOR BE VERIA ASI
0 CW \%," zew• 1
+
O -
4
wise -.
Fl,a acción químic nv1.1 a los electrones hacia la placa negativa
oporcionar un flujo constante de electrones a su terminal negativa y de desplalos de su terminal positiva —continuando esto por un periodo prolongado.
t .1 I
MOVIMIENTO DE ELECTRONES EN UN CONDUCTOR ...
Todos los electrones (siendo negativos) son atraídos por las cargas positivas y repelidos por las negativas. Serán siempre atraídos desde un punto que tiene un los mismos(4, (...9 exceso de electrones, hacia un punto que tiene una Una pila eléctrica o batería tiene exactamente la propiedad de poseer un exc so de electrones en su terminal negativa y una escasez de ellos en su terminal positiva. Este desequilibrio se mantiene por la acción química como veremos después. Veamos qué sucede cuando conectamos un conductor entre las terminales de una pila. Se producirá en seguida una fuerza sobre todos los electrones libres del alambre, expulsando a algunos fuera de la terminal del alambre que está conectada a la terminal positiva de la pila. Al mismo tiempo, la terminal negativa de la pila empujará muchos electrones libres hacia la otra terminal del alambre. Cuando los electrones son expulsados de una , de las terminales de una pieza de alambre, habrá un déficit de electrones (y por tanto una carga positiva) en dicha terminal. Similarmente, cuando una gran cantidad de electrones son empujados por alguna fuente exterior hacia la otra terminal del alambre, habrá un exceso de electrones (y por tanto una carga negativa) en dicha terminal. Todo este exceso de electrones no sólo se repele entre sí, sino que también (y mucho más importante) serán atraídos hacia la carga positiva en la otra terminal del alambre. De esta manera se producirá un movimiento continuo de electrones de la terminal con carga negativa hacia la terminal con carga positiva, siempre y cuando una de las terminales del alambre sea abastecida de electrones, mientras que son eliminados de la otra.
hl
Cuando se mueve un electrón se mueven todos
...TODOS ARRANCAN AL MISMO TIEMPO
Cuando se mueve un vagón se mueven todos
r11
1'
14 1 11 1 4 1 1 1A1
11A1411 11 A
1
¿QUE FN FL FLUJO DF UOHUIENTL? N3
h . ' lo, uo piense que los electrones entran en colino ln floitio dimito 1 1 1 1 1 111 otros. Se sabe que las cargas iguales se repelen y que todtrx lo IM rItiCtrOlI V N son negativos. Entonces, cuando un electrón que se mueve se apioxlina a otro, éste será empujado por el campo eléctrico del primero, sin que ninguno de los dos electrones se pongan jamás en contacto. Cuando se inicia un flujo de corriente en un alambre, los electrones se comienzan a mover a través del conductor a un mismo tiempo, así como los carros de un tren marchan y se detienen juntos. Si uno de los carros del tren se mueve, esto hace que todos los demás tengan la misma cantidad de movimiento y los electrones libres de un conductor actúan de la misma manera. Los electrones libres están siempre presentes a través del alambre y si uno de ellos se mueve ligeramente, éste ejerce una fuerza sobre el siguiente, haciendo que se mueva de un modo ligero y así sucesivamente. Este efecto continúa a través de todo el conductor. Cuando los electrones abandonan un extremo del alambre, éste se carga positivamente, haciendo que todos los electrones libres del conductor se muevan en esa dirección. Este movimiento, que se efectúa al mismo tiempo a través del conductor, aleja a los electrones de la otra terminal del alambre y permite que pasen más electrones al conductor por ese punto. ton
Sentido del flujo de corriente
De acuerdo con la teoría electrónica, el flujo de corriente va siempre de la carga negativa ( — ) hacia la carga positiva ( + ). Entonces, si se conecta un conFLUJO DE CORRIENTE CONVENCIONAL
FLUJO DE CORRIENTE SEDO LA TEORIA ELECTRONICA
1
tot 4'1 1 0 le las terminales de una batería, la corriente fluirá de la terminal ( — ) terminal (-l- ). Antes de haberse concebido la teoría electrónica de la materia, ya se utilizaba Ilt electricidad para hacer funcionar la iluminación, los motores, etc. La electricidml se aplicaba pero nadie sabía exactamente cómo funcionaba. Se creía que habla un fluido eléctrico que se movía de ( + ) a ( — ) dentro del conductor. A esta ~repelón del flujo de corriente se le llamó flujo de corriente convencional. Se aliará que el flujo de corriente convencional de (-l-) a ( — ) se usa con fre..encía cuando se trabaja con equipos eléctrico y electrónico. No importa real...cote cuál sea el sentido que elija, siempre y cuando sea consecuente al resolver ualquier problema particular. En todos nuestros estudios sobre la electricidad, seremos consecuentes y emplearemos siempre el sentido del flujo de los electrones como el sentido del flujo .Ir corriente: esto es, el flujo de corriente que va de negativo a positivo. .1 Id
II ti idades del flujo de corriente
El flujo de corriente, como sabe, es el movimiento de los electrones a través de un material. Medimos el flujo de corriente cuando medimos el número de elec!Iones que pasan por un punto dado en• un periodo determinado de tiempo. Ya que un coulomb es la medida del número de electrones presentes, lo podemos ottar como la medida básica del flujo de corriente. Un coulomb se define con proximidad como seis y un cuarto de trillones de electrones (o exactamente 1.9,89 X 10 1›, electrones en términos matemáticos). La unidad del flujo de comente es el ampere, que se define como el flujo de un coulomb por segundo. Así que, un ampere es un flujo de corriente de un coulomb por segundo y dos ampyres es el flujo de corriente de dos coulombs por segundo, etc. No es necesario recordar el número de electrones por segundo que hay en un ~ere; sin embargo, es importante recordar que los electrones en movimiento
/
CORRIENTE ES. INTENSIDAD DE
////
FLUJO N COULO1VIB POR SEGUNDO ES UN ANIPERE 'U
'IP
1.1 . 1
Ut l
11114 IDA io II Atil4 A I
son un flujo de corriente y que el :impere es la unidad di- 11I, tilda do orar flop (1c (a)rrielite. Estaremos empleando este concepto a lo largo de (nd., ttttt 'Niro es tudio de la electricidad. El estudio de la electricidad es el estudio (le los efectos y el control del flujo de corriente. El símbolo "I" se usa en el cálculo y diagramas, para designar el flujo de corriente. Es solamente una manera abreviada de decir flujo de corriente. Encontrará con frecuencia una flecha asociada con "I" para mostrar el sentido del flujo de corriente.
11.5 11.I. 11111u !III.
unniKN i u ?
5
4. CORRIENTE CONVENCIONAL. Flujo de corriente de una carga positiva a una negativa.
5. AMPERE. Unidad de medida del flujo de corriente. Es igual a un coulomb por segundo. I — FLUJO DE CORRIENTE
Repaso del flujo de corriente El flujo de corriente efectúa todo el trabajo necesario para hacer funcionar el equipo eléctrico, desde un simple foco hasta en el funcionamiento del equipo electrónico complejo tal como una radio receptor o transmisor. Para que la co. rriente fluya, debe haber una trayectoria continua entre las dos terminales de una fuente de cargas eléctricas. Ahora suponga que resume lo que ha investigado acerca del flujo de corriente.
1. ELECTRONES LIBRES. Electrones de las órbitas exteriores de un átomo que pueden ser fácilmente expulsados de sus órbitas.
1 A = 1 C/s
I = Corriente
6. "I". El símbolo empleado para designar a la corriente en los diagramas y fórmulas.
Antoexamen — Cuestionario de repaso 1. ¿Qué son los electrones libres? 2. Los conductores tienen muchos electrones libres. ¿Cómo es que no tienen una carga eléctrica? 3. ¿Qué es el flujo de corriente?
ee ec) c) e
e
'7'
11.FLUJO DE CORRIENTE. Electrones libres que se mueven en un mismo sentido dentro de un material.
4. Describa lo que sucede cuando se conecta una pieza de alambre entre las terminales de una batería o una pila. 5. Describa el flujo de corriente en un alambre en términos de la estructura atómica. 6. ¿Todos los electrones de un conductor se mueven juntos? ¿Por qué? 7. ¿Cuál es la diferencia entre la teoría electrónica del flujo de corriente y la del flujo convencional de corriente? ¿Tiene alguna importancia cuál de las dos se use? ¿Cuál es la que emplearemos en todo nuestro estudio de la electricidad?
12.CORRIENTE ELECTRON1CA Flujo de corriente de una carga negativa a una carga positiva.
8. ¿Cuál es la unidad de medida del flujo de corriente? 9. ¿Cómo se define? 10. ¿Cuál es el símbolo para el flujo de corriente?
t5ti
11
I
441114: I N A
ANO A 1
OBJETIVOS DE APRENDIZAJE — SECCION MG( I oNTE Avance—Ahora que ya se sabe acerca del flujo de corriente, aprenderá sobre la fuerza que produce el flujo de corriente. Esta fuerza llamada fuerza electromotriz (o fem) se debe mantener si se ha de sostener el flujo de corriente y para esto se requiere de trabajo (o energía), como se verá posteriormente.
11 U J4> 111,
4 141011P N 1 i ■
1.
?
lis/
jo I I nu • I to y el newton son unidades para la distancia y el peso que los ciennrieli usan en el sistema métrico, el cual está siendo adoptado internacionalmente. Nr lia dado un nombre especial a la unidad de trabajo en el sistema métrico —el joule -. Un joule es igual a unas tres cuartas partes de un pie-libra (para ser ~taus, 1 J.0.7376 pie-lb).
Energía (Trabajo))
Energía (Trabajo))
REQUERIDA
RESULTA
Para elevar = 1 pie-lb
de la caída = 1 pie-lb
1 pie No se efectúa trabajo
Se efectúa trabajo
Energía ( Trabajo ) POTENCIAL (Posición de caída ) = 1 pie-lb
En el Sistema Inglés: BAJA POTENCIA — pocos electrones por minuto
ALTA POTENCIA — más electrones por minuto
Trabajo = Gasto de energía = pie-lb
Energía potencial = Capacidad para el trabajo
En el Sistema Métrico: Trabajo = Gasto de energía = Newton-metro
o, 1 J = Unidad de medida especial para trabajo = 3/4 pie-lb (0.7376 pie-lb )
¿Qué es el trabajo?
¿Qué es la fem (fuerza electromotriz)?
Ya se ha aprendido que la corriente eléctrica es el flujo de los electrones y que su unidad de medida es el ampere, que es igual al flujo de un coulomb por segundo. Para obtener o mantener una diferencia de carga entre dos puntos se necesita energía. Cuando se conecta un conductor entre estos dos puntos, fluirá una corriente. Al gasto de energía se le llama trabajo y tiene una medida como la mayoría de las cosas. En el sistema inglés de medida, que se basa en las libras y los pies, la unidad de trabajo es el pie-libra, esto es, la energía que se necesita para levantar una libra a una distancia de un pie. Por otra parte, si tuviésemos
Se puede preguntar qué tiene que ver toda esta discusión sobre el trabajo con la electricidad, así que veamos cuál es la relación. Es sabido que para separar dos cargas eléctricas se necesita trabajo, entonces por consiguiente, se produce un trabajo, cuando las cargas se acercan. Las cargas separadas o diferencia de potencial, representan el potencial (capacidad) para desarrollar trabajo así como nuestro peso suspendido por encima del piso. Como verá en la sección siguiente, se pueden emplear diversos tipos de energía para generar electricidad; esto es, para mantener una diferencia de potencial. Esta diferencia de potencial es la que hace que los electrones se muevan y por tanto desarrollen trabajo o sean empleados para generar otras formas de energía.
una libra de peso que ya ha sido levantada del piso a una altura de un pie, se podría conectar a un mecanismo y recuperar esa cantidad de trabajo, si lo dejamos caer desde el pie de altura. Cuando el peso se suspende para efectuar trabajo, decimos que tiene una energía potencial, esto es, potencialidad para efectuar traba-
La unidad para la diferencia de potencial es el volt. Un volt se define como la diferencia de potencial necesaria para obtener un joule de trabajo cuando hay
tt
‘• ¿Jul. (*IMANA
ELECTRICIDAD BASICA 1
un flujo de carga de un coulomb. Así que, cuando esto sucede, tenemos tina fuerza electromotriz (fem) —fuerza de movimiento electrónica— o diferencia de potencial de un volt. La diferencia de potencial o fem la medimos en volts y a esta medida le llamamos voltaje. (Y debido a que la fem se mide en volts le llamamos frecuentemente, o bien se hace equivalente con, voltaje.) El símbolo que empleamos para el voltaje es "E" o "V".
a%
'tau()
Di, a (1111.1111, N 1 r
11.11■
':■11
desarrolle trabajo. Siempre que el movimiento de los electrones sea pro_ ,lucidopor un voltaje, se está desarrollando trabajo para moverlos.
qm. Me
A la cantidad de trabajo que se desarrolla cuando los electrones se mueven de un punto a otro se le llama potencia eléctrica. (Se representa con el símbolo "P".) La unidad básica para medir la potencia eléctrica es el watt. Se puede definir como la cantidad de trabajo que se desarrolla en un circuito en el cual está I luyendo una corriente de un ampere, cuando la fem aplicada es de un volt.
VOLTAJE es
la medida de
DIFERENCIA DE PÓTENCIAL No se efectúa trabajo
desarrolla trabajo
TRABAJO ELECTRICO Medida de la capacidad (potencial) para efectuar trabajo de una carga eléctrica = Joules por coulomb de carga transferida 1 J de trabajo por un coulomb de carga transferida .= una fem de 1 V VOLTAJE MEDIDA DE LA DIFERENCIA DE POTENCIAL = E o V
BAJA POTENCIA — pocos electrones por minuto
ALTA POTENCIA más electrones por minuto
¿Qué es la potencia eléctrica? Como ya se sabe, siempre que una fuerza de cualquier clase genere movimiento, se desarrolla trabajo. Cuando por ejemplo, se usa una fuerza mecánica para levantar un peso, se realiza un trabajo. Sin embargo, si se aplica una fuerza que no produce movimiento, tal como la fuerza de un resorte que se mantiene en tensión entre dos objetos en reposo, no desarrolla ningún trabajo. Se sabe que una diferencia de potencial entre dos puntos cualesquiera de un circuito eléctrico hace que éstos sean elevados a un voltaje, el cual (cuando los dos puntos están conectados) hace que los electrones se muevan y fluya una corriente. Este es un- caso obvio de movimiento producido por una fuerza que hace
¿Cómo se mantiene la fem? Para obtener un flujo continuo de corriente es necesario mantener las cargas eléctricas, de manera que la diferencia de potencial o voltaje sea constante en todo momento. Por ejemplo, en las terminales de una batería, esta diferencia es producida por la acción química dentro de la batería y mientras que los electrones fluyen de la terminal ( — ) a la terminal ( ), la acción química mantiene esta diferencia. El generador eléctrico de su carro actúa de la misma manera, con la acción de un conductor que se desplaza a través de un campo magnético,
60 ELECTRICIDAD BASICA
¿QUE
manteniendo una diferencia de carga en las terminales del generador. La energía para mover el conductor a través del campo magnético proviene del motor. La diferencia de voltaje entre las terminales del generador o la batería permanece constante, y las cargas de las terminales nunca son iguales mientras continúe la acción química en la batería y mientras el conductor del generador se mantenga moviendo a través del campo magnético.
UNA BATERIA MANTIENE LA FEDI! Flujo de corriente
oniciNA
EL FLUJO DE CORRIENTE F104? 61
clase de equipo como lámparas eléctricas, motores, radios, etc., con la cande voltaje indicado. El voltaje varía dependiendo del equipo, pero generalmy:ti e es de 120 V en América del Norte. Por ejemplo, este valor en una lámparar, significa que 120 V producirán un flujo de corriente adecuado. Si se emplea uu 'oltaje más alto, dará como resultado un flujo de corriente mayor y esto oplel► , ará la lámpara, mientras que un voltaje más bajo, no proporcionaría suficienO' l'O rriente para hacer que la lámpara ilumine normalmente. Mientras que el flujo dr C orriente hace funcionar al equipo, se necesita una fem o voltaje para prolucü & flujo de corriente, y el valor del voltaje determina la cantidad de corriente fluirá. boda
Oda(
6V FEM
Flujo de corriente
onductor de cromoníquel
120 V El foco funciona normalmente. Corriente normal.
Batería
Batería en descarga 1 Se mantiene la FEM
220V 1
Si no se mantiene una diferencia de cargas en las terminales, como en el caso de las barras cargadas que se muestran abajo, el flujo de corriente haría que las dos cargas se igualaran, mientras que el exceso de electrones de la barra ( — ) se moverían hacia la barra ( ). Entonces el voltaje entre las terminales decaería a cero volts y no se produciría flujo de corriente.
Foco fundido. La corriente excesiva sobrecalentó el filamento del foco.
LAS BARRAS CARGADAS NO PUEDEN 6V FEM
6V FEM
50 V
O V FEM
El foco no ilumina o lo hace opacamente. Corriente demasiado baja para hacer que el filamento del foco ilumine con la brillantez apropiada.
FLUJO DE CORRIENTE NO HAY FLUJO DE CORRIENTE
Barras cargadas
Barras en descarga
No se mantiene a fem
Voltaje y flujo de corriente Siempre que se conectan dos puntos con potenciales distintos, hay flujo de corriente. Mientras mayor sea la fem o voltaje, la cantidad del flujo de corriente es mayor. El equipo eléctrico está diseñado para operar con cierta cantidad de flujo de corriente y cuando ésta se excede, el equipo se puede dañar. Se ha visto
Use el voltaje asignado y fluirá la corriente asignada Repaso de fem o voltaje Para hacer que fluya una corriente, se debe mantener una diferencia de potencial entre las terminales. Cuando la corriente fluye, se necesita energía para mantener esta diferencia y se debe efectuar trabajo. Entonces, la generación de electricidad es la conversión de otras formas de energía en dicha diferencia de potencial. En un dispositivo en el que se va a emplear electricidad, la dife-
62 ELECTRICIDAD BASICA I
NI,
rencia de potencial hace que la corriente fluya y esto se utiliza para convertir la energía eléctrica en alguna otra forma de energía o trabajo. A la cantidad de trabajo desarrollado se le llama potencia. Mencionaremos más acerca de esto en la sección siguiente.
FEM = Fuerza Electromotriz
1. FEM = FUERZA ELECTROMOTRIZ. La fuerza que origina el flujo de corriente. Diferencia de potencial entre las terminales.
V o E = Voltaje
2. V o E = VOLTAJE. Símbolo que se emplea para designar a la fem.
VOLT
3. EL VOLT. La unidad de diferencia de potencial. Es igual al trabajo de un joule por coulomb.
1 . 110 >I >I
Y NE 1,31/11 . 1,1■ .A I .A
111.1,.1-1 NI( 1110A1/?
¿Cuál es la dif•l•ocla principal del flujo de corriente entre dos barras cargadas y el flujo de corriente a través de las terminales de una batería? 6. ¿Qué es lo que se necesita para mantener una diferencia de potencial entre las terminales por las que está fluyendo la corriente? 7. ¿Qué es lo que sucede si no se mantiene la diferencia de potencial? 8. ¿Qué sucede en un circuito en el que el voltaje es muy bajo? ¿Por qué? 9. ¿Qué sucede en un circuito en el que el voltaje es muy alto? ¿Por qué? 10. ¿Qué sucede cuando se aplica la cantidad de voltaje indicado? Explíquelo. 11. ¿Qué es la potencia eléctrica? 12. ¿Cuál es el símbolo para la potencia? 13. Defina al watt como unidad de potencia. 14. Nombre algunas fuentes de energía que se puedan usar para generar potencia.
OBJETIVOS DE APRENDIZAJE — SECCION SIGUIENTE Avance—Ahora que ya se sabe algo acerca lo que es la electricidad, aprenderá cómo se produce ésta y de los diversos usos que se le asignan.
4. ENERGIA. Para proveer un flujo de corriente, se debe mantener una diferencia de potencial. Esto requiere de energía.
POTENCIA
P
EL INSTRUMENTO INDICA UNA CORRIENTE
5. POTENCIA. La cantidad de trabajo desarrollada. En términos de electricidad, representa la energía necesaria para mantener un flujo de corriente.
6. "P". El símbolo para potencia. La unidad para la potencia es el watt. Cuando hay un flujo de corriente de un ampere con una diferencia de potencial de un volt, se genera un watt de potencia.
Autoexamen — Cuestionario de repaso 1. ¿Qué es la fem? 2. ¿Cuál es la cantidad que se emplea para designar la magnitud de la fem? 3. ¿Cuáles son los síMbolos que se emplean para designar a la fem? 4. Defina a la unidad de diferencia de potencial.
La electricidad es el medio para conducir la potencia Ya se ha aprendido acerca de la naturaleza electrónica de la materia y que la electricidad es el flujo de electrones de un punto a otro o la acumulación de electrones en un cuerpo cargado. Es sólo aparente que la mayor parte de materiales posean un equilibrio eléctrico. Lo que se necesita es una fuente de energía externa para poder mantener este exceso y/o deficiencia de electrones cuando la co:riente fluye. Si abastecemos adecuadamente de energía externa a un cierto
SI.
64 ELECTRICIDAD BASICA I dispositivo, podemos generar electricidad. Por otra parte, si abastecemos de electricidad a los dispositivos apropiados, podemos convertir la energía de la electricidad en otras formas útiles, tal como la potencia mecánica para los motores, el calor de los aparatos, la luz para las lámparas, etc, Entonces, la electricidad se puede considerar como el medio para conducir y distribuir convenientemente la potencia. Por ejemplo, la energía de una catarata puede activar a un generador para producir energía eléctrica que se conduce por medio de líneas de transmisión a través de cientos de millas a la ciudad en donde se le usa para proporcionar energía mecánica, luz, calor, aire acondicionado y otras necesidades. Es decir, que en esencia estamos empleando la energía de la catarata cuando usamos esta
VN
convertir otras formas ili•
•
1 . 111/1,111 I'
nt •t - glit
cu la
Y
kr:
I ItluIDAD?
0111
diferencia de potencial que se requiere
lid re producir un flujo de corriente.
MAGNETISMO
electricidad. Potencia mecánica ÁCCION QUIMICA
FROTAMIENTO
0,74 ////
LA ELECTRICIDAD Es
Subestación
PRONIC/D4 POR.
Plantas industriales
Líneas de transmisión
CALOR
¿Cómo se produce la electricidad? La fuente más común de electricidad y en realidad, la de casi toda la energía eléctrica que usamos es la que se obtiene por la interacción de los conductores con los campos magnéticos. La segunda fuente más común incluye a la acción química y el ejemplo que ha visto con más probabilidad es el de la batería. Otras fuentes de energía para generar electricidad son en orden descendente según su importancia, la luz, el calor, la presión y fricción. Recuerde que, generar electricidad
lisos de la electricidad La electricidad se puede usar, a su vez, para producir los mismos efectos que utilizaron originalmente para producir esa electricidad a excepción de la fricción. Estos usos comunes de la electricidad (en orden invertido) son la enerwia mecánica para los motores, la acción química, luz, calor y presión; y para operar dispositivos electrónicos lo cual no consideraremos aquí.
Nt•
Electricidad producida por presión presión producida por electricidad Electricidad producida por energía friccional (electricidad estática) Aunque la electricidad por fricción es la de menor importancia de todos los métodos de producción de electricidad, es conveniente estudiarla ya que tiene algunas aplicaciones útiles y es importante en la comprensión de las cargas eléctricas. Se aprendió anteriormente que la electricidad estática (o por fricción), se puede producir frotando dos materiales distintos. La fuente de energía en este caso proviene de los músculos de su brazo que a su vez, producen la separación de las cargas. Una de las aplicaciones de la electricidad por fricción o estática, es en el dispositivo empleado en la investigación atómica llamado generador de Van
La electricidad producida por presión se llama piezoelectricidad, la cual es gearrada por ciertos materiales cristalinos, Los cristales son arreglos de átomos ordenados en contraste con los materiales no cristalinos cuyos átomos son modelos dispersos. Existen muchos materiales cristalinos en la naturaleza y se pueden hacer muchos más en el laboratorio. Los materiales cristalinos pueden ser eletientos puros o compuestos. Dos ejemplos de cristales que existen en la naturaleza son el cuarzo, que es el mayor componente de la arena común de playa y el diamante, que es la forma cristalina del carbón. Los materiales más comúnmente empleados para la producción de la piezoelectricidad son el cuarzo, el titanato de bario (una cerámica) y las sales de Rochelle.
es
ELECTRICIDAD DAMA I
‘11,11)11411 III,
Si se coloca un cristal hecho con estos materiales entre dos placas de nici al y se aplica una presión sobre las placas, se generará una carga eléctrica. La cantidad de esta carga dependerá de la cantidad de presión que se aplique.
ELECTRICIDAD POIT, PRESION MECANICA O DE SONIDO
PRESIONACUSTICA O MECANICA-
V NI, I, 1\11'1 PA LA
LIAII IIIII l'hm.;
DIFERENCIA DE CARGA
La cantidad de carga producida depende de la diferencia de temperaturas entre ni unión y las terminales opuestas de los dos alambres. Una diferencia de tematora más grande da como resultado una carga mayor. A una unión de este tipo se le llama termopar y producirá electricidad siempre se le aplique calor. Si bien los alambres trenzados pueden formar un termose construyen termopares más eficientes con dos piezas de metales distintos, colachadas o soldadas. EL INSTRUMENTO' INDICA
POR ELECTRICIDAD
Si bien el uso real de la presión como fuente de electricidad (piezoelectricidad) está limitado en aplicaciones de muy baja potencia, se la encontrará en distintos tipos de equipo. Micrófonos de cristal, los fonógrafos de cristal y equipos de sonar que emplean cristales para generar cargas eléctricas por presión. En estas aplicaciones la energía »mecánica proviene de la presión por sonido o energía acústica que mueve a un diafragma que está en forma mecánica acoplado al cristal; o, en el caso del tocadiscos, el movimiento de la aguja está acoplado al cristal. Recíprocamente, si se coloca una carga eléctrica entre las placas de metal, el cristal se distorsionará o cambiará su forma física, generando energía acústica o mecánica. Este es el principio que se usa en los audífonos de cristal. Estas fuentes y usos se encuentran relacionadas con el equipo electrónico y no se discutirán más en nuestro estudio de la electricidad.
19101111i II
CORRIENTE
Ya que el flujo de corriente es proporcional a la temperatura de la unión, un ierinopar se puede usar para medir temperatura cuando se conecta a un dispointivo indicador conveniente. Se usa con frecuencia para este propósito, por ejemplo en el indicador de temperatura de un automóvil. Se pueden conectar muchos termopares para formar una termopila. o generador termoeléctrico. Las wrrnopilas se usan para medir el calor interno de los hornos de alta temperatura; también en los dispositivos térmicos con flama piloto de seguridad en los hornos dc gas caseros, para cerrar la válvula del gas en caso de que el piloto se apague. Estos dispositivos que usan materiales semiconductores se están haciendo más inmunes como sustitutos de las baterías, particularmente para aplicaciones militares. Su mayor ventaja es la de que transmiten potencia siempre que se enciende la fuente de calor. Su mayor desventaja es la de que no son capaces de transmitir mucha potencia aun los de tamaño muy grande y la de que no son muy eficientes.
Electricidad producida por calor (y frío) Si se calienta uno de los extremos de una porción de un metal, tal como el cobre, los electrones tienden a alejarse de la terminal caliente hacia la terminal fría. Si bien esto es cierto en la mayoría de los materiales, algunos, como el hierro, se comportan de otra manera; esto es, los electrones tienden a fluir hacia la terminal caliente. Entonces, si se trenzan un alambre de hierro con uno de cobre para formar una unión, la cual se calienta, el flujo de electrones dará como resultado una diferencia de cargas entre las terminales libres de los alambres. (También se debe mencionar que si se aplica frío, los electrones fluirán, pero en dirección opuesta.) En la ilustración, el quemador proporciona la energía calorífica.
calor producido por electricidad Cuando una corriente fluye a través de un alambre que no es un conductor perfecto, siempre se produce calor. Esto se debe a que una parte de la energía He pierde o se gasta —en forma de calor— al hacer fluir la corriente eléctrica. Los buenos conductores producen menos calor —aunque siempre algo— ya que es fácil hacer que la corriente fluya a través de ellos. Los malos conductores, como por ejemplo, el nicromio, una aleación de níquel y cromo que se usa para hacer piezas para calentadores —produce una gran cantidad de calor cuando fluye una corriente a través de ellos—. El cobre, es por ejemplo, unas sesenta veces mejor conductor que el nicromio. Por eso usamos el cobre cuando deseamos conducir
1. .1.11 , .4 IIII( 111A1) IIANICA
1 1•111,/in/ Cle Y SI
electricidad con una pérdida mínima; y al nicronno cua ndo 1/11, irni1/14 111111114( ¡I calor eficientemente' Los aparatos caseros cotidianos, como las planchas, estufas, tostadores, secadoras, cobertores eléctricos, etc., y calentadores para el hogar, oficinas y fábricas --calentadores de plancha, calentadores para techo, calentadores portátiles, calentadores para piso o baldosa, calentadores de inmersión, etc.— todos usan los efectos de calentamiento de la electricidad.
na a . p n
In 111.14 11(11
1 11,u'11ntlul'llvo y l' OUX!IIIINIVO 5011 muy útiles, particularmente en los sistemas vinctrónicos, la única fuente de cantidades significantes de electricidad por luz (anprende el principio del efecto fotovoltaico. Las celdas solares que se usan para la potencia de los vehículos y satélites espaciales son de este tipo. Veamos cómo mita construida y cómo funciona la celda fotovoltaica.
1
Capa de óxido Placa
.___posterior metálica Flujo de corriente
41
Fuente de luz Placa frontal conductora transparente
Vehículos spaciales
11110 Celda solar
CELDA FOTOVOLTAICA
La mayoría de celdas fotovoltaicas están hechas de selenio o silicio como material básico. La celda se parece a un emparedado de tres capas que consta de una placa posterior de material puro (cobre) cubierta con una capa de óxido «le selenio o dióxido de silicio) que forma el centro del mismo y una capa conductora muy delgada transparente o translúcida como el otro lado del emparewalo. La luz libera electrones de la unión del óxido y la placa anterior. Estos electrones fluyen a través del circuito externo y regresan a la placa posterior. La energía eléctrica de cada celda es muy pequeña, pero si se hacen más grandes para que intercepten más luz o se conectan muchas de ellas, entonces se puede generar una cantidad significativa de potencia. Al menos se puede generar la potencia suficiente, para abastecer al equipo electrónico en los satélites y vehículos espaciales similares. Luz producida por electricidad Electricidad producida por luz La electricidad se puede producir (o controlar) usando a la luz como fuente de energía. Esto ocurre porque los materiales como el potasio, sodio, germanio, cadmio, cesio, selenio y silicio, emiten electrones cuando son excitados por la luz bajo condiciones adecuadas. A esta emisión de electrones se le llama efecto fotoeléctrico. El efecto fotoeléctrico se emplea de tres maneras. La luz produce fotoemisión; el rayo luminoso incidente hace que la superficie emita electrones, los cuales se agrupan para formar una corriente eléctrica. La luz produce un cambio en la forma en que un material conduce electricidad. A esto se le llama efecto fotoconductivo. El tercer efecto es el efecto fotovoltaico; la energía del rayo de luz incidente se convierte directamente en un flujo de electrones. Aunque los efectos
Muchos de los materiales qué son malos conductores, como el tungsteno, brillan al rojo o incluso al color blanco cuando son calentados por el paso de una corriente eléctrica. Este brillo radiante —incandescencia— proporciona luz y calor. La lámpara incandescente funciona de esta manera para producir la mayor parte de la luz que empleamos. La luz se produce también con menos electricidad y calor, por fluorescencia, fosforescencia y electroluminiscencia. Las luces fluorescentes que se usan en las casas, oficinas, fábricas, etc., contienen un gas (argón, vapor de mercurio, etc.), que cuando conduce una corriente eléctrica se ioniza y produce radiación ultravioleta y una parte de radiación visible. Cuando esta radiación incide en la capa fluorescente, que está dentro del tubo de luz fluorescente, produce una luz de color. Usando una mezcla de materiales fluorescentes de diferentes colores se puede producir luz blanca.
72
ELECTRICIDAD BASICA I
Las pantallas para televisores funcionan de acuerdo al prlul ipin de la joslorescencia, en el cual un rayo de electrones incide sobre una superficie cubierta con material fosforescente que a su vez produce luz.
N
¿IMM► Nr PIIIIirtIco. V kr, KM ri.KÁ LA EI,Itt ,
Algunas fuentes de luz funcionan de acuerdo al principio de electroluminiscencia, en el cual, un material sólido produce luz cuando conduce una corriente eléctrica. Este es el principio general por el que funciona el diodo electroluminiscente o emisor de luz, LED (hecho generalmente con obleas de fosfoarseniuro de galio). Estos dispositivos LED se usan en los relojes digitales de pulso, en toda clase de mecanismos para computadoras, calculadoras de bolsillo, sistemas de seguridad y otras aplicaciones electrónicas en la que la luz se requiere para propósitos especiales. Los diodos LED tienen la ventaja de funcionar con baja potencia.
a
'MIMAD?
1,1
® 000r Una sola pila
.
n
Una batería 6V
LA ELECTRICIDAD
PILA DE COMBUSTION'
PRODUCE LUZ POR..
FOSFORESCENCIA
INCANDESCENCIA ELECTROLUMINISCENCIA 1// FLUORESCENCIA
LED
Electricidad producida pa- acción química Las b a terías son la fuente más común de electricidad por acción química. Una pila de combustión es otro dispositivo que se usa para generar electricidad por acción química. Las pilas de combustión tienen la ventaja de ser ligeras y de larga duración pero son demasiado caras y en consecuencia, en la actualidad se usan exclusivamente para aplicaciones militares y programas espaciales. En la pila de combustión se combinan en forma directa gases como el hidrógeno y oxígeno para formar agua y la energía liberada por esta reacción se usa directamente para generar electricidad. Para la mayoría de aplicaciones que requieren de una fuente de potencia portátil o de emergencia se emplean baterías que usan energía química para generar electricidad. Aquí sólo discutiremos con brevedad a las baterías, pero usted las estudiará con mucho más detalle posteriormente cuando haya aprendido más sobre la electricidad.
Una batería_ está hecha frecuentemente de un número de. pilas idénticas conectadas entre sí en un recipiente común. Conectamos así a las pilas para poder obtener más energía que la que se obtendría con una sola. Por tanto, la pila es la unidad fundamental de una batería. Cuando aprenda acerca de las pilas, sabrá acerca de las baterías. Aunque los materiales pueden diferir para las distintas baterías, todas ellas constan de dos placas metálicas distintas llamadas electrodos sumergidas en un electrólito que puede ser una pasta o un líquido. Se encontrarán baterías en muchos circuitos eléctricos y electrónicos. Para leer los diagramas que indican la manera en que están conectados estos circuitos, encontrará que los diversos elementos están representados por una indicación especial llamada símbolo esquemático. Los símbolos esquemáticos mostrados arriba se usan para todas las baterías. No es necesario mostrar todas las pilas en la representación esquemática si anotamos junto a la batería, la energía de salida de la misma, por ejemplo: 6 V. Todas las pilas constan de dos electrodos y un electrólito. La electricidad es producida por las reacciones químicas que se producen entre los electrodos y el electrólito. La pila más simple —la pila húmeda— consta de dos laminillas metálicas de zinc y cobre para los electrodos y de una solución ácida, por ejemplo, de ácido sulfúrico y agua, como electrólito. En una pila seca, como la batería de una lámpara eléctrica de bolsillo, el electrólito se encuentra más bien en forma de pasta que de fluido. Discutiremos después en detalle cómo se obtiene la electricidad por acción química. En la pila de arriba, el zinc se disuelve muy lentamente en el electrólito. A medida que los átomos del zinc entran en la solución, dejan electrones en el electrodo de zinc no disuelto. Generando así el electrodo de zinc una carga negativa. Por un proceso similar, los electrones abandonan el electrodo de cobre para
74 pa...EtrratcmAn
BASICA I
•rnan NIS l'IRODUCE Y NE EMPLEA I.A 111,1Q-11i1( n)AII7
7to
LA ELECTRICIDAD ES FLUJO DE ELECTRONES, POR TANTO, EL FLUJO DE ELECTRONES EN EL CONDUCTOR ES ELECTRICIDAD TERMINAL NEGATIVA (Zinc))
TERMINAL POSITIVA (Cobre)
ELECTROLITO LIQUIDO (Acido sulfúrico y agua)
PILA PRIMARIA
ELECTRODOS DE LA PILA (Placas )
**
PILA PRIMARIA íeon las placas conectadas
Acción química producida por electricidad unirse con los átomos de hidrógeno del electrólito del ácido sulfúrico para formar átomos neutros de hidrógeno y se genera una carga positiva en el electrodo. El electrodo de cobre no se disuelve ya que solamente proporciona electrones. Si las terminales no están conectadas, observará que los electrones son impulsados hacia la placa negativa, hasta que ya no hay espacio para electrones adicionales. El electrólito tomaría suficientes electrones de la placa positiva, para compensar los que fueron expulsados hacia la placa negativa. Ambas placas se cargarían por completo y no existirían electrones en movimiento entre las placas. Ahora suponga que conecta un alambre entre las terminales positiva y negativa de la pila. Vería que los electrones salen de la terminal negativa y viajan a través del alambre hacia la terminal positiva. Puesto que ahora habrá mayor espacio en la terminal negativa, el electrólito conducirá más electrones de la placa positiva hacia la negativa. Siempre que los electrones abandonen la terminal negativa y viajen hacia la terminal positiva por fuera de la pila, el electrólito conducirá a los electrones de la placa positiva a la negativa por dentro de la pila.
Probablemente el ejemplo más común de acción química producida por la electricidad es el de recargar el acumulador de un automóvil. Cuando las pilas del acumulador se usan para generar electricidad, se produce una reacción química. Si se envía una corriente a través de las pilas en sentido opuesto, la reacción se mueve en el otro sentido y la batería se recarga. A las pilas que hacen esto se les llaman pilas secundarias. La mayor parte de pilas secundarias para acumuladores son del tipo de ácido-plomo. En esta pila, el electrólito es ácido sulfúrico, la placa positiva es de peróxido de plomo y la negativa es de plomo. Durante la descarga, el ácido se debilita y ambas placas cambian químicamente a sulfato de plomo. El sulfato de plomo es regenerado a plomo puro en una de las placas, mientras se efectúa la recarga y en peróxido de plomo en la otra, y la potencia del electrólito de ácido sulfúrico aumenta. Otros tipos de pilas secundarias emplean el níquel y hierro, níquel y cadmio, o plata y zinc en un electrólito de hidróxido de potasio. Puesto que la fuerza básica que mantiene unidos a los elementos es eléctrica por naturaleza, no es de sorprender que la electricidad pueda disociar a los com
r
76 ELECTRICIDAD BASICA 1
puestos químicos. A este proceso se le llama electrólisis o acción electrolítica, y es muy importante en la fabricación de muchos metales (aluminio, cobre, etc.) y de otras sustancias. Uno de los usos adicionales importantes de la acción química producida por electricidad está en el electrochapeado. En éste, se producen iones metálicos que emigran hacia un electrodo y se adhieren a él cuando se transforman de iones a metal. Aunque no investigaremos más acerca de la acción química producida por la electricidad en nuestros estudios presentes, no obstante es una parte muy importante de nuestra industria y vida personal.
.
¿ (4)M41 UP
P110,1,1 , 1
r
ti
Hu 1.1\41 . 1.11,A
IA
11,11 lt,41'11111C11)/11/1
7'1
o %.1 0%1
.•1
qrp
RECARGA DE UNA BATERIA o o* o
olÑ
PLANTA ATOMIC A
ECTR\
ELECTROLISIS
ELECTROCHAPEADO
MAGNETISMO
Electricidad producida por magnetismo El método más común para producir la electricidad que se utiliza como corriente eléctrica es el que emplea el magnetismo. La fuente de electricidad debe ser capaz de mantener una diferencia de potencial grande debido a que esa carga se emplea para suministrar corriente eléctrica. Casi toda la energía eléctrica empleada, excepto para equipos de emergencia y portátiles operados con baterías, proviene originalmente de un generador de una planta eléctrica. El generador puede ser accionado por una fuerza hidráulica, una turbina de vapor con calentamiento de carbón, petróleo, gas o energía atómica o un motor de combustión interna. No importa la manera de accionar el generador, la energía eléctrica que produce es el resultado de la acción entre los alambres y los imanes dentro del generador. Recuerde, que la electricidad no produce potencia por sí misma, sino que la conduce. Cuando los alambres se desplazan junto a un imán o el imán se desplaza junto a los alambres, se produce en éstos la electricidad. Ahora se enterará de cómo se emplea el magnetismo para producir electricidad. Uno de los métodos por el cual el magnetismo produce electricidad, es mediante el movimiento de un imán cerca de un conductor estacionario. Si se conecta ,un instrumento de medición muy sensible (un dispositivo para medir el flujo de
urriente) en los extremos de un conductor fijo y entonces se hace pasar un Imán cerca del conductor, la aguja del instrumento se desviará. Esta desviación mdica que se ha producido electricidad en el conductor. Repitiendo el movimiento y observando atentamente el instrumento, verá que la aguja sólo se desplaza cuando el imán pasa cerca del conductor. Colocando al imán cerca del conductor y dejándolo en reposo, no observará ninguna desviación en el instrumento. Sin embargo, al cambiar al imán de esta posición se hace que el instrumento de medición se desvíe, mostrando que el imán el conductor no pueden producir electricidad por sí solos. Para que la aguja •.e desvíe, es necesario el movimiento del imán cerca del conductor. El movimiento es necesario porque el campo magnético o líneas de flujo alrededor del imán, producen una corriente eléctrica en un conductor solamente cuando el campo magnético se mueve a través del alambre. Cuando el imán y su campo están fijos, el campo no se desplaza a través del conductor y no producirá un movimiento de electrones en su interior. Al estudiar los efectos del movimiento de un imán cerca de un conductor, se descubrió que la electricidad sólo se producía mientras el imán y su campo se movían realmente cerca del conductor. Si se mueve un conductor cerca de un imán fijo, también se observará una desviación en el instrumento. Esta desviación ocurrirá sólo mientras el alambre se esté moviendo a través del campo magnético.
-•••••••••••■••••••••,,
F.1.1. :("1 . 11.1e11>A1,
ILASICA
¿COMO
1
MOVIENDO EL IMAN JUNTO AL CABLE
EL IMÁN EN REPOSO
Para emplear el magnetismo con el fin de producir electricidad, se puede mover un campo magnético a través de un conductor o mover éste a través de un campo magnético. En ambos casos, lo que produce la electricidad es el corte transversal de las líneas de flujo o de fuerza por el alambre. Sin embargo, para una fuente continua de electricidad, se necesita mantener un movimiento continuo del conductor o del campo magnético. Para proporcionar un movimiento permanente, habrá que desplazar continuamente hacia adelante y atrás al conductor o al campo magnético. Una manera más práctica, es hacer que el conductor viaje en forma circular a través del campo magnético. Este método de producir electricidad —el del conductor que viaja circularmente a través de los imanes— constituye el principio de un generador de electricidad (dinamo) y es la fuente de la mayor parte de la electricidad que se usa como energía eléctrica. Ya que la electricidad se produce por el corte de las líneas de flujo por el alambre, se puede cambiar la cantidad de electricidad producida cambiando la intensidad del campo magnético o cortando más líneas de flujo con el conductor en un periodo menor. Para aumentar la cantidad de electricidad que se puede producir moviendo un conductor junto a un imán, se podrá aumentar la longitud del conductor que
PItOltlleli Y SIC ilmi . 1,1gA LA
11.
11.I I II 14 I uAii7 1,111'
711111".""* 1
MOVIENDO EL ALAMBRE HACIA ADELANTE Y ATRAS JUNTO .A UN IMAN
CABLE QUE SE DESPLAZA EN CIRCULO ALREDEDOR DEL IMAN
pasa a través del campo magnético, utilizando un imán más potente o mover el Inductor con mayor rapidez. La longitud del conductor se puede aumentar arrollándolo varias veces para formar una bobina. Moviendo la bobina junto al imán acusará en el instrumento una desviación mucho mayor que la que se produce un un solo conductor. Cada vuelta adicional de la bobina agregará una cantidad de electricidad igual a la de un solo conductor.
BOBINA . DE ALAMBRE QUE SE MUEVE JUNTO AL IMAN
Moviendo una bobina o un trozo de conductor junto a un imán débil, se produce un flujo de electrones débil. Moviendo la misma bobina o trozo de conductor a la misma velocidad junto a un imán potente, se produce un flujo de olectrones mayor, según lo indica la desviación de la aguja del instrumento.
+.■•■••••■ 7,1•-••••••••••■•••■Tir, "
tiU
Ici.Ecriumono
IIANICA 1
■a■
rtnlutleg Y N. i m y '
l A
LA
t I
ut
11111
/I
I
Aumentando la velocidad del movimiento también se prodm c oo \ i i ¡tolo de electrones. En la producción de corriente eléctrica, la cantidad dc (itu• sale de un dinamo, por lo general se regula modificando, (1) la potencia del imán o (2) la velocidad de rotación de la bobina. Usted examinará posteriormente con gran detalle cuando estudie los generadores cómo el magnetismo produce electricidad. • AUMENTANDO LA VELOCIDAD DE LA BOBINA DE ALAMBRE JUNTO AL IMÁN,
SIN
FLUJO DE CORRIENTE
USANDO' UN IIIAN MAS POTENTE
Magnetismo producido por electricidad Los campos magnéticos se pueden crear recíprocamente, por medio de la electricidad, tal como se le puede esperar, pues ya sabe que se puede producir electricidad por magnetismo. Cualquier conductor que transporta una corriente actuará como un imán y en realidad lo es. Si el alambre se enrolla en forma de bobina, el imán será más potente. También se le puede hacer más potente si aumenta la
SI SE SUSPENDE LA CORRIENTE, EL CAMPO VIAGNETICO DESAPARECE
corriente. Ya que el campo magnético depende del flujo de corriente; si ésta se suprime, no existirá tal campo magnético. A los imanes temporales de este tipo se les llama electroimanes y al efecto producido electromagnetismo. El electromagnetismo es tan importante en su estudio de la electricidad que la siguiente sección se designa por completo a este tema. Repaso de, ¿cómo se produce la electricidad? La electricidad es la acción de los electrones que han sido expulsados de sus orbitas normales alrededor del núcleo de un átomo. Para expulsar a los electrones de sus órbitas, de manera que se puedan convertir en fuente de electricidad, se requiere de cierto tipo de energía. Se pueden emplear seis tipos de energía:
1. FROTAMIENTO. Electricidad produ_ cida frotando dos materiales.
FLUJO DE CORRIENTE
UN ALAMBRE QUE CONDUCE UNA CORRIENTE PRODUCE UN CAMPO MAGNÉTICO
LIMADURAS DE HIERRO
2. PRESION. Electricidad producida aplicando presión a un cristal de ciertos materiales.
3. CALOR. Electricidad producida calentando la unión de un termopar.
82
WAD IlAblICA 1
4. LUZ. EleetriCidad I que llega a los Juman
ot .40m ida
4. ACCION QUIMICA. La electricidad puede producir la descomposición de los compuestos químicos. Este es el principio que hay detrás de las pilas secundarias que se usan para los acumuladores. También es la base para el electrochapeado y la acción electrolítica.
Vehículos espaciales
5. ACCION QUIMICA. Electricidad producida por la reacción química dentro de una pila eléctrica.
6. MAGNETISMO. Electricidad producida por el movimiento relativo de un imán y un conductor, de manera que se corten las líneas de fuerza. La cantidad de electricidad producida dependerá de: (a) el número de vueltas de la bobina; (b) la velocidad a que se efectúan los movimientos relativos de la bobina y el imán; (c) la potencia del imán.
5. ELECTROMAGNETISMO. El paso de corriente a través de un conductor produce un campo magnético alrededor del mismo siempre que la corriente esté fluyendo. Este es el efecto del electromagnetismo. Limaduras de hierro
Repaso de, ¿cómo se emplea la electricidad? La electricidad o flujo de corriente, la empleamos todos para efectuar numerosas tareas en todos los aspectos de nuestra vida cotidiana, como también de algunas otras maneras que no son muy evidentes. Cuando se emplea la electricidad se convierte generalmente en una forma útil de energía. 1. PRESION. Si se aplica una diferencia de potencial entre las caras de ciertas clases de cristales, como la sal de Rochele, el cristal se distorsionará y producirá presión o movimiento mecánico. Este es el principio que se aplica en los audífonos.
ittl~ auzumanna 0,1111110miana 1111M11111111111111 Mrla nal 11111111•1•11111
2. CALOR. Cuando la corriente fluye a través de un conductor imperfecto, una parte de la energía es gastada por el paso de los electrones. Esta energía se manifiesta en forma de calor. Los malos conductores que no se derriten fácilmente, como el alambre de nicromio, se usan como piezas para los calentadores. 3. LUZ. Cuando se hace pasar suficiente corriente a través de un conductor, éste puede llegar a alcanzar el calor blanco o incandescencia. Esta es la forma en que funciona nuestro foco de luz común, el cual produce tanto luz como calor. Para evitar que el filamento (alambre caliente) se queme, se le encierra dentro de una lámpara con gas inerte. La electricidad también se puede producir por electroluminiscencia, fosforescencia y fluorescencia.
Autoexamen — Cuestionario de repaso 1. ¿Cuáles son las seis fuentes comunes de la electricidad? 2. ¿Cuál de estas fuentes es la más importante? ¿La menos importante? ¿Por qué? 3. Describa cómo se construye un termopar y cómo funciona. 4. ¿Cuáles son los tres componentes necesarios para cada una de las pilas de una batería? 5. ¿En qué se diferencia una pila primaria de una secundaria? ¿En qué se parecen? 6. ¿Cuál es el símbolo para el diagrama de circuito de una pila? . ¿Para una batería? 7 ¿Cuál es la diferencia entre una pila y una batería? 8. Describa el principio básico relacionado con la generación de la electricidad por magnetismo. ¿Qué es lo que determina la cantidad de electricidad producida? 9. ¿Qué es lo que haría para aumentar o disminuir la cantidad de electricidad producida por magnetismo? 10. ¿Cuál es el principio común que está relacionado con la generación de electricidad por medio de cualquier fuente? 11. ¿Cuáles son los cinco mayores efectos producidos por la electricidad? 12. ¿Cómo funciona una lámpara incandescente? 13. ¿Por qué el flujo de corriente en los conductores produce calor? 14. ¿Qué sucede con las limaduras de hierro que se colocan cerca de un conductor o bobina que está conduciendo una corriente? ¿Por qué? 15. ¿Qué sucede con las limaduras de hierro de la pregunta 14 cuando si. suprime la corriente? ¿Por qué?
v11 U ∎ 111()IIN.NI , 111.11\1■1
IIASICA I
OBJETIVOS DE APRENDIZAJE — SECCION
También ha aprendido que ésta es la manegeneralizada de producir electricidad para el hogar, la industria, los 11,i1 os, etc. También aprendió que la electricidad puede generar magnetismo. En 141011 sección verá por sí mismo, cómo se realiza esto con exactitud. .11111VIVNII 1111 e:1111110 111.1glIétiCO.
1,1
Avance—Aprendió anteriormente acerca del magnetismo y solo'. gunos de sus efectos. Ahora sabrá acerca de un tipo de imán muy importante llamado electroimán. El electromagnetismo es uno de los efectos más importantes de la electricidad como verá cuando avance en su estudio.
ELECTROIMAN DE NUCLEO • EN HERRADURA
111.1N
Se han empleado anteriormente imanes permanentes para producir un flujo corriente eléctrica. Se ha visto que se puede generar más electricidad aumenhuido el número de vueltas del conductor, la velocidad del movimiento de la bobina y la potencia del campo magnético. Las primeras dos cosas son fáciles de hacer l'II una dinamoeléctrica práctica, pero es sumamente difícil incrementar la poi."nl'ill de un imán permanente más allá de ciertos límites. Para poder producir 1 1.indes cantidades de electricidad se debe utilizar un campo magnético mucho Mas potente. Esto se logra, como se verá en este tema, mediante un electroimán. 0.0s electroimanes funcionan en base al sencillo principio de que se puede crear 1111 campo magnético haciendo pasar una corriente eléctrica por una bobina de tdainiare. Como se sabe, los electroimanes se distinguen de los imanes permanentes vn que sólo son magnéticos cuando se suministra una corriente. campos magnéticos en torno a un conductor
INVIRTIENDO LOS CAMPOS
Un campo electromagnético es un campo magnético producido por el paso de riente en un conductor. Siempre que hay flujo de corriente, existe un campo magnético en torno al conductor y la dirección de este campo depende del bentido del flujo de corriente. En el grabado aparecen conductores que transportan corriente en distintos sentidos. El sentido del campo magnético es contrario al de las agujas del reloj cuando la corriente circula de izquierda a derecha. Si el Ncutido del flujo de corriente se invierte, el sentido del campo magnético también m• invierte, según las figuras. En el corte transversal del campo magnético que rodea a los conductores, el punto situado en el centro del círculo, representa la cabeza de una flecha indicando que el flujo de corriente sale del papel hacia usted; la cruz representa la cola de la flecha indicando que el flujo de corriente entra en el papel alejándose. 1r 1
Electromagnetismo Ha aprendido anteriormente el hecho importantísimo de que se puede producir un flujo de corriente eléctrica cuando se mueve una bobina de alambre de manera
gf----'
CAMPOS MAGNETICOS ALREDEDOR DE CONDUCTORES QUE LLEVAN CORRIENTE
IPERMANENTE
ELECTROIMANÁ~9 / \\
1
1111
0
Existe una relación definida entre el sentido del flujo de corriente en un onductor y el sentido del campo magnético que lo rodea. Esta relación se puede determinar aplicando la regla de la mano izquierda. Esta regla afirma que si un conductor de corriente se toma con la mano izquierda, con el pulgar apuntando en la misma dirección que el flujo de corriente de electrones, los dedos que
11,El"r1t1(1111A1) 11A %Ir A 1
r
rodean al conductor indicarán el sentido de las líneas de fnet/ a dibujo se muestra cómo se aplica la regla de la mano iv.qiiiel el sentido del campo magnético que rodea a un conductor. fnr
REGLA DE LA MANO IZQUIERDA
/a
lna
lora
En el &feo:Innio
PARA UN CONDUCTOR
Recuerde que la regla de la mano izquierda se basa en la teoría electrónica del flujo de corriente (de negativo a positivo) y se le emplea para determinar el sentido de las líneas de fuerza de un campo electromagnético. Es fácil- demostrar con un experimento que en torno a un conductor por que circula corriente existe un campo magnético. Conecte en serie con un interruptor y una batería de pilas secas un alambre de cobre grueso. Doble el alambre de cobre, para que quede en pie verticalmente e insértelo en el orificio de una
LIMADURAS DE HIERRO
BATERIA DE PILA SECA
Campo magnético
DETERMINACION DEL SENTIDO DEL CAMPO MAGNETICO UTILIZANDO N
S LA BRUJULA
Y LA REGLA DE LA MANO IZQUIERD
INTERRUPTOR
LAS LIMADURAS DE HIERRO INDICAN LA FORMA CIRCULAR DEL. CAMPO MAGNETICO
lulors.IMMITININA.
o
til
boja de hiena /401t0V11111,1 1'11 IHIsiti011 horizontal. Cerrando el Interruptor se espin to l o subir 1. 1 Incita limaduras as de hierro —que tienen la propiedad de orientarse I() largo de las líneas de fuerza en el campo magnético—. Se dan unos golpecitos a la lucita para facilitar que las limaduras de hierro adquieran tal posición. Si se efectuó este experimento, verá entonces que las limaduras se disponen en círculos concéntricos, demostrando que las líneas de fuerza magnética forman una figura circular en torno al conductor. Para probar que la figura circular o obedece en realidad al campo magnético, se podría abrir el interruptor y distribuir uniformemente las limaduras sobre la lucita, repitiendo la operación. Cada vez o i ne pasa corriente por el circuito, las limaduras se disponen de tal manera que indican el campo magnético. Para demostrar experimentalmente el sentido del campo magnético alrededor ole un conductor por el que circula una corriente, se puede usar una brújula en lugar de las limaduras de hierro. La brújula no es otra cosa que una pequeña barra imantada que se orienta ole acuerdo con las líneas de fuerza de un campo magnético. Se sabe a raíz de la demostración anterior que el campo magnético es circular. Por tanto, la aguja de la brújula siempre se orientará en ángulos rectos con respecto al conductor que conduce la corriente. q Si se—quitan las limaduras de hierro de la lucita y se coloca en ella la brújula a unas dos pulgadas o cinco centímetros del conductor, se puede trazar el sentido del campo magnético que rodea al conductor. Cuando la corriente no circula, el polo norte de la brújula apuntará hacia el polo norte magnético de la Tierra. Al pasar corriente por el conductor, la aguja se orientará formando un ángulo recto con un radio que parte del conductor. Si desplaza la brújula alrededor del conductor, la aguja se mantendrá siempre en ángulo recto con respecto a éste. Esto demuestra que el campo magnético que rodea a un conductor es circular. Aplica Ido la regla de la mano izquierda podrá corroborar el sentido del campo onagnéticu. que aparece indicado por la aguja de la brújula. El sentido en que los dedos rodean al conductor es el mismo que el polo norte de la aguja de la brújula.
LUCITA ALAMBRE DE COBRE GRUESO
11I
BRUJULA
Conductor que lleva corriente
-
CU
'W'
ttH
nn
141A11 q M‘11 A 1
11 ,1.1 . 1 1111>MAI.N11.1111510
SI se invierte el sentido de la corriente, la aguja de la Inunda apout,11.1 dirección opuesta, indicando que el sentido del campo magnético Me 1111 11~101(111 Aplicando la regla de la mano izquierda se confirmará esta observaelon Campos magnéticos en torno a una bobina Los campos magnéticos alrededor de una bobina de alambre son en extrenio importantes para muchas de las piezas del equipo eléctrico. Una bobina de alambre que transporta una corriente se comporta como un imán. Si se dobla un trozo de conductor de alambre formando una espira, las líneas de fuerza que rodean al conductor, saldrán todas ellas por uno de los costados de la espira y entrarán por el otro. Entonces, la espira de alambre que conduce corriente hará las veces de un imán débil con su polo norte y su polo sur. El polo norte está en el lado en que las líneas de fuerza salen de la espira y el polo sur por el que entran en la espira. Si desea aumentar la potencia del campo magnético de la espira, puede arrollar el alambre varias veces según se ve en la figura, formando una bobina como la que se muestra. Entonces los campos individuales de cada espira estarán en serie, formando un potente campo magnético dentro y fuera de la espira. En los espacios comprendidos entre las espiras, las líneas de fuerza están en oposición y se anulan las unas a las otras. La bobina actúa como una potente barra imantada, cuyo polo norte es el extremo desde el cual salen las líneas de fuerza de la bobina.
Campos magnéticos alrededor de una espira y de una bobina
,11, 1 e la /x11111111 l'II el mismo sentido que el flujo de corriente el pulgar apuntará liarla el polo norte de la bobina. Agregando más vueltas a una bobina que conduce corriente se aumenta el '511111( . 1 . o de líneas de fuerza, haciendo que actúe como un imán más potente. Al aumentar la corriente también se refuerza el campo magnético. Los electroimanes potentes tienen bobinas de muchas vueltas y transportan toda la corriente que permite el calibre del alambre. Para comparar bobinas que tengan el mismo núcleo o núcleos similares, se lalliza una unidad que se denomina amper-vuelta. Esta unidad es el producto di• la corriente en amperes por el número de vueltas del alambre.
AUMENTANDO EL NUMERO DE VUELTAS MENTA LA FUERZA DEL CAMPO imp
AUMENTANDO LA CORRIENTE AUMENTA LA FUERZA DEL CAMPO
También existe una regla de la mano izquierda para determinar el sentido del Campo magnético de las bobinas. Si se colocan los dedos de la mano izquierda
Si bien la potencia del campo de un electroimán aumenta si se emplea un gran flujo de corriente y muchas vueltas para formar la bobina, estos factores no concentran al campo generalmente lo suficiente como para aprovecharlo en un dispositivo práctico. Para Tamentar todavía más la densidad de flujo, se inserta en la bobina un núcleo de hierro. Ya que,el núcleo de hierro ofrece una reluctancia (oposición) mucho menor á las líneas de fuerza que el aire, la densidad de flujo (concentratáón) aumenta en forma considerable en el núcleo de hierro.
Norte
o
o
/0'1
0
REGLA DE LA MANO IZQUIERDA PARA BOBINAS
AG EGAN DO UN NUCIE0 DF IIIURRO ÚNItNTA LA DENSIDAD DF EL
/ Hl
1111
11114 114A11
11APilt1 A
1.1.1. 1111151 4.-111
1
denior.trar éóino es el campo magnético alrededor de una bobina (11e una corriente, tomando un trozo de alambre y dándole la forma de-uno bobina que Se hace pasar por algunos agujeros en una pieza de lucita de plástico. El resto del circuito es el mismo, como los que muestran en los campos magnetieos alrededor de un conductor. Cuando diseminamos limaduras de hierro sobre 1.1 lucha y se hace pasar corriente a través de la bobina, dando unos golpecitos a la Incita hará que las limaduras de hierro se orienten en paralelo a las líneas de fuerza. Sí así lo ha hecho, observará que las limaduras de hierro han formado el mismo diagrama que el de un campo magnético alrededor de una barra de imán.
Hec
e
'SI
t rtt t 111 a u
1-,:t se dobla el núcleo de hierro formando una herradura y se utilizan dos bobinas, una en cada extremo de la herradura como aparece en la figura, las lineas de fuerza viajan a lo largo de la herradura y a través del espacio de aire, produciendo un campo sumamente concentrado a través de ese espacio, cuanto Inas pequeño sea el espacio, tanto mayor será la densidad de flujo entre los polos.
Lárnina de plástico
ELECTROIMAN DE NUCLEO -EN HERRADURA
Batería LAS LIMADURAS DE HIERRO REVELAN LA FORMA DEL CAMPO MAGNETICO ALREDEDOR DE UNA BOBINA
Si se quitan las limaduras de hierro y se coloca la brújula dentro de la bobina, ésta se orientará a lo largo del eje de la bobina, con el polo norte apuntando hacia el polo norte de la bobina. Recuerde que dentro del imán o la bobina, las líneas de fuerza corren del polo sur al polo norte. El extremo de la bobina en donde está el polo norte se puede determinar aplicando la regla de la mano izquierda para las bobinas. Sí se coloca la\ brújula fuera de la bobina y se la va desplazando desde el polo norte hacia el polo sur, la aguja seguirá la dirección de una de las líneas de fuerza a medida que vaya pasando del polo norte al polo sur. Si se invierte la corriente de la Bobina, la aguja de la brújula también invertirá su sentido.
1
O' O
Los campos' se ayudan
Para producir un campo así, el flujo de corriente de las bobinas conectadas en serie tiene que producir dos polos magnéticos contrarios en los extremos del núcleo. Invirtiendo una de las bobinas, los dos campos se opondrán entre sí, anulando el campo en el espacio de aire.
INVIRTIENDO LOS CAMPOS
1.
Los e aMPÓS
se oponen
En los instrumentos para medir electricidad se utilizan imanes permanentes en herradura. En los motores y dinamos eléctricos también se emplea un tipo de electroimán similar. Todas estas aplicaciones requieren de la colocación de una bobina de alambre entre los polos del imán y él uso de su interacción mutua ya sea para emplear o generar electricidad.
Brújula
COMPROBANDO EL SENTIDO DEL CAMPO MAGNÉTICO CON LA I3RUJULA
Si colocó un núcleo de hierro dentro de la bobina y comprobó los campos, observó que hay una fuerte concentración del campo magnético en el núcleo de hierro, tal como lo esperaba debido a su estudio de los efectos del hierro sobre los campos magnéticos.
POLOS ELECTROMAGNETICOS
Polos
11A?,1( A
I 1111114
Repaso de electromagnetismo
loNA IIN
2. CAMPO MAGNETICO DE UNA ESPIRA O BOBINA. Una espira genera un campo magnético exactamente de la misma manera que una barra de imán. Si se unen varias espiras en serie para formar una bobina se genera un campo magnético más potente. Para determinar la polaridad magnética de la bobina se usa la regla de la mano izquierda.
3. INTENSIDAD DE CAMPO. Aumentando el número de vueltas de una bobina aumenta la intensidad del campo y aumentando la corriente de la bobina, también aumenta la intensidad del campo. Se puede introducir un núcleo de hierro para concentrar al campo en forma considerable (aumentar la densidad de flujo) en las terminales de la bobina. El ampervuelta es la unidad que se usa para comparar la intensidad de los campos electromagnéticos.
=4,
1. ¿Que son los electroimanes y para qué se usan? 2. Dibuje el campo magnético que rodea a un conductor. Muestre la polaridad y el sentido de la corriente y del campo. 3. Describa un experimento que demostraría lo que dibujó en la pregunta número dos. 4. ¿Cuál es la regla de la mano izquierda para un conductor que transporta una corriente? 5. Invente una regla para la relación entre un conductor que conduce corriente y su campo para el caso de flujo de corriente convencional. 6. Nosotros hemos afirmado que el campo magnético alrededor de una bobina será mayor que el de un alambre conductor (bajo las mismas condiciones de corriente). ¿Por qué? 7. ¿Cuál es la regla para determinar la dirección del campo alrededor de una bobina? 8. ¿Cuáles son los factores que determinan la intensidad de un campo magnético alrededor de una bobina que conduce corriente? 9. ¿Pensaría que una bobina de dos vueltas que transporta una corriente de 10 A tendría la misma intensidad de campo que una de 20 vueltas que lleva una corriente de un ampere? ¿Por qué? ¿Cuál sería la intensidad relativa del campo de las dos bobinas, si la corriente de la segunda se cambiara a dos amperes? ¿A 0.5 A? 10. Si tomase una pieza de hierro en forma de herradura y arrollara bobinas en cada una de las terminales libres y entonces las conecta entre sí y a una fuente de electricidad, ¿cómo explicaría las siguientes observaciones? (a) Paso de corriente, pero sin campo magnético o bien uno muy débil. (b) La polaridad de los polos del electroimán se invierte cuando la corriente se invierte. (c) La polaridad de los polos se invierte cuando las bobinas se enrollan en sentido contrario. OBJETIVOS DE APRENDIZAJE — SECCION SIGUIENTE Avance—Ahora que ya sabe acerca del electromagnetismo, podrá saber acerca de una aplicación importante del electromagnetismo, acerca de cómo éste se emplea en los instrumentos de medición para medir el flujo de corriente y el voltaje. rapillfaMaIIMIN
LECTURA CORRECTA DEL INSTRUMENTO
In permanente
J,
Electsoirná
1
9111■11■1001 1111771
o
Autoexamen -- Cuestionario de repaso
1. CAMPO ELECTIR)m Ac Ni , . M'O. La corriente que pasa por un conductor produce un campo magnético cuyo sentido está determinado por el sentido del flujo de corriente. El sentido del campo magnético producido se determina aplicando al conductor la regla de la mano izquierda.
rn
10 IIU Mr1111
777
4. CAMPOS DE LOS IMANES PERMANENTES Y ELECTROMAGNETICOS. Los campos electromagnéticos son mucho más intensos que los de un imán permanente y se les utiliza en maquinaria eléctrica sumamente práctica. Cuando se emplean electroimanes la intensidad del campo puede variar modificando la cantidad de corriente que pasa por las bobinas del campo.
LECTURA INCORRECTA DEL INSTRUMENTO
94
!DAD ILANICA 1
.a 11510 1 . 11N(
Dispositivo móvil básico de un instrumento
ONA
II N
IN?.
I 1(1 i NI EN 10
M
ION?
ON
¿COMO FUNCIONA UN INSTRUMENTO DE MEDICION'?
Hasta aquí ya se han aprendido suficientes hechos acerca de la elecirieldad y el magnetismo para estudiar una aplicación práctica muy importante en los instrumentos de medición —los dis p ositivos que miden el flujo de corriente.
AMPERIMETROS VOLTIMETROS OHMIMETROS MULTIMETROS
MEGOHMETRO® VOLTAMPERIMETRO
El galvanómetro funciona en base al principio de la atracción y repulsión magnética. De acuerdo con este principio, que ya ha aprendido, polos iguales se rechazan y polos distintos se atraen. Esto significa que dos polos norte magnéticos se rechazarán lo mismo que dos polos sur, mientras que un polo norte y un polo sur se atraerán mutuamente. Esto lo podrá corroborar si suspende una barra imantada en un eje rígido entre los polos de un imán en herradura. Si se deja a la barra imantada girar sobre sí misma libremente, encontrará que lo hace hasta acercar su polo norte todo lo posible al polo sur del imán en herradura, y su polo sur está lo más cerca posible del polo norte del imán en herradura. Si hace girar la barra a una posición distinta, sentirá que trata de volver a la posición en que los polos opuestos están lo más cerca posible. Cuanto más trate de desviar a la barra imantada de esta posición, mayor será la fuerza que notará. La fuerza máxima se manifiesta cuando la barra imantada se hace girar hasta la posición en que los polos iguales de cada uno de los imanes están lo más cerca posible.
COMO EJERCEN SU' FUERZA LOS POLOS MAGNETICOS
GALVANOMETRO DE BOBINA MOVIL
1)
o
Cómcifunciona el galvanómetro y no tendrá dificultad en comprender la mayoría de los instrumentos que encontrará en el futúro.
Hasta ahora ha utilizado instrumentos de medición para saber si pasa o no corriente y en qué cantidad. A medida que vaya avanzando en el estudio de la electricidad, irá utilizando instrumentos cada vez con mayor frecuencia. Los instrumentos son el brazo derecho de todo el que trabaja en electricidad o elec■ Fónica, de modo que ha llegado el momento de que usted sepa cómo funcionan. Todos los instrumentos que ha utilizado y casi todos los que utilizará, están basados en el mismo tipo de dispositivo móvil, este dispositivo se basa en los principios de un instrumento para medir corriente denominado galvanómetro de bobina móvil. Casi todos los instrumentos modernos de medición emplean como dimiositivo básico el galyanómetro de bobina móvil, por lo tanto, cuando sepa onlo funciona, no tendrá problemas para entender todos los instrumentos de medición que empleará en el futuro.
LA BARRA IMANTADA Gira para acercar los polos opuestos lo más posible
LA BARRA IMANTADA Se resiste al giro de
la mano porque polos iguales se rechazan
Las fuerzas de atracción y repulsión entre polos magnéticos son mayores cuando se emplean imanes más potentes. Esto podrá comprobarlo sí fija un resorte espi ,11 en la barra imantada, de manera que no haya tensión en el resorte cuando lis.
90
KLE("I
It 14
01Au unta< A 1
UN INN I IIUM
polos norte de los imanes están lo más cerca posible. Con los imanen un esta posición, la barra imantada por lo regular giraría con libertad basta una posición que aproximase todo lo posible su polo norte al polo sur del imán en herradura. Con el resorte sólo girará en parte hasta una posición en que la fuerza de giro magnética sea contrarrestada por la fuerza del resorte. Si reemplazase la barra imantada por otra más fuerte, la fuerza de repulsión entre polos iguales sería mayor y la barra imantada avanzaría más en sentido contrario a la fuerza del resorte.
III
Int M 1,11' ION?
9'/
SI no pasa ((aliente, la bobina carecerá de fuerza magnética y girará a una i aatletón que no produzca tensión en el resorte. Si se hace pasar una pequeña 11111 tenle eléctrica por la bobina, ésta se imanta y las fuerzas magnéticas —entre ha hollina imantada y el imán en herradura— hacen girar la bobina hasta que la 1111`17,f1 de rotación magnética se equilibra con la fuerza del resorte. Si se hace • Ilcular por la bobina una corriente mayor, la fuerza magnética de la bobina aumenta y la bobina gira todavía más, oponiéndose a la tensión del resorte.
REEMPLACE LA BARRA ' IMANTADA CON UNA BOBINA.
POTENCIA DEL IMAN EN 1
,t).Çts
....... ....... "!! 0
No
La tensión del resorte actúa para acercar a los polos iguales
I III N
La tensión del resorte anantlene a la bobina en esta posición cuando no , pasa corriente.
Y LA BOBINA SE COMPORTA COMO. IMAN CUANDO PASA CORRIENTE ............ •••
IMAN DEBIL GIRA 45°
((--)
IMAN MAS POTENTE GIRA 90°
! La cantidad de corriente determina basta donde girará la bobina contra lá fuerza de tensión del resorte.
.................................
• 1•••••
LUZ
Si retira la barra imantada y la reemplaza por una bobina de alambre tendrá un galvanómetro. Siempre que pase corriente eléctrica por ella, la bobina hará las veces de imán. La potencia de esta bobina imantada dependerá del tamaño, forma y número de vueltas de enrollado, y de la cantidad de corriente que circula por ella. Si no se modifica para nada la bobina misma, la fuerza magnética de ésta dependerá de la cantidad de corriente que circule. Cuanto mayor sea la intensidad de corriente en la bobina, tanto mayor será la fuerza magnética de la bobina imantada.
Si desea determinar cuánta corriente pasa por un circuito, lo único que debe hacer es conectar la bobina al circuito y medir el ángulo con que ésta se desvía de su posición en reposo. Medir este ángulo y calcular la cantidad de corriente que hace que la bobina gire a este ángulo es sumamente difícil. Sin embargo, conectando a la bobina una aguja indicadora y montando una escala para que la recorra, se puede leer la intensidad de corriente directamente en la escala. Ahora que le ha agregado una escala y una aguja indicadora, ya tiene un instrumento básico para medir corriente continua, conocido como dispositivo móvil tipo D'Arsonval, que depende del funcionamiento de los imanes y sus campos magnéticos. En realidad en este tipo de instrumento hay dos imanes; uno, permanente y estacionario en herradura; siendo el otro un electroimán. El electroimán consiste en unas vueltas del conductor sobre una armazón o cuadro, montado en
9t0
1,1.1..1' I
II,ANIt'A
¿POMO
I
VI/N4 PINA IIN
irwn I
¿PI
NI I I,It 1111V
111
AMPERIMETROS
VOLTIMETROS OHMIMETROS MULTIMETROS ...
..
MEGOHMETROS®
•
VOLTAMPERIMETROS
GALVANOMETRO DE BOBINA MOVIL
un eje que se apoya en dos cojinetes de rubíes. En la bobina se ha colocado una aguja indicadora muy liviana que se desplaza con ella indicando la cantidad de corriente que pasa por ella. Al circular corriente la bobina se convierte en un imán cuyos polos son atraídos y rechazados por los polos del imán en herradura. La fuerza del campo magnético de la bobina depende de la intensidad de la corriente. A mayor corriente se produce un campo más potente, que aumenta las fuerzas de atracción y repulsión entre los lados de la bobina y los polos del imán. Las fuerzas magnéticas de atracción y repulsión hacen que la bobina gire, de manera que los polos opuestos de la bobina y el imán se acercan. A medida que la corriente aumenta, la bobina se imanta más e incrementa su rotación porque las fuerzas magnéticas entre la bobina y el imán son mayores. Como el ángulo que se desvía, la bobina depende de la cantidad de corriente que pasa por ella, el instrumento indica directamente el flujo de corriente. Aunque todos los instrumentos de medición que encuentre funcionan bajo el principio de la interacción entre los campos magnéticos, hay algunas modificaciones que se le pueden presentar. Por ejemplo, se puede preguntar por qué no está asociado el imán permanente con la parte móvil del instrumento y el electroimán con la parte fija. Esto eliminaría la necesidad de transportar corriente a través de los resortes. En realidad existen instrumentos que se construyen y se emplean de la manera arriba descrita. Sin embargo, estos instrumentos de medición, son mucho menos sensibles porque la potencia del imán permanente es muy limitada debido a su tamaño pequeño; y también, son menos precisos porque es difícil controlar los campos magnéticos implicados. Los instrumentos de medición de este tipo son muy baratos y se encuentran en los equipos más económicos.
Consideraciones sobre el dispositivo móvil Mientras los galvanómetros son útiles para medir corrientes extraordinariamente pequeñas en el laboratorio, no son portátiles, compactos ni resistentes como para emplearlos en el campo. El moderno dispositivo móvil se basa en los principios del galvanómetro pero es portátil, compacto, resistente y de fácil lectura. La bobina está montada en un eje que encaja en dos cojinetes de rubíes. Para indicar la intensidad de la corriente se coloca en la bobina una aguja liviana que se desvía con ella. Los resortes en espiral colocados en cada extremo del eje, ejercen fuerzas de giro contrarias entre sí sobre la bobina y ajustando la tensión de uno solo de los resortes, se puede ajustar la aguja del instrumento con el cero de la escala. Dado que los cambios de temperatura afectan por igual a los dos resortes, los efectos de giro de los resortes se eliminan entre sí. A medida que la bobina del instrumento comienza a girar, uno de los resortes se pone en tensión ofreciendo resistencia, mientras el otro se afloja. Además de ofrecer tensión, los resortes se aprovechan para conducir la corriente desde las terminales del instrumento a través de la bobina móvil. Para que la fuerza de giro aumente uniformente a medida que la corriente aumenta, los polos del imán en herradura son de forma semicircular. Esto permite que la bobina esté lo más cerca posible de los polos norte y sur del imán perma-
000
11.111,U
1101C:11)M>
¿como
nAret■ n 1
14■11A
tu,
11-1/4111111M
Int! 14,
”1 .
M141►11110N?
1011
rente. La cantidad de corriente necesaria para desviar la a tollo batid adn1,1 hasta su punto máximo depende de la fuerza del imán y de la cantidad ' lo vueltas, del alambre de la bobina móvil.
Ajuste a cero
1
Para colocar la aguja indicadora en el cero de la escala cuando no pasa «miente, se usa un tomillo de ajuste a cero que está situado en la parte ulterior del instrumento. Este ajuste se hace con un pequeño desatornillador y debe verificar siempre que se use el instrumento, en particular si se cambia de la posición vertical a la horizontal.
[TORNILLO DE AJUSTE A CERO
¿Cómo leer las escalas de los instrumentos? Cuando trabaja con electricidad, es necesario que sepa leer con exactitud las escalas de los instrumentos para determinar si el equipo trabaja correctamente y descubrir qué falla tiene el equipo que no funciona bien. Muchos factores pueden inducir al error en la lectura de la escala; por eso conviene que los tenga en cuenta cada vez que utilice un instrumento de medición. Encontrará que en la escala del instrumento no se utilizan los extremos del cuadrante. En casi todos los instrumentos, las lecturas más exactas son las que se hacen cerca del centro de la escala. Cuando la corriente se mide con un amperímetro, un milia-rnperímetro o microamperímetro, se debe elegir la escala del instrumento de manera que ofrezca una lectura lo más cercana posible al centro de la misma. No todos los medidores se pueden utilizar en las posiciones vertical y horizontal. Debido a la construcción mecánica de muchos instrumentos, la exactitud varía considerablemente con la posición en que se les coloque. Por lo regular los instrumentos para tableros están calibrados y ajustados para la posición vertical. Los instrumentos que se utilizan en muchos equipos de prueba y en algunos equipos electrónicos han sido fabricados para usarse en posición horizontal.
AJUSTE A CERO LEE L INSTRUMENTO
Las escalas que se utilizan para medir corriente están marcadas en divisiones iguales, por lo general con un total de treinta a cincuenta divisiones. La lectura siempre debe hacerse desde una posición perpendicular a la faz del instrumento. Dado que las divisiones son pequeñas y que la aguja indicadora está separada de la superficie de la escala, la lectura de la posición de la aguja desde un ángulo provocará una lectura inexacta —con frecuencia de hasta una división completa de la escala—. Este error de lectura se denomina paralaje. La mayoría de los
1
instrumentos son levemente inexactos debido a la construcción de los mismos
111111•1111111~1~
10Y
I,
1 1111 MAI/ BASICA 1
FUNCIONA
y una lectura errónea adicional por paralaje podría dar un lumtinido 14111111111111101' equivocado. Algunos instrumentos de precisión están construidos con un espejo en la escala. Para tomar lecturas en estos instrumentos se alinean la aguja con su imagen en el 'espejo y su ojo antes de leer la medición. Esto elimina el problema del paralaje.
151=11111111111■1111,"
LECTURA CORRECTA DEL INSTRUMENTO
1111
iii 1 111,1‘1 11.N l'O 11. 1,
51 It 1111 111F-Fi
I
11.0
de los lb A, pero tina corriente superior pucd, al aparato. Si bien la escala del instrumento puede que sea de cero a quince amperes, su Amplitud útil con fines de medición estará comprendida entre 1 y 14 A. Cuando la aguja indique una corriente de 15 A, es probable que la corriente verdadera sea muy superior, pero el instrumento sólo puede registrar el máximo de su escala. l'or este motivo, el máximo útil de la escala de cualquier instrumento siempre es levemente menor que la cifra máxima que figura en ella. Una corriente 0.1 A sería sumamente difícil de leer en este instrumento, porque no movería la aguja lo suficiente como para que la lectura se pueda diferenciar del cero. Corrientes más débiles, por ejemplo de 0.001 A no harían, mover a la aguja del instrumento, las que por consiguiente no podrían medirse en absoluto con este instrumento. La escala útil mínima de un instrumento nunca se extiende por debajo del cero, sino que alcanza únicamente hasta el punto en el cual la lectura puede ser diferenciada del cero. Wad de eiu U I, lile que DO par-e
durar
ar.Arai~
LECTURA INCORRECTA DEL INSTRUMENTO ,wrosy.,
Cuando la aguja indicadora señala una intensidad de corriente comprendida entre dos divisiones de la escala, por lo general se toma en cuenta la división más próxima. Sin embargo, si se desea una lectura más exacta se calcula la posición de la aguja entre las divisiones y se suma la diferencia entre ambas divisiones a la lectura de la escala de menor valor. El cálculo de la posición de la aguja se denomina interpolación, proceso que aplicará de muchas otras maneras cuando trabaje con electricidad.
LA LECTURA DEL INSTRUMENTO ES 23.6 A
o Escala útil de un instrumento
Repaso de, ¿cómo funciona un instrumento de medición?
La escala de un amperímetro (un amperímetro mide la corriente en amperes) indica la corriente máxima que se puede medir con ese instrumento. Toda corriente que exceda ese valor puede causar graves daños al aparato. Si un amperímetro tiene una escala de cero a quince amperes, servirá para medir toda inten-
Aunque se pueden tener pocas razones para abrir un instrumento de medición para repararlo, es muy importante que comprenda el principio por el que funciona para que pueda saber cómo usarlos y cuidarlos adecuadamente. Como puede suponer, los instrumentos de medición son frágiles y se deben manejar con cuí-
¿eme 00 . 1
NI
PI II /1,
I
A
11111111,14
ELIteutlen)An nAul( A
dado. Siempre que se use o se genere electricidad, se emplean 0111,0,,,,,euloit de medición para indicarnos qué es lo que está sucediendo en los 141Htellilift eléctricos. Por tanto es indispensable que aprenda muy bien cómo leerlos adecuadamente.
1, BOBINA DEL INSTRUMENTO DE MEDICION. Bobina móvil que actúa como un imán cuando una corriente pasa por ella.
2. DISPOSITIVO MOVIL DEL INSTRUMENTO DE MEDICION. Instrumento medidor de corriente que consta de una bobina móvil suspendida entre los polos de un imán en herradura. La corriente de la bobina hace que ésta gire.
3. PARALAJE, Error de medición en un instrumento debido a la lectura desde un ángulo.
re?
ION
3. ¿Por que cree que es necesario manejar los instrumentos de medielon con cuidado? 4. ¿Qué es lo que sucede sí se introduce una corriente en un medidor que excede ligeramente la escala de lectura máxima? ¿Qué sucede si la corriente es mucho mayor? 5. ¿Se pueden usar los instrumentos de medición en cualquier posición? Explíquelo. 6. ¿Qué haría si al tomar algunas mediciones con un instrumento encuentra que la aguja no marca cero, aun cuando no hay paso de corriente? 7. ¿Qué es el paralaje? ¿Cuál es el efecto del paralaje en las mediciones con un instrumento? ¿Cómo sucede esto? 8. ¿Qué es la interpolación de un instrumento de medición? ¿Nos da la interpolación resultados más precisos? ¿Es siempre necesaria la interpolación? 9. ¿Qué es lo que se considera normalmente como escala útil de un medidor? 10. En los instrumentos de medición que hemos estado considerando, ¿qué cree que sucedería si invirtiera los cables conductores que se conectan al medidor en un circuito que dio una medición normal anteriormente? ¿Diría que un instrumento de medición se tiene que conectar de una manera particular? OBJETIVOS DE APRENDIZAJE—SECCION SIGUIENTE Avance—Ya ha aprendido cómo funciona un instrumento de medición. Mima puede aprender cómo se conecta y se usa para medir un flujo de corriente Un instrumento de medición que se conecta para medir el flujo de corrleo te se llama amperímetro.
AMPERIMETRO
LA LECTURA oilI DE nNeSuTeiRw:M ielE a::: ES 23.6 A `{Interpolación
4. INTERPOLACION. Cálculo de la lectura del medidor entre dos divisiones de la escala.
%%%%%
y.sc ALA
Dril.,
Onminiiinuottoo 9 AMPEUES
5. ESCALA UTIL DEL INSTRUMENTO DE MEDICION. Unidades de medición del flujo de corriente
Autoexamen —Cuestionario de repaso 1. ¿Por qué los instrumentos de medición son dispositivos eléctricos importantes? 2. ¿Cuál es el principio del funcionamiento de la bobina móvil del instrumento de medición?
Ya ha aprendido que la unidad del flujo de corriente es el ampere y que MON corresponde al movimiento de la cara (electrones) a la razón de un coulowl, segundo y que un coulomb es igual a 6.28 trillones de electrones. También ytt ha aprendido cómo el flujo de corriente produce campos magnéticos y enluto
MI,
II
PI
4114 IhrAII
•1,1?,14',1
¿COMO SZ MIDA
se emplea este principio en la construcción de un instrumento de medirlo(' examinaremos el uso práctico que se les asigna a estas aleas para medh la corriente. Al dispositivo que se emplea para medir la razón del flujo de corriente a trit vém de un material conductor, y para exponer esta información de tal manera quo se la pueda emplear, se le llama amperímetro. Un amperímetro indica en amperes, el número de electrones que pasan por un punto dado en el material (que en 1.1 práctica es casi siempre un alambre conductor). Para poder efectuar esto, el amperímetro se debe conectar al conductor de tal manera que pueda contar todos los electrones que pasan sin dejar que alguno de ellos se deslice sin ser contado. La única manera de hacer esto es interruni piendo el conductor o abriendo la línea, como se le llama e insertarle el amper/ metro físicamente. Cuando un amperímetro se conecta de esta manera a un alambre que se usa para transportar corriente a una lámpara eléctrica se dice que el amperímetro esta en serie con la lámpara. El símbolo esquemático para el amperímetro es u/1 círculo con la letra "A" o "I" dentro del mismo.
00ZitilLN tb.? 10 1
Incendios se mide en vasos. En cualquier clase de medición se requiere de unidad que sea práctico dado que la intensidad de la corriente raras 1 , ( . ./ excede los mil amperes, el ampere se puede utilizar satisfactoriamente como 1(1,1(1 para las corrientes superiores a un ampere. Sin embargo, no conviene 111.1110 como unidad para corrientes menores de un ampere. ',I la intensidad de corriente está entre un milésimo de ampere y un ampere, unidad de medida que se emplea es el miliampere (se abrevia mA), que N'avale a la milésima parte de un ampere. Para intensidades menores de un 1110/impere se emplea el microampere (se abrevia frA) que equivale a un millonord1110 de ampere. Los instrumentos que se utilizan para medir intensidades de lente de miliamperes se llaman miliamperímetros, mientras que los que se 111plean para las de microamperes se llaman nzicroamperímetros. Las unidades medida están subdivididas de tal manera que la cantidad expresada en una atndad se puede convertir fácilmente en otra, sea más grande o más pequeña. Las fracciones tales como, mitades, cuartos, terceras, etc., se usan raramente .11 ( . 1 trabajo eléctrico; se prefiere por lo general los decimales. Por tanto un medi.lor indicaría una lectura de la mitad de un ampere ( 1/2 ) ya sea como "0.5 A" o
,..,101,1
Hin)
amo "500 mA". 4 Línea
T
1
Lámpara
Lámpara
•
Sin amperímetro Amperímetro conectado en serie con la línea para medir la corriente de la lámpara.
1 000
MON
1 000 MA= 1 AMPERE 1111 1:11111 1,111:
Siempre que usted use un amperímetro, la agu ja indica en la escala del instrumento el número de amperes del flujo de corriente que es también el número de coulombs que pasan por segundo.
:::::::::: :: ::::::::
1 000 000
000 000
pA= 1 AMPERE
¿Cómo convertir las unidades de corriente? ¿Cómo medir corrientes pequeñas? Si bien el ampere es la unidad básica para la medición del flujo de corriente, no siempre conviene utilizarla. Raras veces la intensidad de la corriente excede los mil amperes, pero a menudo puede ser únicamente la milésima parte de un ampere. Para medir corrientes de menos de un ampere se requiere otra unidad. Ni el vaso de agua se mide en galones ni el caudal de agua que sale de una toma
Para trabajar con electricidad tiene que saber convertir una unidad de corriente en otra. Dado que miliampere (mA) representa la milésima parte de un ampere, los miliamperes se pueden convertir en amperes corriendo la coma decimal tres cifras a la izquierda. Por ejemplo, 35 mA equivalen a 0.035 A. Para encontrar la solución correcta se deben hacer estos dos pasos. Primero hay que locallza la posición original del punto decimal, y entonces se desplazan tres cifras a 1.1 izquierda, convirtiendo así la unidad de miliamperes en amperes. Si en el 1111 mero no aparece ningún punto decimal, siempre se tiene entendido que está des
,1111~~11`
la
¿('ONU) 141,
0018 ELECTRICIDAD BASICA I
pués de la última cifra del número. En el ejemplo que llenaos dado el punt,, decimal de referencia está después del número 5 y para convertir miliamperer, en amperes se le debe correr tres cifras a la izquierda. Dado que a la izquierda (1(.1 punto decimal sólo hay dos cifras, se agrega un cero a la izquierda del número para que aparezca una tercera cifra, según lo hemos indicado.
CONVERSION DE MILIAMPERES A AMPERES ,11,1131,
1/1111110,1111,?
11)i/
Si la corriente original está en arnperes y la desea expresar en microamperes, debe' á correr el punto decimal seis cifras a la derecha. Por ejemplo, tres ampe0 es equivalen a 3 000 000 de /121 porque el punto de referencia después del tres se ha deíiplazado seis cifras a la derecha, con el agregado de seis ceros para obtener las cifras necesarias. Para convertir miliamperes en microamperes se mueve el vinito decimal tres cifras a la derecha. Por ejemplo, 125 mA equivale a 125 000 A añadiéndose los tres ceros para obtener las cifras decimales necesarias.
35 mA ? ampere 01,h .11.11.,■,.,
Corra el punto decimal tres cifras a la izquierda.
35. MA
UNIDADES DE CORRIENTE
Corra et punto decimal seis cifras a la izquierda.
125.
6,0>c
K5
P.A =
.000125
A
IIMEIZI1■111.11111•1~M......17======',1,27,,M51119,02■55
Cuando convierta amperes en miliamperes desplace el punto decimal tres cifras a la derecha en vez de hacerlo a la izquierda. Por ejemplo, 0.125 A equivalen a 125 mA y 16 A son 16 000 mA. En estos ejemplos, el punto decimal se ha movido tres cifras a la derecha de su posición de referencia, agregándose tres ceros en el segundo ejemplo para quedar los decimales necesarios.
CONVERSION DE AMPERES EN MILIAMPERES
MICROAMPERES EN MILIAMPERES •
Corra el punto decimal tres cifras a la izquierda,
25.A ".2
125
,7.161■Lair.r.-
AMPERES EN MICROAMPERES
Corra el punto decimal seis cifras a la derecha.
3.A =
3O00000,
A
.125 A = ? miliamperes Corra el punto decimal tres cifras a la derecha. Corra el punto decimal tres cifras a la derecha.
125.mA =125
000. ILA
MA Miliamperímetros y microamperímetros Imagínese que está trabajando con una corriente de 125 I.LA y que debe expresar esta corriente en amperes. Si hace la conversión de una unidad grande a una unidad chica correrá el punto decimal a la derecha; mientras que si convierte de una unidad pequeña a una unidad grande correrá el punto decimal a la izquierda. Siendo el microampere la millonésima parte del ampere, la unidad más grande es el ampere. Entonces la conversión de microamperes en amperes representa el paso de una unidad pequeña a una unidad grande y se debe mover el punto hacia la izquierda. Para convertir millonésimos de unidades en unidades, el punto decimal se debe desplazar seis cifras a la izquierda, de manera que 125 fiA equivalen 0.000125 A. El punto de referencia de los 125 /LA está después del 5, y para poder desplazar el punto decimal seis cifras a la izquierda deberá agregar tres ceros adelante del número 125. Cuando convierta microamperes en miliamperes desplazará el punto decimal sólo tres cifras a la izquierda de manera que 125 fiA equivalen a 0.125 mA.
Un amperímetro cuya escala abarque de O a 1 A es en realidad un miliamperímetro con una escala de cero a mil miliamperes. Como en electricidad raras veces se usan las fracciones, en la escala de cero a un ampere la lectura de 1/2 se interpreta como 0.5 A o 500 miliamperes (mA). Para escalas menores de 1 A se utilizan miliamperímetros y microamperímetros. Si se utiliza corriente comprendida entre un miliampere y mil miliamperes utilizará miliamperímetros para medir la intensidad de la corriente. Para corrientes menores de un miliampere se emplean microamperímetros de escala conveniente. Las corrientes muy pequeñas, de un microampere o menos, se miden con instrumentos especiales de laboratorio llamados galvanómetros. Por lo regular no se deberá usar el galvanómetro porque las corrientes que se usan en los equipos eléctricos están comprendidas entre 1 microampere y cien amperes, por lo cual se les puede medir con el microamperímetro, el miliamperímetro o el
I Ial
11;1,Ker1011111141/ 114/111 A 1
amperímetro de la escala que corresponde. Las escalas de I microamperímetros, como las de los amperímetros, aparecen en multIplos de cinco o diez porque a esos múltiplos se les puede convertir con facilidad en otras unidades. Al utilizar un instrumento para medir corriente, la lectura máxima de la escala siempre deberá ser mayor que la corriente máxima que se habrá de medir. Un método seguro para medir corriente consiste en empezar con un instrumento cuya escala sea mucho mayor de la que se espera medir, determinando así el instrumento que le conviene emplear.
r
¿romo MIL MIAU. LA
4
0111111,,N11 . .
i
101
haza transportar la mayor parte de la corriente. Este shunt permite que sólo pequeña parte de la corriente fluya realmente a través de la bobina del lie.n (miento de medición. Por lo general se emplea un medidor de O a 1 mA, en el shunt del tamaño apropiado conectado entre las terminales para obtener la escala deseada. El miliamperímetro de escala 0-1 es el dispositivo móvil básico que se empleará en muchos de los tipos de medidores que usted utilizará. Otras escalas de corriente básica son las de 0-100 pA y 0-50 pA.
,11. le l
1111.1
MEDIDOR de 0-1
Miliamperímeto
IMAN PERMANENTE
BOBINA MOVIL
I 1 = mA
i
I I=mA .01
I = 999 mA
• "4> I=1 A
SHUNT
1 A I= -
DISPOSITIVO MOVIL DEL FLUJO DE CORRIENTE EN UN AMPERIMETRO CON SHUNT AMPERIMETRO
Microamperímetro
Aunque el dispositivo móvil básico esté calibrado a 0-1 mA, es común tener el selector graduado de manera que la escala completa corresponda al valor del shunt. En el caso de arriba, la escala del medidor estaría graduada de 0-1 A. Amperímetros de escala múltiple
¿Cómo convertir las escalas de un amperímetro? Las escalas de un medidor se pueden convertir usando imanes de distintas potencias o cambiando el número de vueltas de una bobina, ya que estos cambios alterarían la cantidad de corriente necesaria para una desviación completa de la escala. Sin embargo, el alambre que se usa en la bobina siempre debe ser lo suficientemente grande para transportar el máximo de corriente para la escala a que está destinado el medidor; por tanto, cambiar el tamaño del alambre sólo sería práctico con escalas para pequeñas corrientes, ya que un alambre grande no se puede emplear como una bobina móvil. Para mantener el tamaño del alambre y el de la bobina pequeños, los dispositivos móviles de un medidor se encuentran por lo regular limitados a una escala de un miliampere o menos. También, para usar un medidor para .más de una escala, no es práctico cambiar el imán o la bobina cada vez que se cambie la escala. Para medir grandes corrientes, se usa un medidor de baja escala con un shunt, que es un alambre grueso que se conecta a través de las terminales del me-
Ha visto que se puede modificar la capacidad del amperímetro mediante el empleo de shunts. La capacidad variará de acuerdo con el índice de resistencia del shunt. Algunos amperímetros se fabrican con varios shunts internos y con un juego de interruptores que conectan en paralelo distintos shunts para medir corrientes diferentes. Así, un sólo dispositivo móvil se puede aprovechar como amperímetro de escala múltiple. El cuadrante del instrumento tiene una escala para cada capacidad. En el diagrama de la página siguiente aparece un amperímetro de capacidad múltiple sin escalas de 0-3, 0-30 y 0-300 A. Observe estas escalas en el cuadrante del instrumento. Cuando se emplea un amperímetro de capacidad múltiple para medir una corriente desconocida, siempre se usa primero la capacidad máxima, después la que le sigue y así sucesivamente, hasta que la aguja se desplaza en la parte media de la escala. De esta manera podrá tener la seguridad de que la corriente no es exagerada para la capacidad del instrumento, y jamás sufrirá la infortunada experiencia de quemar el dispositivo móvil o de que la aguja se doble contra el tope
0 L°
1,1 1, 1 11/4
1rA11
11A141* A
II
1A ,
¿COMO
:17
1I
Fuente de potencia; y 1 - 111111(1V la parte del medidor mareada c.011 ( + ) a L, palie qm . está conectada con la terminal positiva ( + ) de la fuente de potencia.
f 0
o 0
( 1) TERMINAL
( — ) TERMINAL NEGATIVA
POSITIVA
) TERMINAL POSITIVA
— ) TERMINAL NEGATIVA
30 3 --
rn-1
FL
/—\300
LAMPARA
En algunos amperímetros múltiples se utilizan shunts externos, prescindiendo de los shunts internos con su correspondiente llave selectora. Para modificar la capacidad de esos instrumentos se requiere el cambio del shunt por el que co rresponda. El amperímetro del diagrama está calibrado para leerse como 30 A en la escala completa utilizándolo con el shunt para 30 A.
FLUJO DOE CORRIEN1rE 41,
-11.■■■=121115.01.■
AMPERIMETRO
CONEXION DE UN AMPERIMETRO EN FORMA GRAFICA
Shunt para 3 A
Shunt para 300 A
AMPERIMETRO
CONEXION DE UN AIVIPERIMTRO EN DIAGRAMA
Shunt para 30 A
Repaso de ¿cómo se mide la corriente? ¿Cómo conectar los amperímetros a un circuito? Todos los amperímetros que se han descrito se llaman medidores de corriente directa; esto es, están diseñados para los circuitos en los que el sentido del flujo de corriente es constante. Cuando observa un medidor de este tipo, notará que sus terminales están marcadas con (+) y (—). Estas marcas le dicen cómo se debe conectar el medidor al circuito eléctrico. Recordará que para que el medidor dé las lecturas en forma correcta, es necesario que los campos magnéticos tengan la polaridad apropiada. Esto significa que la corriente debe pasar por el medidor en sentido correcto. La regla para conectar un amperímetro, un miliamperímetro o un microamperímetro en el sentido apropiado es muy simple. Conecte la terminal del medidor marcada con ( — ) a la parte abierta del circuito dispuesta para conectar el medidor que aún está conectado a la terminal negativa ( — )
Para repasar lo aprendido sobre medición de corriente, consideremos algunos de los importantes hechos que se han estudiado.
1. AMPERE. Unidad que i ndica el flujo de electrones, equivalenite a un coulomb por segundo.
41
1mA=T15-6
2. MILIAMPERE. Unidad de corriente que equivale a la miléssima parte de un ampere.
~~~1~1~~, 1 11
.
¿COMO
1 1,14 1 Hit 'DAD itmdICA 1
o 0
POSITIVA
7£RMINAL
-
+,
POSITIVA
NEGATIVA
9.
CONEXION DE UN AMPERIMETRO. Los amperímetros siempre se conectan en serie con el circuito, de manera que toda la corriente del circuito fluya a través del amperímetro. Las conexiones se hacen abriendo el circuito y conectando la terminal ( — ) del medidor al alambre que aún está conectado .1 la terminal ( — ) de la fuente de po tencia; y similarmente para la terminal ( ) del amperímetro.
I I
LAMPARA
AMPERIMETRO CONEXION DE UN AMPERIMETRO EN FORMA GRÁFICA
115
TERMINAL
FLUJO DE CORRIENTE
6. MICROAMPERIMETRO. Instrumento utilizado para medir corrientes entre la millonésima parte de un ampere y la milésima parte de un ampere.
II N
NEGATIVA
5. MILIAMPERIMETRO. Instrumento utilizado para medir corrientes entre la milésima parte de un ampere y un ampere.
(mil
AMPERIMETRO DE ESCALA MULTI PLE. Un solo dispositivo móvil de un instrumento empleado para medir distintas escalas de corriente. Cada escala requiere de un shunt diferente. Los shunts pueden estar dentro del dispositivo móvil del medidor y ser controlados por un juego de interruptores o pueden ser exteriores, en cuyo caso están conectados en paralelo con los bornes del medidor.
4. AMPERIMETRO. Instrumento utilizado para medir corrientes de un ampere y superior.
1 ; TERMINAL
A
8.
3. MICROAMPERE. 11 tildad de corrien te que equivale a la millonésima parte de un ampere.
P A 'l ool 00
hl, M 00)1 0
AMPERIMETRO CONEXION DE UN AMPERIMETRO EN DIAGRAMA
utoexamen—Cuestionario de repaso
1. Defina la unidad básica de corriente y nombre al instrumento que se entpled para medirla. 2. Defina al miliampere y al microampere. ¿Por qué y cuándo se emplean estmi términos? 3. Calcule las siguientes conversiones:
IMAN PERMANENTE
BOBINA MOVIL
7. DISPOSITIVO MOVIL BASICO DE UN AMPERIMETRO. Dispositivo móvil de 0-1 mA (miliamperímetro) con un shunt de alambre entre las terminales del instrumento de medición para aumentar su rango de escala.
Convertir a amperes 10 000 mA 10 000 /LA 2 500 mA 1 000 mA 33 500 mA
Convertir a miliamperes 0.250 0.525 1.330 0.002 0.055 1 000 13 200
A A A A A in4 ALA
Convertir a microaniplinni 0.35 mA 0.022 mA 1.000 mA 13.435 mA 1.000 A 0.035 A
1 00,
1,1«
11111 11/AD 11A1111'4
4. Dibuje un circuito eléctrico que t'atestoe la manera en que se conecta 1111 amperímetro a un sistema. Use una batería y una lámpara como los otros elementos del circuito. Indique el sentido del flujo de corriente y la polaridad apropiada del medidor. 5. ¿Qué son los microamperimetros y los miliamperímetros? ¿En qué se diferencian de un amperímetro?
¿COMO
1\111/1,,
1, VO1. 1
A.111i
107
y utilizará como unidad el volt. Los voltajes inferiores a 1 V y los que superan los 500, no se emplean, salvo en aplicaciones especiales de equipos eléctricos y
electrónicos.
6. ¿Para qué se emplea un shunt? 7. Muestre la manera de conectar un shunt para hacer un amperímetro. 8. ¿Cuáles son las escalas útiles del dispositivo móvil básico de un instrumento? 9. Suponga que tiene un dispositivo básico móvil de 0-250 pA, y que desea convertirlo a un medidor de 0-10 A. Muestre cómo se conecta el shunt y cómo se distribuirían las corrientes entre el shunt y el dispositivo móvil del medidor ti con un flujo de corriente de 5 A.
Kilovoltímetro 1 V —
1 kV =kV 1 000 1 000
1 V -= 1 COO mV = 1 000 mV
10. ¿En qué se diferencian los medidores de escala múltiple de los medidores de una sola escala? Si no está seguro de la cantidad de corriente que está fluyendo en el circuito, ¿con cuál escala del medidor multirrango comenzaría si va a medir la corriente en un circuito? OBJETIVOS DE APRENDIZAJE—SECCION SIGUIENTE Avance—Así como un amperímetro mide la corriente, un voltímetro mide la diferencia de potencial o voltaje. En la sección siguiente, encontrará cómo se emplea un instrumento para medir el voltaje. Milivoltímetro
1 kV = 1 000 V 1 mV — 1 V 1 000 1 = 1
1 000 000
Microvol imetro Unidades de voltaje La fuerza electromotriz entre dos cargas diferentes se suele expresar en volts; pero, cuando la diferencia de potencial sólo representa una fracción del volt o supera los 1 000 V, se emplean otras unidades. Para voltajes inferiores a un volt se utilizan milivolts y microvolts, de la misma manera que los microamperes y los miliamperes expresan intensidades de corriente inferiores a un ampere. Si bien la corriente raras veces excede los mil amperes, el voltaje puede superar a menudo los 1 000 V, entonces se emplea como unidad de medida el kilovolt (se abrevia kv) —igual a 1 000 V—. Cuando la diferencia de potencial entre dos cargas está comprendida entre 1/l000 V y 1 V, la unidad de medida que se aplica es el nzilivolt (se abrevia mV). Cuando está entre un Vr000000 V y 1/iodo V, la unidad que corresponde es el microvolt (se abrevia IN). Los instrumentos para medir voltaje tienen sus escalas marcadas en microvolts, milivolts, volts y kilovolts, según las unidades de voltaje que habrán de medir. Por lo común trabajará con voltajes comprendidos entre 1 y 500 V,
Conversión de unidades de voltaje Las unidades para medir el voltaje se convierten de la misma manera que las unidades de corriente. Para convertir milivolt en volts se desplaza el punto decimal tres cifras a la izquierda; para convertir volts en milivolts se mueve el punto decimal tres cifras a la derecha. Del mismo modo, al convertir microvolts en volts se traslada el punto decimal seis cifras a la izquierda, y para convertir volts en microvolts se desplaza el punto decimal seis cifras a la derecha. Estos ejemplos demuestran que para convertir unidades se aplican las mismas reglas en el voltaje que en la intensidad de corriente. El prefijo kilo (que significa mil) no se emplea para expresar intensidad de corriente, pero ya que se le utiliza para expresar voltaje, deberá saber convertir kilovolts en volts y a la inversa. Para convertir kilovolts en volts se corre el punto decimal tres cifras a la derecha; para convertir volts en kilovolts se mueve el punto decimal tres cifras a la izquierda. Por ejemplo, 5 kV son 5 000 V. Ya que el punto decimal está después del 5, para obtener las cifras necesarias se añaden
118
ELECTRICIDAD BANICA 1
¿COMO
tres ceros. Además 450 V equivalen a 0.45 kV porque corrido tres cifras a la izquierda.
t• I
plinto d • titinal 1.(•
CONVERSION DE UNIDADES DE VOLTAJE
VOLTS A KILOVOLTS
KILOVOLTS A VOLTS
Corra el punto decimal tres cifras a la izquierda.
Corra el punto decimal tres cifras a la derecha.
450 V = .45 kV
5 kV = 5 000 V
si:
MlIn El. VIII, A ,
11
011)
La resistencia multiplicadora determina la amplitud de la escala del voltímetro. Dado que la resistencia ya está incluida en el interior de la mayor parte (le los voltímetros que habrá de utilizar, estará en condiciones de medir el voltaje con sólo hacer unas conexiones sencillas. Siempre que la terminal (+) del instruinento esté conectada con la terminal (+) de la fuente de voltaje, y que la terminal ( —) del instrumento lo esté con la terminal ( — ) de la fuente de voltaje, sin que se conecte ninguna otra cosa en serie, el instrumento indicará en forma directa el voltaje. Cuando se utiliza el voltímetro es importante observar que la polaridad del instrumento esté en su debida posición y que el instrumento que se utiliza tenga una amplitud de escala superior al voltaje máximo que se espera medir.
Dispositivo móvil
básico del instrumento'
VOLTS A MILIVOLTS
MILIVOLTS A VOLTS
Corra el punto decimal tres cifras a la derecha.
Corra el punto decimal tres cifras a la izquierda.
15 V = 15 000 mV
500 mV = .5 V
Voltaje a medir
1 + Corriente del instrumento
Flujo de corriente
VOLTS A
MICROVOLTS
Resistencia
multip icador7-1
Corriente del circuito
MICROVOLTS A VOLT 11111111111111111111111111111111111111111111111111111
Corra el punto decimal seis cifras a la derecha. 15 V = 15 000 000 pV
+so
Corra el punto decimal seis cifras a la izquierda. 3 505 A V .003505 V
¿Cómo funciona un voltímetro? Como se sabe, un amperímetro mide la intensidad del movimiento de cargas a través de un material; y que la cantidad del flujo de corriente a través de un material dado varía directamente con la diferencia de voltaje. Esto es, si la diferencia de voltaje es mayor, entonces el flujo de corriente será mayor. El voltaje se mide con un instrumento que se llama voltímetro. El voltímetro consiste en un amperímetro en serie con una pieza de material especial llamada resistor que limita el flujo de la corriente. El voltaje se determina midiendo la corriente que circula por el circuito del instrumento. Cuando se usa un resistor para un voltímetro (lo cual aprenderá posteriormente), entonces se le llama resistencia multiplicadora. Cuando el voltaje es alto para un amperímetro y una resistencia multiplicadora determinados, el flujo de corriente es más grande; cuando el voltaje es bajo, el flujo de corriente será pequeño. La escala del instrumento se puede marcar o graduar en volts y ser leída directamente. Puesto que deseamos mantener la corriente en el circuito del voltímetro tan baja como sea posible para que la conexión del voltímetro no altere otras mediciones, el instrumento que se usa es siempre un miliamperímetro o un microamperímetro.
Símbolo para el voltímetro
oiniunffmnummiummiiiimiimonii
Un voltímetro está siempre conectado a través de la fuente del voltaje a medir. Cuando se conecta de esta manera, el voltímetro está en circuito paralelo. ¿Cómo usar un voltímetro? El voltímetro se usa para medir la diferencia de potencial eléctrica en cual quier parte de un circuito. Si se va a medir una fuente de voltaje, como una
CONECTE UN VOLTIMETRO MAS CON MAS — MENOS CON MENOS
¿como
020 ELECTRICIDAD BASICA 1
batería, la parte negativa ( — ) del voltímetro siempre se debe conectar con la parte negativa ( — ) y la parte positiva ( ) del voltímetro con la parte positiva de la batería ( ). Si se invierten estas conexiones, la aguja del instrumento se desplazará a la izquierda del cero y no se podrá efectuar la lectura. Al circuito eléctrico por el cual circula la corriente se le llama comúnmente carga y puede constar de un solo elemento tal como una lámpara, o puede ser en extremo complejo como en el caso de todos los dispositivos que están conectados a la salida de un gran generador. Cuando se utiliza el voltímetro para medir la caída de voltaje a lo largo de una carga, la terminal negativa se conecta con la parte de la carga por la cual los electrones entran (la parte — ); mientras que la terminal positiva se conecta con la parte de la carga por la cual salen los electrones (la "arte ).
Jiu opladamente y que la escala sea correcta. Es potencia tan pronto como sea posible si nota que ∎ meetado al revés.
VOL I A,' 11;?
obvio que se debe suprimir la el medidor está sobrecargado o
Escala dernaslado alta
Lámpara de carga ■
COMO CONECTAR UN VOLTIMETRO A TRAVES DE UNA CARGA:
DETERMINACION' DE LA ESCALA' CORRECTA DEL VOLTIMETRO
Escalas de un voltímetro
Voltímetros de escala múltiple
Así como aprendió con el amperímetro, es necesario conectar el voltímetro a un circuito con la polaridad apropiada; y elegir uno de escala adecuada para la medición que se va a efectuar. En los voltímetros de corriente directa como los que se han analizado, es una buena idea elegir un voltímetro que dé lecturas entre el 10 y el 90% de la escala. Por ejemplo, un voltímetro con una escala útil de 100 V se emplearía para medir voltajes entre 10 y 90 V. Todos los medidores son instrumentos delicados y se deben manejar con cuidado. El uso inadecuado de un voltímetro lo puede quemar o cambiar su graduación, de manera que ya no proporcionará mediciones exactas. Si conoce el voltaje aproximadamente, elija un voltímetro que dé una lectura a la mitad de la escala de manera que quede suficiente abatimiento en caso de que se haya hecho un cálculo incorrecto. Si el voltaje no se conoce, entonces es una buena idea comenzar con la escala más alta del medidor que tenga y usar en forma progresiva las escalas más bajas, hasta obtener una escala satisfactoria. Es siempre una buena idea observar el medidor cuando desconecta el interruptor, para verificar si está conectado
Tal como se ha descrito, la amplitud de la escala de un voltímetro se puede aumentar, agregando al circuito del instrumento una resistencia c onectada en serie con el dispositivo móvil del mismo. La resistencia disminuye la desviación de la aguja del instrumento; por lo tanto, utilizando resistencias de valores conocidos se puede reducir la desviación en la medida que se desee. Los voltímetros de escala múltiple, como los amperímetros de escala múltiple son instrumentos que se utilizarán con frecuencia. Su aspecto exterior es muy parecido al de los amperímetros y por lo general sus resistencias están colocadas dentro del instrumento, con llave selectora o juegos de terminales adecuados en la parte de afuera para elegir la escala. La escala correcta se elige comenzando con la de valores más grandes y bajando hacia los más pequeños hasta que la aguja se encuentre más o menos en la mitad de la escala. Los voltímetros de escala múltiple son sumamente prácticos porque son livianos, portátiles y se les puede adaptar para cualquier gama de voltaje con sólo mover una llave.
122 ladttriai
WAD arma A 1 ¿COMO 51. P.
En el dibujo simplificado de abajo aparece un volhwel. de escala uudliple para tres gamas de voltaje.
1 microvolt (1
)=
11111111
1 V = 1 000 000 íiV
VOLTIMETRO MULTIPLE DE 3 ESCALAS
1 V 1 000 000
1 kilovolt (1 kV) = 1 000 V 1 1V— kV 1 000
1,,
v111.1—A,1E? 09-0
4. MICROVOLT. Unidad de voltaje i gua I a la millonésima parte de un volt.
5. KILOVOLT. Unidad de voltaje igual a mil volts. 6. VOLTIMETRO. Dispositivo móvil básico conectado en serie con una resistencia multiplicadora, graduada para medir el voltaje. 7. VOLTIMETRO DE ESCALA MULTIPLE. Un solo dispositivo móvil de un instrumento que se usa para medir escalas para diferencias de voltaje. Cada escala usa una resistencia multiplicadora distinta que se selecciona por medio de un interruptor.
045V
0-1. 5V
/—
0 150 V
1 $1, 1
,
1
I
1
/1.
11
Lámpara de carga
11
111
Repaso de unidades
y
medida del voltaje
V = Voltaje (FEM)
1. VOLT. La unidad para la diferencia de potencial. Es igual al trabajo de un joule por coulomb. 2. CONSERVACION DE LA FEM. La FEM se conserva cuando se tiene una
fuente de energía que se convierte en una diferencia de potencial para que la FEM se mantenga constante, haciendo caso omiso de la carga.
Batería
1 milivolt (1 mV)
=
1 V— 1 000 mV
1 1 000
V 3. MILIVOLT. Unidad de voltaje igual a la milésima parte de un volt.
8. CONEXION DE UN VOLTIMETRO. Un voltímerto se conecta siempre a través del circuito que se va a medir, ya que existe una diferencia de potencial o voltaje entre dos puntos. Las conexiones siempre se hacen de manera que el extremo positivo ( ) del medidor esté conectado muy cerca del extremo del circuito que va a la terminal ( +) de la fuente de potencia.
Autoexamen—Cuestionario de repaso
1. ¿Cuál es la unidad para la diferencia de potencial? ¿Cómo se define? ¿Cuáles símbolos se emplean para designar el voltaje? 3. Suponga que tiene tres terminales desponibles (A, B y C) y que miden las siguientes diferencias de potencial con voltímetros de escalas apropiadas. ¿Cuáles son las diferencias de potencial entre las terminales (de A a C) en cada caso? Las polaridades indicadas en el paréntesis ( ) indican la manera en que se conectó el medidor para dar una lectura máxima. (a) A( — ) a B( + ) = 45 V; B(—) a C(+) = 45 V (b) A( — ) a B( ) 115 V; B( — ) a C( +) = 23.5 V (c) A< + ) a B( — ) = 7.5 V; B( ) a C( + ) 20 V (d) A( — ) a B( + ) 6 V; B(+) a C(— ) = 6 V 4. ¿Cuál es el factor esencial que permite a una batería o un generador mantener una fem, mientras que un par de barras cargadas no lo puede hacer? 5. Describa los componentes que forman un voltímetro y diga cómo funciona cada uno de ellos. 2.
124 ELEcritieinAn
DAS1CA 1
I.A REHIN I I ,
lA COMO C'ON'11t01.
r LUJO DE
I 9!,
6. Defina lo siguiente y dé la abreviación adecuada: (a) milivolt
(b) microvolt
(c) kilovolt
7. Calcule las siguientes conversiones: Convertir a volts 0.01 kV 500 mV 25 000 ,i/V 1 500 mV 0.001 kV 10 kV 10 mV
Convertir a miliVolts 0.01 1 10 10 1 000 320 3 200
Convertir a kilovolts
Convertir a microvolts
100 17 500 1 500 300 1 350 100 000
10 mV 0.001 mV 1 450 mV 1 V 0.001 V 3.25 mV
V mV V V V
rs
V V V ,aV /AV p.V
8. ¿Cuál es el símbolo para un voltímetro? 9. ¿Cómo se conecta un voltímetro a un circuito? ¿En qué se diferencia ésta de la conexión de un amperímetro? 10. ¿Cómo seleccionaría el voltímetro apropiado para medir un voltaje desconocido? ¿Qué clase de escala del instrumento seleccionaría si supiera que el voltaje es de 80 V aproximadamente? ¿Qué es la resistencia? OBJETIVOS DE APRENDIZAJE—SECCION SIGUIENTE Avance—La resistencia controla el flujo de corriente. Para hacer esto se emplean unos dispositivos que se llaman resistores. Ellos son de importancia básica en el estudio de la electricidad. Casi todo el volumen 2 está designado al estudio de las resistencias y de la manera como se emplean en los circuitos eléctricos.
Se sabe que la corriente es el movimiento de los electrones libres en un material, y que una corriente e l.éctrica no comienza a fluir por sí misma, pues necesita de una fuente de fuerza eléctrica para mover a los electrones libres a través del material. También se ha enterado de que una corriente eléctrica no se mantiene fluyendo si se suprime la fuente de energía. De todo esto se observa que hay algo en el material que se opone al paso de la corriente —algo que retiene a los electrones libres y no los deja en libertad hasta que no se aplica una fuerza. Como aprendió anteriormente, la oposición al flujo de corriente no es la misma en todos los materiales. El flujo de corriente es el movimiento de los electrones libres a través de un material, y el número de electrones libres en un material; determina su oposiciórt_al_flujo de corriente. Los átomos de algunos materiales ceden sus electrones exteriores con más facilidad. Tales materiales llamados conductores ofrecen poca oposición al flujo de corriente. Otros mate' riales redel-él sus electrones exteriores. Estos materiales llamados aisladores, ofrecen una oposición considerable al flujo de corriente. Todo material ofrece alguna oposición al flujo de corriente, ya sea grande o pequeña, y a esta oposición se le llama resistencia. Supongamos que tenemos una fuente de fuerza eléctrica constante (voltaje). Si éste es el caso, a mayor oposición al flujo de corriente (resistencia), menor será el número de electrones que fluyan (corriente) a través del material. También lo contrario es cierto. Esto es, para un voltaje constante, a menor resistencia menor oposición), es mayor el flujo de corriente (más electrones).
120
ZLice r int<
RENIR 1 ENC 1A COMO CON 11101 MI
'DAD IIAItU A I
LUJO III,, coima:, N I I
>1 unciones constantes de voltaje ( fuerza eléctrica ), el flujo de corriente ts 'proporcional a la cantidad de resistencia en el circuito. –",m,..4..11111111115I
e4ideefteea
ELEMENTO DE RESISTENCIA
asma
ES
OftOdeCatft
[
= 1/2
CON VOLTAJE CONSTANTE, DOBLE RESISTENCIA = MITAD DE CORRIENTE
AL MOVIMIENTO E ELECTRONE
Sí en realidad, fuera a medir la corriente en un circuito que contiene una resistencia como la que se muestra abajo, y entonces duplicara la cantidad de resistencia en el circuito, poniendo otra resistencia idéntica en serie con ésta, hallaría que la corriente sería igual a la mitad del valor original. Por tanto, bajo
ROPERIESIEMI anl-ME 1111111.1>
'15r:11,1:
Veamos ahora lo que sucede cuando se mantiene la resistencia constante y varía el voltaje (fuerza eléctrica). Usted supondría que aumentando el voltaje (incremento de la fuerza eléctrica) permitiría el flujo de más electrones (corriente) en contra del efecto de oposición de la resistencia. Esto es lo que sucede exactamente.
ELEMENTO DE RESISTENCIA
LEMENTO DE RESISTENCIA
11110.0211a1M511111
RESISTENCIA I GRANDE
RESISTENCIA
CON RESISTENCIA CONSTANTE, DOBLE VOLTAJE = DOBLE CORRIENTE
BATERIA (Voltaje constante )
•
41~1 CORRIENTE GRANDE
BATERIA (Voltaje constante)
■tar■ CORR/ENTE PEQUEÑA
Los principios anteriores, que relacionan al flujo de corriente con la cantidad de resistencia en un circuito o el voltaje en un circuito, son de extrema importancia y básicos para el estudio de la electricidad. Estudiaremos estos principios con mucho más detalle posteriormente y los emplearemos a lo largo de nuestro estudio de la electricidad. Aun cuando todos los conductores tienen resistencia, encontrará muchas oraciones en que deseará colocar una cantidad específica de resistencia en un circuito. Los dispositivos que tienen valores conocidos de resistencia se llaman
128 LLEcTILICIIMO ItAtitCA I
LA RESIS'VENCIA COMO t;ONTIROL OPA. FLUJ o oi . , Conlo p oil
resistores, que se designan con la letra "R", y se muestran en los dlagramas dr circuito con el símbolo esquemático de abajo.
RESISTENCIA
=R=
Unidades de resistencia Para medir la corriente se utiliza al ampere como unidad. Para medir el voltaje se emplea el volt. Estas unidades son necesarias para comparar corrientes y voltajes distintos. También se necesita una unidad del mismo modo para comparar la resistencia de los distintos conductores. La unidad básica de la resistencia es el ohm, que equivale a la resistencia que permitiría exactamente el paso de una corriente de un ampere cuando se aplica un volt de fem a la misma. El ohm se abrevia con la letra griega 52 (omega). Cuando un volt produce un flujo de corriente de un ampere, la resistencia es de un ohm.
1211
Suponga que conecta un alambre de cobre a una fuente de voltaje de un volt que ajusta la longitud del alambre hasta que la corriente a través del mismo sea exactamente de un ampere. Entonces, la resistencia de esa porción de alambre, es de un ohm con exactitud. Si se empleara alambre de otro material cualquiera —hierro, plata, etc.—, hallaría que el tamaño y la longitud de alambre no son los mismos que para el cobre. Sin embargo, en cada caso se podría encontrar la longitud del alambre que permitiera exactamente el flujo de un ampere de corriente cuando se conecta a una fuente de voltaje de un volt, y cada una de estas longitudes tendrían una resistencia de un ohm. Las resistencias para otras longitudes y tamaños se comparan con éstas para un ohm y se expresan en ohms. La mayor parte de tipos de alambre común tienen una resistencia más den pequeña. En consecuencia, se necesitaría una pieza muy larga de alambre para obtener un resistor grande, Para obtener resistores grandes de tamaño razonable, se usan alambres especiales llamados alambres para resistencia, o como comúnmente se hacen para los circuitos electrónicos de material moldeado hecho con arcilla. De esta manera, es posible obtener una resistencia grande en una pieza pequeña. Aunque encontrará con frecuencia que los valores de la resistencia están dados en ohms, también hallará que en muchos casos se emplearán o indicarán valores grandes de las mismas. Usted considerará necesario en ocasiones, emplear valores fraccionarios pequeños de un ohm. Los prefijos aprendidos anteriormente —micro, mili y kilo— que se han empleado para el voltaje y la corriente, se emplean también de la misma manera para la resistencia. También usaremos otro prefijo, fi meg, meg, el cual, si se antepone a ohm, representa 1 000 000 de ohms; esto megohm es igual a 1 000 000 t2. Las unidades de resistencia se convierten de la misma manera que las unidades de corriente o de voltaje. Sin embargo, usted tendrá que aprender algunas nuevas abreviaciones, ya que k se usa frecuentemente para indicar kilohms y m o meg., para indicar megohms. Por tanto, 10 1(2 se indicarían como 10 k y 3.3 nn2 se indicarían como 3.3 m o bien 3.3 meg. CONVERSION DE UNIDADES DE RESISTENCIA
MICROHMS EN OHMS
OHMS EN MICROHMS
Corra el punto decimal seis cifras a Corra el punto decimal seis cifras la izquierda a la derecha 35 000 »12 = 0.035 12
3.6 12 = 3 600 000 »12
MILIOHMS EN OHMS
OHMS EN MILIOHMS
Corra el punto decimal tres cifras a Corra el punto decimal tres cifras a la izquierda la derecha 2 700 mV = 2.7 12
0.68 l2 = 680 m52
I.
in
fin I 4■14( 44 4 OMO FON 11101.
DI' I, 1 , 1.I/J 44
in
•
I 44111111,1 1111,
13 i
130 taxertuctono limiten 1 KILOHMS EN OHMS
Pu los circuitos electrónicos, están hechos de una mezcla moldeada de carbón o Illa.
011MS EN K1L011MS
Corra el punto decimal tres cifras a Corra el punto decimal tres cifras a la derecha la izquierda 6.2 k 6 200 i2
47 000 i2 = 47 k
MEGOHMS EN OHMS
OHMS EN MEGOHMS
Corra el punto decimal seis cifras a Corra el punto decimal seis cifras la derecha la izquierda 2.7 m = 2 700 000 i2
2. LA LONGITUD. Para un material dado que tiene un área de sección transversal constante, la resistencia total es proporcional a la longitud. Si una longilid dada del material tiene una resistencia de 3 entonces el doble de esta longitud tendrá una resistencia de 6 12, una longitud tres veces mayor tendrá una resistencia de 9 9, etc.
a
620 000. 12 ,g= 0.62 m.
Factores que controlan la resistencia Todos los materiales tienen alguna resistencia. En algunos casos ésta es aceptable, por ejemplo, en donde se desea limitar deliberadamente el flujo de corriente y, por tanto, se usan elementos llamados resistores hechos con materiales seleccionados por sus propiedades de resistencia. En otros casos, la resistencia es una propiedad no deseada y por tanto usted la quiere mantener al mínimo, por ejemplo en el caso en que desea enviar una gran corriente a una carga y no quiere que esté limitada por los conductores. Aprenderá más acerca de las ventajas o desventajas de la resistencia en los conductores, posteriormente cuando estudie la potencia eléctrica. Ahora veremos los factores que controlan la resistencia en un material.
3. EL AREA DE LA SECCION TRANSVERSAL. El flujo de corriente se puede comparar al flujo del agua por un tubo. Sabemos que si ampliamos un tubo (aumentando el área de la sección transversal), fluirá más agua aun cuando la presión sea la misma. Existe una situación similar respecto a un conductor; en éste, la resistencia disminuye si la sección transversal aumenta. Si duplicamos la sección transversal de un material a una longitud constante, la resistencia se reducirá a la mitad. Si disminuimos la sección transversal a la mitad, la resistencia se duplicará.
La resistencia de cualquier objeto, como la de un alambre conductor depende de cuatro factores —del material de que está hecho, de la longitud del material del área de la sección transversal y por último de la temperatura del material.
emarii■+
ALAMBRE DE COBRE ALTA TEMPERATURA
111111.111+ COBRE
C
BAJA TEMPERATURA
NICROMIO
11■21~~♦
o
4. LA TEMPERATURA. Aunque los efectos de la temperatura son generalmente más pequeños comparados con los del material, longitud y la sección transversal, ellos pueden ser importantes, en particular cuando deseamos mantener una resistencia a un valor fijo y la temperatura no es constante. En los metales la resistencia por lo general aumenta si la temperatura aumerla. Esto se rodlice electro_ ente ________ por el hecho de que-Weriergía calor-.17C-i-Páce ji fundametaim nes libres de un material salretr -ñon --ratilidld; kliLdo niá -i-dIffell-que -ESTOS fluyan -felia---5."-la cual llamamos' flujo de corriente. oiro de manera orc de un átonió-a— En pocos materiales, tal como el carbón, la resistencia disminuye si la temperatura aumenta. -_-_-,-' Repaso de resistencia
1. EL MATERIAL. Los distintos materiales tienen diferentes resistencias. Algunos, tales como la plata y el cobre, tienen una resistencia baja, mientras que otros como el hierro y el nicromio (una aleación especial de níquel, cromo y hierro), tienen una resistencia más alta. Muchos resistores, como los que se usan
wwwil
C=D 11•111■111.41
.... ALAMBRE DE COBRE
1
Ha aprendido hasta ahora sobre las cualidades fundamentales del voltaje, corriente y resistencia, y está dispuesto a seguir adelante para ver cómo funcionan
1,u), ION
pi
pi 11114 MAI, 1141411 A I
.
1114.1•A•10
•
•
eirei11/1014 1 14'111"1e0ii. A1111 8 d
lAtorwp:111P ,14
sabe acerca de la resistencia y como se
* • ""r10 •• • s eo.
.'1.9-9"• • >Cr 9. • eele rr. •i4 rí
9 -29 e
ir e• •e
t3 ^-#9he • •e
• 11ativnii444
/11
lit(-v4 41,141 04 4
•
Wit
yo.
Inidt• vt.:(11.
1. RESISTENCIA. La oposición que mil nifiesta un material al flujo de la r tt rriente.
9 9 9 41.4 9 99 • • 9 9 - •
1,13
¿Qué le sucede a la corriente cuando se duplica la resistencia en un circuito •On voltaje constante? ¿Si se reduce a la mitad? ¿Si se triplica? ¿Qué le sucede a la corriente cuando se duplica el voltaje en un circuito con resistencia constante? ¿Si se reduce a la mitad? ¿Si se cuadruplica? ¿Si se triplica? 4. Defina la unidad de resistencia. ¿Cuál es el símbolo que se usa para designarla? 5. ¿Qué factores son los que determinan la resistencia de un resistor? Dé ejemplos de sus efectos. Calcule las conversiones siguientes usando los símbolos apropiados que se puedan aplicar.
2. OHM. Unidad básica de medida de la resistencia, igual a la resistencia qua permite el paso de un ampere de (0 rriente, cuando se aplica una fem di un volt a través de una resistencia El símbolo para ohm es 2.
6. Convertir a ohms 6.2 k 6.2 M 270 m2 3.3 k 9.1 k2 4.7 Mil 7. Convertir a kilohms
R "-n--"JVVVVVVV---"-"'
3. RESISTOR. Dispositivo con resisten cia que se usa para controlar el flu de corriente. El símbolo para un re sistor es R.
4 700 2 8.2 MII 100 000 12 0.1 M2 0.39 M2
4
24 000 12
A *O
8. Convertir a megohms 4. OHMETRO. Instrumento de medición que se usa para medir directamente la resistencia.
e
1 000 kit 120 000 2 82 000 2 68 k 470 000 12
1 K = 100011
5. KILOHM. Un kilohm es igual a mil ohms.
1. Megrt = 1 000 00011
6. MEGOHM. Un megohm es igual a un millón de ohms.
Autoexamen —Cuestionario de reputa 1. Defina qué es la resistencia. ¿Qué es un resistor? ¿Cuál es el símbolo que se usa para designar un resistor?
330 k 9. Dibuje un diagrama esquemático de un resistor. ¿Cuál es el símbolo que se usa para designar la resistencia? 10. ¿Cuáles son los cuatro factores que afectan a la resistencia de un conductor? ¿Cómo varía la resistencia con respecto a estos cambios? Rep aso de corriente (I), Voltaje (E) y Resistencia (R)
Como conclusión a su estudio de la electricidad en acción, se debe considerar otra vez lo que ya se ha aprendido de la corriente, el voltaje y la resistencia.
13 , 1
vi,u(
11(11 luna 11■11ill'A
I
bl'A t i . •
El voltaje, como se sabe, es la cantidad de fuerza electromotriz ( fent) anli• &phi a una carga (resistencia), con el objeto de hacer que fluya una corriente de electrones a través de la resistencia. Como ya lo aprendió, si el voltaje que apilen a una resistencia es mayor, entonces el flujo de corriente es más grande. Similarmente, si el voltaje que usted aplica es más bajo, entonces el flujo de corriente será menor. Como también sabe, la resistencia, es el efecto que impide el flujo de electrones. Si aumenta la resistencia de carga a través de la cual se aplica un voltaje constante, el flujo de corriente será menor. Similarmente, si reduce la resistencia, el flujo de corriente será mayor. Esta relación entre el voltaje, la resistencia y la corriente fue estudiada por el matemático alemán George Simon Ohm. Su descripción, que ahora se conoce como Ley de Ohm, dice que la corriente varía en forma directa con el voltaje e inversamente con la resistencia. El análisis matemático de la ley no le interesa por ahora, pero usted sabrá acerca de ella cuando estudie el Volumen 2. La ley de Ohm es una herramienta básica para todos los que trabajan con circuitos
CORRIENTE. Movimiento de electrones libres a través de un conductor desde una carga más negativa hacia una carga más positiva.
eléctricos de cualquier forma o tamaño. VOLTAJE. Fuerza electromotriz entre dos car gas, igual a la diferencia de potencial de las dos cargas.
1,1,13 3.0
DE CORRIENTE
FEm
• • e
RESISTENCIA. Oposición que presenta un material al flujo de corriente.
he
•
•
CON CONSTANTE ItEsisTINCIA JO 'VOLTAJE BA .•
• • •
110 OCA MAYOR v°1-5113E
• =-__39 • e • NI es b 4- • o • • • •e • * • • •• / li)
•
e
••
•
‘k
•
*
UVI
••
Debe recordar en especial, las relaciones entre la corriente, el voltaje y la resistencia. El flujo de corriente es producido por el voltaje entre dos puntos y está limitado por la resistencia entre los mismos. Al continuar su estudio de la electricidad, se enterará posteriormente acerca de los circuitos eléctricos y de cómo se usa la corriente, el voltaje y la resistencia. La relación entre corriente, voltaje y resistencia Como mencionamos al principio, el estudio de la electricidad es el estudio de los efectos y el control del flujo de corriente.
110RRIENTE CO
CON c
CON
BAJA REsIsTENcm
PASA
R RIENTE .. COR ESISTENCIA-
POCA - PASS
LEY DE OHM La corriente que fluye en un circuito es
DIRECTAMENTE PROPORCIONAL AL VOLTAJE (FEM aplicada) INVERSAMENTE PROPORCIONAL A LA RESISTENCIA
FEM RESISTENCIA
".111~~11.1."-
tu, • now 136
10,1,
I
11111 MAI/
DE ELEMENTOS
'I' A ILI .A
OBJETIVOS DE APRENDIZAJE--VOLUMEN SIGUIENTE
Avance—Ahora que ya ha aprendido algunos fundamentos de la electrichhad sabe acerca de la corriente, voltaje y resistencia, está preparado para cuttidi, los circuitos eléctricos en el volumen 2. Las fuentes y las cargas se deben cone. 1 entre sí para que funcionen y cuando se hace esto, se les llaman circuitos elcr I r cos. En qué consisten los circuitos eléctricos y cómo se comportan es la pm 1, más importante del estudio de la electricidad.
Número ..h,mlco
4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48
dar
49
50 51 52
Nombre del elemento Hidrógeno Helio Litio Berilio Boro Carbono Nitrógeno Oxígeno Flúor Neón Sodio Magnesio Aluminio Silicio Fósforo Azufre Cloro Argón Potasio Calcio Escandio Titanio Vanadio Cromo Manganeso Hierro Cobalto Níquel Cobre Zinc Galio Germanio Arsénico Selenio Bromo Criptón Rubidio Estroncio Itrio Circonio Columbio Molibdeno Tecnecio Rutenio Rodio Paladio Plata Cadmio Indio Estaño Antimonio Telurio
Símbolo del elemento H He Li Be B C N O F Ne Na Mg Al Si P S Cl A K Ca Se Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn Ge Ge As Se Br Kr Rb Sr Y Zr Cb Mo Te Ru Rh Pd Ag Cd In Sn Sb Te
Peso atómico I
4 7 9 11 12 14 16 13 20 22 24
27 28 31 32 35 39 39 40 45 48 51 52 55 56 59 59 64 65 70 73 75 79 80 84 85 88 89 91 93 96 99 102 103 107 108 112 115 119 122 128
Número atómico 53
Nombre del elemento
Símbolo del elemento
Yodo
Xenón Cesio Bailo Lantano Cerio Praseodimio Neodimio Promecio Samario Europio Gadolinio Terbio Disprosio Holmio Erbio Tulio Iterbio Lutecio Hafnio Tantalio Tungsteno Renio Osmio Iridio Platino Oro Mercurio Talio Plomo Bismuto Polonio Astatino Radón Francio Radio Actinio Torio Protactinio Uranio Neptunio Plutonio Americio Curio Berkelio Californio Einstenio Fermio Mendelevio Nobelio Laurencio En estudio 104 y 105
54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 loa 101 102 103
I
Xe Cs Ba La Ce Pr Nd Pm Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu Hf Ta W Re Os ír Pt Au Hg TI Pb Bi Po At En Fr Ra Ac Th Pa U Np Pu Am Cm Bk Cf E Fm Mv No Lw
Peso atómico 127 131 133 137 139 140 141 144 147 150 152 157 159 162 165 167 169 173 175 179 181 184 186 190 193 195 197 201 204 207 209 210 211 222 223 226 227 232 231 238 239 239 241 242 245 246 253 256 256 254 257
elementos .1•1 Nota: Los elementos del 1 al 92 eXisten normalmente en la naturaleza. Los 93 en adelante fueron descubiertos por el hombre como resultado de la transmutación.
a
INDICE
(Nota: Al final del Volumen 5, se encontrará un índice acumulativo que cubre los cinco volúmenes de esta serie) —A— Acción química electricidad por, 70, 73 producida por electricidad, 71-72 Aisladores, 25, 125 Amperímetro, 100, 106, 109 Atomo, 16, 21 Atracción, 31, 45 —B— Baterías, 51, 59, 64, 72-74
producción de, 64-67 usos de la, 65 Electrólisis, 76 Electroluminiscencia, 72, 82 Electromagnetismo, 81, 83-91 Elementos, tabla de, 137 Escalas de los instrumentos de medició -n, lecturas y, 100-103 útiles de los instrumentos de medición, 100-103 conversión de, 108-110
—F — Calor electricidad producida por, 68 producido por electricidad, 69 Campos eléctricos, 32-33 electrostáticos, 32-34 magnéticos, 43-47, 83, 86 en torno a un conductor, 85-86 en torno a una bobina, 85-88 Cargas eléctricas, 29-39 Celdas fotovoltaicas, 71 Conductores, 25, 125
Flujo de corriente, 28, 49-55, 59-60 medición del, 103-105 Fluorescencia, 71 Fosforescencia, 71 Fricción, cargas estáticas por, 30-31 Fuerza electromotriz, 56, 57-61
—G— Galvanómetro, 92-94, 96, 109
Inducción, 35 Descarga de cargas eléctricas. 36-38 Dispositivo móvil básico de un instrumento, 94-98 —E — Efecto fotoeléctrico, 70 Electricidad estática, 66
L Ley de Coulomb, 32 de Ohm, 128 Luz electricidad por, 69 producida por electricidad, 69
1.111~111~111011111r 0 . 0(1
IN l'ICE
__. M ___.
Magnetismo, 40-45 electricidad producida por, 76-81 producido por electricidad, 78 Materia, ruptura de la, 17-18 Miliamperímetros y microamperímetros, 100, 107, 108, 109 Molécula, estructura de la, 19-20 —P — Piezoelectricidad, 67 Pila de combustión, 72 Potencia eléctrica, 58, 62, 63 Presión, electricidad producida por, 67 —R Repaso de cargas eléctricas, 38 de cómo funciona un instrumento de medición, 103 de cómo se emplea la electricidad, 82 de cómo se mide la corriente, 113 de cómo se produce la electricidad, 81 de conductores, aisladores, semiconductores, 27 de corriente, voltaje y resistencia, 133 de electromagnetismo, 92
de FEM o voltaje, tti
de flujo de con trote, 54 de magnetismo, 47 de qué es la electricidad, 23 de resistencia, 131 de unidades y medida del voltaje, 120 Repulsión, 31-45 Resistencia, 125-129 factores que controlan la, 128-130 medida de la, 127 unidades de, 128-132 Resistores, construcción y propiedades de los, 128-136 -
—
Semiconductores, 26
Suplemento de Autopuntuacion (Trainer-Iester) VOLUMEN 1
- -T-Teoría electrónica, 15-16, 52-54 Trabajo, 56, 59
(4—/-)
COMMON • CORE
Voltaje unidades de, 116-118 y flujo de corriente, 54, 60-63 Voltímetros, 116-119
Que comprende
Juego de 50 Preguntas Programadas Sobre el Texto
Relacionado con el adecuado REPASO PARA AUTOINSTRUCCION Y CORRECCION
Por medio de una TARJETA DE RESPUESTAS
ectr cidad 11:11p;11,11
• A ntoconfirmiwiú0 • Au topuntu ación • A utocorrección
EL JUEGO TRAINER-TESTER PARA APRENDER
I
1
En la mayoría de los juegos, por lo general, hay ganadores perdedores. Pero eso no sucede con el JUEGO TRAINER-TESy TER PARA APRENDER, porque en él todos los jugadores tienen algo que ganar, ¡ todos son ganadores! A diferencia de los otros juegos que haya practicado, usted tiene una segunda e incluso una tercera oportunidad de ganar (de aprender). Más aún, recibe la ayuda que necesita, siempre que la necesite y cuando la necesite. El JUEGO TRAINER-TESTER PARA APRENDER, practicado como juego académico individual o por quienes componen un grupo de estudio, da la oportunidad de saber lo bien que se haya dominado determinado tema, afirma los conocimientos ya adquiridos, y resuelve las dudas proporcionando un repaso instantáneo para aquellos temas de dificultad en los cuales se haga necesario un repaso correctivo. En este proceso, el jugador-estudiante tiene oportunidad de fortalecer y reforzar sus propios conocimientos al ser guiado automáticamente a dominar una idea mediante formas alternativas de comprender y de explicar mejor el concepto. En el JUEGO TRAINER-TESTER PARA APRENDER, todos los jugadores deben responder por riguroso turno las preguntas que hayan elegido. Todas las preguntas han sido cuidadosamente formuladas y correlacionadas al texto para cubrir los puntos principales y los errores de juicio de los estudiantes en el pasado. Borre cualquiera de los rectángulos (a, b, c o d), en la TARJETA DE RESPUESTAS TRAINER-TESTER, en el que crea que
I
114(.11
I ItAIN1,11 I U > , I I n
t'4na
AVIII,N11111 ICL JUEGO 'ERA INElt-TICHT 101 PAHA A1 . 10 VN I It
se encuentre la respuesta correcta, elegida cliti e las lespi test. ' , alternativas (a, b, c o d) que se proporcionan. Use una goma de borrar limpia y razonablemente firme, como las ordinarias de los lápices. Al borrar se descubrirá un número de tres dígitos en la TARJETA DE RESPUESTAS TRAINER-TESTER. Si el número descubierto es el 333, mire este número en su hoja de respuestas, y el mensaje correspondiente al número, le dirá si su respuesta es correcta o equivocada. Sí la respuesta ha sido correcta se le anotan al jugador 3 puntos, pero si el número descubierto no es el correcto, el jugador tiene dos opciones: I. Proceder de inmediato a hacer otro intento (o intentos ) haciendo otra u otras borraduras. Al acertar en el segundo intento, el jugador se anota 2 puntos. Por acertar en el tercer intento subsecuente, el jugador se anota 1 punto. El cuarto intento no recibe ninguna puntuación (0). 2. Hacer una pausa, antes de proseguir, para obtener información adicional. Con base en el número de tres dígitos, puede saber por qué estuvo equivocado y, además, cono cer las páginas del texto que debe releer para un repaso correctivo sobre el tema que se le dificultó. Esto se hace consultando una sección especial colocada al final del texto titulada REPASO PARA AUTOINSTRUCCION Y CORRECCION. En este sistema, el estudiante-jugador NO RECIBE la respuesta correcta, sirio que es GUIADO HACIA ella.
lid rá al instructor los puntos y los estudiantes en particular que necesitan instrucción y repaso adicionales. Esto se logra en la hir,iiiente forma: En los lados derecho e izquierdo de la TARJETA DE RESPUESTAS hay unos triángulos numerados en los cuales el estudiante puede hacer una marca en el canto colocando la TARJETA I )E RESPUESTAS sobre una hoja de papel y completando el lado .Ibierto del triángulo (1<, >,...). Recuerde, es importante que el estudiante coloque la marca de tinta en el canto o filo de la tarjeta en lugar de hacerlo en la superficie de ella. En esta forma, cuando el instructor apile las tarjetas del grupo, con una ojeada puede ver las marcas hechas sobre los temas de dificultad que lebe repasar con el grupo. (Véase la ilustración al final del libro.) Se sugiere que los participantes sean los que determinen sus propias reglas para este interesante y provocador juego. Se darán cuenta que avanzarán con más facilidad en sus estudios al practicarlo. Así pues, buena suerte y diviértanse. Maestros
Estudiantes
T-T
o
TRAINER-TES1 . .
PUNTUACION
Borraduras 1 2 3 4
Dispositivo de respuesta del estudiante
Puntos 3 2 1 O
Cuando este juego formativo es practicado por un grupo con un instructor, se puede proporcionar al instructor una identificación gráfica de los temas de dificultad para el análisis de los mismos. Este análisis inmediato de los temas de dificultad se-
Diagnóstico actual Monitorización constante
Retroalimentación instantánea Corrección integral
• Autoconfirmación • Autopuntuación • Autocorrección
PREGUNTAS PROGRAMADAS
-Electricidad Bádm
Y MANEJO DE PROBLEMAS EN SITUACION DE FALLAS
QUE ES LA ELECTRICIDAD (Págs. 13-23)
Número de las Preguntas
Tarjeta de RespuestasInstantánea Z110A
1. Todos los electrones llevan: (a) (b) (c) (d)
¿Una carga negativa? ¿Una carga positiva? ¿Ninguna carga? ¿Una carga variable?
2. La teoría electrónica establece que: (a) (b) (c) (d)
¿Están todos los electrones concentrados en el núcleo? ¿Están los electrones en las órbitas exteriores de los átomos? ¿No existe el electrón? ¿Los efectos eléctricos son causados por el movimiento de los electrones?
3. Los electrones que han sido sacados de sus órbitas crean una deficiencia de electrones en los átomos que abandonan, y un exceso de electrones en los que reposan. ¿Cuáles de las siguientes aseveraciones son por tanto verdaderas? (a) Un material con deficiencia de electrones, ¿está cargado negativamente? (b) Un material con exceso de electrones, ¿está cargado positivamente? (e) Un átomo que pierde un electrón, ¿se carga positivamente? (d) Un material con exceso de electrones, ¿se carga negativamente? 4. Una corriente eléctrica es: (a) (b) (c) (d)
¿El movimiento de protones? ¿El movimiento de electrones? ¿El movimiento de átomos? ¿El movimiento de flujo eléctrico?
© Copyright 1965/67/73/80 por Van Valkenburgh, Nooger & Neville, Inc. 15 Maiden Lane, New York, N. Y. 10038.
11,11 J1 1 1" .,) 1nAirNU11 1 LH h10
PADA
Pi „9 I I KUO
p1lkNI)100
CONDUCTORES/AISLADORES/SICMICONDI I( 'TI ilto.:s
/16 N ETISMO
(Págs. 25-28) 5. La diferencia básica entre los conductores y los aisladores es que: (a) (b)
(c) (d)
¿Los aisladores permiten el movimiento libre de muchos electrones mientras que los conductores no? ¿Los conductores conducen electricidad mejor en una dirección que en otra, mientras que los aisladores conducen la electricidad igualmente bien en una u otra dirección? ¿Los conductores permiten el movimiento libre de muchos electrones, mientras que los aisladores no? ¿Los conductores siempre están hechos de metal?
6. Los aisladores son tan importantes como los conductores: (a) (b) (c) (d)
¿Por qué los aisladores mantienen secos a los conductores? La afirmación no es verdadera, ¿son los conductores el único material importante? ¿Debido a que los aisladores confinan el flujo de corriente a los conductores deseados? ¿Debido a que los aisladores evitan que los conductores se desgasten?
7. Los mejores conductores de electricidad son: (a) (b) (c) (d)
¿Madera seca, goma, mica? ¿Plata, cobre, aluminio? ¿Germanio, selenio, óxido de cobre? ¿Carbón, agua salada?
TRAIN Kit-TIONTRII PARA Apilar-40M
(Págs. 40-48)
1
1. Cuando los polos norte y sur se colocan juntos :
(a) ¿La fuerza entre los polos aumenta si éstos se separan? (b) ¿Sí existe una fuerza de repulsión entre ellos? (c) ¿Existe una fuerza de atracción entre ellos? (d) ¿El campo magnético entre ellos disminuye a cero si éstos se aproximan? 12. Cuál de las siguientes afirmaciones es falsa acerca de las líneas de fuerza magnéticas: (a) Tienden a repelerse entre sí. (b) Nunca se juntan. (e) Tienden a juntarse. (d) Nunca se cruzan entre sí. 13. La introducción de una barra de hierro dulce en un campo magnético tenderá a: (a) ¿Hacer que el patrón de flujo se extienda? (b) ¿Aumentar la reluctancia de la trayectoria? (c) ¿Concentrar el campo magnético? (d) ¿Disminuir el número de líneas de fuerza?
QUE ES EL FLUJO DE CORRIENTE (Págs. 49-55)
CARGAS ELECTRICAS (Págs. 29-39) 8. Una carga estática negativa es: (a) (b) (c) (d)
¿Un exceso de electrones? ¿Una ausencia de electrones? ¿Ni ausencia ni exceso de electrones? ¿El flujo de electrones?
9. En seguida hay una afirmación correcta: (a) Las cargas iguales se atraen. (b) Las cargas conductivas se repelen. (e) Las cargas distintas se repelen. (d) Las cargas distintas se atraen.
El flujo de corriente en un conductor es: (a) ¿El movimiento de electrones libres a lo largo de un conductor- de su terminal positiva a la negativa? (b) ¿El movimiento al azar de los electrones en un conductor? (e) ¿El movimiento de los electrones libres a lo largo de un conductor de su terminal negativa a la positiva? (d) ¿El movimiento al azar de los átomos en su conductor? 15. Movimiento de electrones en un conductor: (a) ¿Viajan éstos de una terminal del conductor a la otra? (b) ¿Se comienzan todos ellos a mover en el conductor en tiempos diferentes? (e) ¿Se comienzan a mover todos ellos en el conductor al mismo tiempo? (d) ¿No se mueven? 1,6. En seguida se tiene una afirmación correcta y tres incorrectas, halle la correcta:
10. Suponga que usted sostiene una barra cargada positivamente cerca de una barra de metal descargada y entonces toca la barra descargada con su dedo y lo retira y aleja la barra cargada positivamente. Elija la afirmación siguiente que mejor describa la carga de la barra:
(a) La teoría electrónica para el flujo de corriente es de positivo a negativo. (b) La teoría electrónica para el flujo de corriente es de negativo a positivo. (e) El flujo convencional de corriente es de positivo a negativo. (d) El flujo convencional de corriente es de negativo a positivo.
La barra permanece descargada. La barra se carga negativamente. La terminal de la barra está cargada positivamente y la otra está cargada negativamente. La barra está carga da positivamente.
17. De nuevo tenemós en seguida una afirmación correcta y tres incorrectas, halle la correcta:
(a) (b) (c) (d)
(a) (b)
La unidad del flujo de corriente es el coulomb. La unidad del flujo de corriente es el ampere.
00
hl, 3111,1.0
011AIN1■11 11911U11
1 . 411A
A1•11111n1.“
I 414, 4
(e) Un coulomb es Igual a un :Impere. (d) Un coulomb por minuto es un ampere.
Aplip tlnun
11
n'ea) son para producir: (a) (b) (c) (d)
(e) ¿V? (d) ¿W?
¿E? ¿I?
111,11 1'A
Los cuatro usos mas importantes de la electricidad (exclusivos de la clectró-
18. El símbolo para la corriente es:, (a) (b)
HAIN11,11
¿Potencia mecánica, acción química, luz, calor? ¿Potencia mecánica, calor, luz, presión? ¿Calor, luz, frotamiento por presión? ¿Acción química, potencia mecánica, luz, presión?
26. Todas las pilas constan de: (a) (b) (c) (d)
QUE CAUSA EL FLUJO DE CORRIENTE—fern (Págs. 57-62) 19. La fem representa el potencial para efectuar trabajo y es la abreviación paro. (a) (b) (c) (d)
27.
¿Fuerza electromecánica? ¿Fuerza electromotriz? ¿Flujo electromecánico? ¿Factor multiplicador efectivo?
(a) (b)
¿Ohm? ¿Watt?
(c) (d)
(c) ¿Volt? (d) ¿Ampere?
28.
21. El símbolo para la diferencia de potencial es: (a) (b)
¿E o V? ¿R?
(c)
de un punto a otro se le llama:
(d)
¿Fuerza electromotriz? ¿Energía potencial? ¿Potencia eléctrica? ¿Voltaje?
se mueve a través de un campo magnético, la cantidad de electricidad producida depende de: (a) (b) (c) (d)
¿Una fuente de energía? ¿Una lámpara eléctrica? ¿Barras cargadas? ¿Una batería?
24. Las dos fuentes prácticas más importantes de electricidad son: (a) (b) (c) (d)
¿La interacción de los conductores con los campos magnéticos y la acción química? ¿La acción química y la luz? ¿La luz y el calor? ¿La interacción de los conductores con los campos magnéticos y el calor?
¿La fuerza del imán? ¿El tamaño del alambre en la bobina? ¿El número de vueltas en la bobina? ¿La velocidad relativa del movimiento entre la bobina y el imán?
ELECTROMAGNETISMO (Págs. 84-92)
;
COMO SE EMPLEA Y SE PRODUCE LA ELECTRICIDAD (Págs. 64-83)
¿Mueve un conductor a través de un campo magnético? Forma una bobina con el conductor y la sostiene estacionariamente en el campo magnético? ¿Forma una bobina con el conductor y lo mueve a través de un campo magnético? ¿Mueve un campo magnético a través de un conductor?
29. Localice las afirmaciones falsas en lo siguiente. Cuando una bobina de alambre
23. Para mantener una fem (o diferencia de potencial) usted debe tener: (a) (b) (c) (d)
¿Sucede algo? ¿Los electrones se aglomeran en la placa negativa hasta que está completamente cargada? ¿Fluyen los electrones (corriente) en el conductor de la terminal positiva a la negativa? Fluyen los electrones (corriente) en el conductor de la terminal negativa a la positiva?
No puede hacer que fluya corriente en un conductor si usted:
(a) (b)
(e) ¿11? (d) ¿I?
22. A la velocidad con que se efectúa el trabajo cuando los electrones se mueven (a) (b) (c) (d)
Si conecta usted un conductor a través de la terminal de una pila (o batería)
(a) (b)
20. La unidad para la diferencia de potencial es el:
¿Un electrodo y un electrólito? ¿Dos electrodos? ¿Dos electrodos y un electrólito? ¿Dos electrólitos y un electrodo?
30. Tres de las siguientes afirmaciones son verdaderas; encuentre la afirmación falsa. Cuando una corriente eléctrica fluye a través de un conductor: (a)
Cuando la dirección del flujo de corriente se invierte, ¿permanece inalterable la dirección del campo magnético? (b) ¿Se crea un campo magnético alrededor del conductor? (c) Cuando se invierte la dirección del flujo de corriente, ¿se invierte la dirección del campo magnético? ' (d) La regla de la mano izquierda, ¿indicará la dirección de las líneas de fuerza del campo magnético?
""•••••■••■••
j 111 . 1.11 111A 11
N hit
l•hit VAIIA
A
I,
N
31. La fuerza del campo de un electroimán se puede aun:cubil ' ,fu pollos mroulo.. Una de las siguientes maneras no tendrá dicho efecto. ¿Cual e..? (a) (b) (c) (d)
(b)
(c) (d)
Al rodear la bobina con los dedos de su mano izquierda en dirección del flujo de corriente, ¿apuntará su dedo pulgar hacia el polo norte del campo? Al rodear la bobina con los dedos de su mano izquierda en dirección del flujo de corriente, ¿apuntará su dedo pulgar hacia el polo sur del campo? Al rodear la bobina con los dedos de su mano derecha en dirección del flujo de corriente, ¿apuntará su dedo pulgar hacia el polo norte del campo? Al rodear la bobina con los dedos de su mano derecha en dirección del flujo de corriente, ¿apuntará su dedo pulgar hacia el polo sur del campo?
COMO FUNCIONA UN MEDIDOR
(a) (b) (c) (d)
(a) (b) (c) (d)
¿La ¿La ¿La ¿La
interacción de dos campos magnéticos fijos? interacción entre un campo fijo con uno electromagnético? interacción de un campo magnético fijo con uno en movimiento? interacción de dos campos electromagnéticos?
¿Una derivación que conduce 10% de la corriente? ¿Un resistor multiplicador de 9.999 t2? ¿Un divisor de 10 : 1? ¿Una derivación que conduce 9.999 A a través de la misma?
38. 125 mA se pueden escribir (a) (b)
COMO:
¿.125 A? ¿1.25 A?
(c) ¿.00125 A? (d) ¿.0125 A?
39. .000035 A se escriben usualmente: (a) (b)
¿35 /LA? ¿35 A?
(c) ¿3.5 A? (d) ¿3.5 /(A?
COMO SE MIDE EL VOLTAJE (Págs. 117-123) 40. ¿Cuál de las siguientes afirmaciones es incorrecta?
(Págs. 94-104)
33. El medidor más comúnmente empleado usa un movimiento D'arsonval. Este movimiento se basa en lo siguiente para su operación:
10
37. Tiene un medidor de 0-1 m A el que debe convertir en un medidor de 0-10 A. Usted debe elegir:
¿Introduciendo un núcleo de hierro en la bobina? ¿Aumentando el diámetro del alambre en la bobina? ¿Aumentando el flujo de corriente a través de la bobina? ¿Aumentando el número de vueltas en la bobina?
32. Halle la regla correcta que le indicará la dirección del campo magnético cread,' por una corriente que fluye a través de una bobina: (a)
I ItrUCI Ttl A IN 1.1 'Ilt011'Htt PAD n AMI
(a) (b)
Kilo = 1 000. Micro = 1/1 000 000.
(c) Mili = 1/1 000. (d) Mega = 100 000.
41. ¿Cuál de los siguientes circuitos es correcto para conectar un voltímetro a un circuito? (a)
(c)
(b)
(d)
34. Interpolar para hallar la lectura correcta en la escala del medidor que •se indica en seguida. (a) (b) (c) (d)
26 27 26.5 25.5
o5
35. El error por paralaje resulta de: (a) (a) (c) (d)
¿Tener una aguja indicadora muy grande en el medidor? ¿Tomar lecturas desde un ángulo incorrecto? ¿Usar una escala con calibración inexacta? ¿Usar un tipo de cristal incorrecto en la cara del medidor?
COMO SE MIDE LA CORRIENTE (Págs. 106-115) 36. ¿Cuál de las siguientes figuras muestra una conexión adecuada de un am perímetro con el circuito? (a)
(b)
42. El rango de un voltímetro práctico se cambia normalmente: (a) (b) (c) (d)
¿Cambiando el resistor multiplicador? ¿Variando el número de vueltas de la bobina del medidor? ¿Sustituyendo por una escala diferente del medidor? ¿Incorporando un derivador?
43. 4500 V es igual a:
(a) (b)
¿4.5 mV? ¿4.5 kV?
(c) (d)
¿45 AV? ¿45 kV?
44. ¿Cuál de las afirmaciones siguientes es correcta si se aplica a mediciones de voltajes? (a) (b) (c) (d)
¿Cuando se conecta un voltímetro a un circuito tiene que estar seguro de tener el derivador apropiado? ¿Asegúrese de que el rango del medidor está por debajo del voltaje más alto a leer? ¿Abrir el circuito de manera que el voltímetro se pueda colocar en serie con el circuito? ¿Tenga cuidado en observar la polaridad y conectar + con + y — con —?
r
~Ir
iow.....•■•■■••••••••• V1„0111,.1.1) I IlAINI . ,11 010111 , 11
PAHA A1'111
Nil o
T-T
QUE CONTROLA EL FLUJO DE CORRIENTE- LA RESISTENCIA
Dispositivo de respuesta del estudiante
45. Una de las afirmaciones siguientes es correcta y tres son incorrectas. flan, la correcta para una puntuación completa de la pregunta. ¿La resistencia es oposición al flujo de corriente? ¿La resistencia es una cooperación al flujo de corriente?'' ¿La unidad de la resistencia es el ampere? ¿La unidad de la resistencia es el volt?
46. Halle la afirmación incorrecta siguiente, en un circuito con voltaje constante (a) (b) (c) (d)
¿A mayor resistencia, menor flujo de corriente? Si la resistencia disminuye, ¿aumentará la corriente? ¿A menor resistencia, menor flujo de corriente? ¿Disminuye la corriente si la resistencia aumenta?
47. ¿Cuál de la lista de las aseveraciones siguientes es incorrecta? (a) (b) (c) (d)
¿6.8 k2 = 6 800 52? ¿4.7 mi = 4 700 000 2? ¿3 300 m52 = 33 2? ¿470 1152 = 470 000 2?
48. Una de la lista de afirmaciones siguientes sobre la resistencia en los conductores es incorrecta. ¿La puede localizar? (a) (b) (c)
(d)
¿Si el área de la sección transversal disminuye, reduce la resistencia? ¿Cambiar el material no cambia la resistencia? ¿Si la temperatura disminuye, reduce la resistencia en la mayor parte de los conductores? ¿Si la longitud aumenta, crece la resistencia?
MANEJO DE PROBLEMAS
lkAINER-TESTER
(Págs. 126-132)
(a) (b) (c) (d)
PREGUNTAS PROGRAMADAS
EN SITUACION DE FALLAS
INTRODUCCION A LA LOCALIZACION DE FALLAS
(Y al manejo de problemas subsecuentes en situación de falla). Pruebe ahora una pregunta real para pensar. Esto no tiene que ver nada directamente con la electricidad, pero ayudará a puntualizar y desarrollar más su habilidad para pensar lógicamente: algo que usted hallará que es esencial cuando comience a aplicar su entendimiento de la electricidad con el objeto de localizar fallas en los circuitos eléctricos y equipo. Usted notará que este tipo de ejercicio del problema es un poco diferente de las preguntas anteriores en que está compuesto de una serie de preguntas secuenciales o interrelacionadas. Esto es (1) debe contestar correctamente la primera pregunta para estar capacitado para seguir con la siguiente dentro de la situación de un problema porque (2) al contestar correctamente le será proporcionada información adicional del problema (o datos) que se necesita para contestar bien la siguiente pregunta. Por tanto, este tipo de ejercicio de solución del problema comienza a estimular la situación de localización de fallas en el equipo de la vida real. 49. Suponga que usted entra en su automóvil nuevo con todo el equipo moderno y coloca la llave en el interruptor de encendido y trata de encender el carro. Encuentra que el motor no funciona del todo y de hecho, que no parece suceder nada. Como una verificación inicial de localización de la falla, cree que debería: (a) (b) (c)
lof
(d)
¿Ver que el radio esté apagado? ¿Menear la llave en el interruptor de encendido? ¿Asegurarse de que el selector de la transmisión automática está en neutral o para estacionarse? ¿Buscar causas posibles debajo de la cubierta?
50. Ahora prosiga con la siguiente etapa de localización lógica de la falla: (a) (b) (c) (d)
¿Bajarse del carro y patear las llantas? ¿Encender los faros para ver si la batería funciona? ¿Revisar el tanque de la gasolina? ¿Bajarse y buscar conexiones sueltas debajo de la cubierta?
L FALLAS
LA BASE PARA LA LOCALIZACION DE ESTRIBA EN EL USO DE UN PROCEDIMIENTO LOGICO
Usando sus sentidos, su cabeza, y los instrumentos de prueba, usted puede localizar las fallas de cualquier circuito eléctrico.
C) Copyright 1965/67/73/80 por Van Valkenburgh, Nooger & Neville, Inc. 15 Maiden Lane, New York, N. Y. 10038.
--■1111111111-
It11 .1 > AM PARA A A11 MINS • •
5....., ∎ 1110111114tibil Atenpill i tust Ida
•
Amen
1CCION
Y (:()1t RECCION
e
c. ,11,11
PARA LAS PREGUNTAS PROGRAMADAS
'FRAINE.R.TESTER rispositivd' de respuestg 'del estudiante,
MANEJO DE PROBLEMAS EN SITUACION DE FALLAS
SERIE 200-CONTESTACIONES A LAS RESPUESTAS-SERIE 200 Tarjeta de Respuesta Instantánea Contestación a
Programación Digital
las Respuestas
T—T No. Z1 10A
202
Incorrecto.
Usted debe comprender esto. Relea la Pág. 57.
206 No.
Es aún prematuro hacer esto y es improbable que hallará mucho. Trate primero las cosas más simples y relevantes.
207
Incorrecto.
Usted debe aprender a leer los medidores con exactitud por interpolación. Relea la Pág. 101.
224
Incorrecto.
Sus conceptos básicos están en un gran error. No solamente deberá releer las Págs. 40 a 53, sino también repasar las Págs. 16 a 23. Es de vital importancia que usted comprenda el flujo de corriente, de otra manera no será capaz de comprender la electricidad y la electrónica.
227
Incorrecto.
Está usted muy lejos de lo correcto. Un divisor no tiene lugar en este circuito. Relea la Pág. 110.
230
Correcto.
El paralelaje se discute en la Pág. 102.
239
Correcto.
Si tiene usted alguna pregunta en su mente del porqué, relea la Pág. 52.
242 Elección correcta. Este es el único detalle en la lista que no aumentará la fuerza del campo magnético. Para hallar qué es lo que lo hace aumentar, relea la Pág. 89.
I sumo
II.
TRAINIf TINI I Pli WATÁ-
t ot■el /I/
GItnilirm
EL JUEGO
1.1'.../IM•
m an
NI roo A 11141101m,
Ira la l'ag. 52. iiieMTee10.
Esta afirmación es correcta. Ripast . las Págs. 130 a 132.
249
Incorrecto.
Usted no entiende las cargas eléctricas. Relea la Pág. 29.
251
Correcto.
Las fuentes más importantes provienen del magnetismo y la acción química. Si tiene usted alguna duda acerca de otras fuentes, relea la Pág. 64.
256
2!t9
262
Incorrecto.
Incorrecto.
No.
Hasta que usted entienda que el elecirón tiene una carga negativa podrá progresar. Relea las secciones básicas muy cuidadosamente en las Págs. 15 a 22. Usted no entiende las conexiones de un voltímetro. Repase este punto importante en las Págs. 118 a 120. Usted está confundiendo los voltímetros con los amperímetros. Relea la Pág. 118.
266
Correcto.
Si no está seguro del porqué, relea la Pág. 45.
2(19
Incorrecto.
Esta es la capacidad para efectuar trabajo. Véanse las Págs. 56 y 59.
270
Correcto.
Si no está seguro del porqué, relea la Pág. 74.
276
Elección incorrecta.
Usted debe repasar estos factores. El saber cómo convertir estas unidades es muy importante. Relea la Pag. 117 y efectúe de nuevo algunos problemas sobre con-
1!85
286
292
Correcto.
No.
Incorrecto.
Incorrecto.
La capacidad de conducir electricidad depende de la disponibilidad de electrones libres. Relea la Pág. 25 si es que no está seguro. Esta afirmación importante es claramente verdadera. Relea la Pág. 80. El ampere es la velocidad de flujo de los electrones, el coulomb es la unidad de carga eléctrica. Relea la Pág. 53. Usted está en un gran error aquí. Repase la sección sobre la resistencia. Págs. 125 a 128.
ti:NT tot PAHA APRENDER
19
294
Incorrecto.
Usted no entiende qué es la fem y cómo funcionan las baterías. Relea la Pág. 75 y repase la Pág. 59.
298
Incorrecto.
Usted está bastante confundido. Relea las Págs. 18 a 22.
SERIE 300-CONTESTACIONES A LAS RESPUESTAS-SERIE 300 300 No.
Es muy precipitado recurrir al interior de la cubierta. Hay muchas otras verificaciones que hacer en la comodidad de su asiento de conductor antes de que haga algo demasiado drástico.
304
Correcto.
Recuérdelos. Usted los empleará a través de su estudio de la electricidad y la electrónica. Véase la Pág. 57.
309
Incorrecto.
Usted no comprende la atracción y repulsión de las cargas. Relea las Págs. 31 a 34.
322 Correcto. Los aisladores son tan importantes como los conductores porque ellos nos permiten limitar el flujo de corriente a trayectorias deseadas (a través de conductores). Relea las Págs. 25 a 27 si está inseguro del porqué. 326 Elección correcta. Esta afirmación no es correcta. La resistencia está fuertemente afectada por la elección del material. Véanse las Págs. 130 y 131. 328
Incorrecto.
Usted está confundiendo el principio con la operación real de un medidor. Relea la Pág. 97.
versiones de la Pág. 118. 1)78
Tlinni tt-T
332 Afirmacion verdadera. Esta es una afirmación verdadera muy importante. Si tiene algunas dudas, relea las Págs. 86 y 87. 334 Incorrecto.
Usted verdaderamente no comprende los campos magnéticos. Relea las Págs. 41 a 47.
337
Incorrecto.
Su concepto de la resistencia es erróneo. Repase la Pág. 125.
343
Incorrecto.
Relea la Pág. 74.
345
Incorrecto.
Usted está confundiendo los electrones con los protones. Véase la Pág. 21.
1111~11.1.1,
20
348
352
hl,
111.3:0
I IlAIN
Incorrecto.
Incorrecto.
Fi. .1 110r.00 '1 11 A IN VII 1 11.14 1'11,11 19111A
IPS I P it
Relea las Págs. 107 y 108 e inicnt clu dr nuevo. Pepa., los problemas de conversiones en las preguntas de 1, paso de . autoexamen en la Pág. 115.
39'1
Incorrecto.
Incorrecto.
398
Correcto.
Usted debe repasar estos factores. Es muy importante saber cómo convertir estas unidades. Relea la Pág. I 18
Toda la electricidad y la electrónica están basadas en el movimiento de los electrones. Vuelva a leer las Págs. 49 a 54 muy cuidadosamente. Usted debe comprende' el movimiento de los electrones.
359
Incorrecto.
Su dirección del flujo de corriente está invertida. Re lea la Pág. 75 y repase la Pág. 52.
360
Incorrecto.
El coulomb es una unidad de carga eléctrica no de corriente. Relea la Pág. 53.
364
Correcto.
Usted muestra comprensión de esta cuestión importante. Si tiene alguna duda en mente, repase la Pág. 117. Es muy importante ser hábil en las conversiones, por lo que se sugiere examine el Cuestionario de Repaso de Autoexamen en la Pág. 123.
367
Correcto.
Si tiene alguna dificultad en la comprensión de esta definición, véase la Pág. 57.
372
Incorrecto.
Usted se encuentra realmente errado. Deberá releer toda la sección acerca de la fem en las Págs. 57 a 61 y la Pág. 63.
376
Incorrecto.
Usted no comprende las conexiones del voltímetro. Repase este punto en las Págs. 118 a 120.
378
Incorrecto.
Estos son semiconductores; usted no comprende los conductores y los aisladores. Relea las Págs. 25 a 27.
384
Incorrecto.
Un amperímetro mide el flujo de corriente a través del circuito. Relea la Pág. 113 y estudie los diagramas. También sería conveniente volver a leer la Pág. 105.
387
No.
Usted ha captado mal el concepto de flujo de corriente. Relea la Pág. 52. La comprensión del flujo de corriente es fundamental en la electricidad y la electrónica.
Esta regla importante está descrita en la Pág. 88. ¡Apréndala! Una corriente eléctrica es el flujo de los electrones libres. Si tiene algunas preguntas vuelva a leer la Pág. 22.
SERIE 400-CONTESTACIONES A LAS RESPUESTAS-SERIE 400
y efectúe nuevamente algunos problemas de convel sión de la Pág. 123. 357
APIIII.N1lit
400
Incorrecto.
Relea la Pág. 65 en la que éstos están enlistados.
403
Correcto.
La dirección del flujo de corriente se describe en la Pág. 52.
407
Incorrecto.
420 No.
Sería ridículo hacer algo como esto cuando existen otros modos perfectos de cambiar el rango. Repase las Págs. 118 y 120. Si usted tenía un interruptor de encendido malo, esto podría ayudar pero normalmente no sería así. Deberá pensar en una manera directa acerca de lo que ocasionaría cerrar el relay de encendido.
423
Incorrecto.
Usted no sabe cómo funcionan los medidores, vuelva a leer las Págs. 95 a 99.
426
Incorrecto.
Los protones son parte de los núcleos de los átomos y generalmente no existen libres. Usted no comprende la naturaleza de la estructura atómica. Relea las Págs. 17 a 22.
429
Incorrecto.
Es importante que conozca el símbolo que se usa comúnmente para indicar la diferencia de potencial o el voltaje. Véase la Pág. 58.
430
Incorrecto.
Su concepto del flujo de corriente es incorrecto. Relea las Págs. 51 a 52. Es en extremo importante que comprenda este punto.
437 No.
Esta afirmación importante es perfectamente verdadera. Relea la Pág. 80.
440
Incorrecto.
Esta regla es importante, está descrita en la Pág. 88. ¡Apréndala!
444
Correcto.
Si no está seguro del porqué, revise la Pág. 125.
22
t111111►
TIIA I N u lit
I,
ri I
1a.11
l'ANA
A 1.11END1100
116
Incorrecto.
Relea la Pág. 53. Usted deb( apieudel ,ltbolos que se usan en la electricidad y la electrónica ya que éstos son empleados por todos.
452
Incorrecto.
Mientras que existen electrones en las órbitas exteriores de los átomos, esto no es de lo que trata la teoría electrónica. Véanse las Págs. 15 y 16.
456
No.
Esta afirmación está perfectamente correcta, y es muy importante. Relea la Pág. 78.
459
No.
Los voltímetros no van en serie; está confundiendo las conexiones del amperímetro con las del voltímetro. Repase la Pág. 119.
I
SERIE 500---CONTESTACIO N ES A LAS RESPUESTAS—SERIE ►00 500
Elección correcta.
Estas son las conexiones correctas para un voltímetro; asegúrese de que tiene el rango correcto en el voltímetro antes de aplicar potencia. Véase la Pág. 120.
504
Correcto.
Esta afirmación es falsa. Las líneas magnéticas nunca se juntan. Si no está seguro del porqué, relea la Pág. 45.
507
Incorrecto.
Esto es claramente incorrecto. Si usted pensó que lo era, no sólo deberá releer la Pág. 59 sino también las Págs. 56 y 57.
520
462
Correcto.
Usted pudo deducir ésta a partir de las rocas que le rodean. Véase la Pág. 65.
467
Elección incorrecta.
Esta conversión es correcta. Es muy importante que
Afirmación verdadera. Esta es una muy importante afirmación verdadera. Si tiene algunas dudas, relea las Págs. 86 y 87.
526 sea capaz de convertir las unidades con rapidez y con exactitud. Reestudie la Pág. 129.
i ■ .11 I 10A IN hit I . 1.►r 11410 PAHA Ai'11U t I lum
Incorrecto.
Usted no entiende este importante concepto. Relea las Págs. 50 y 53.
529
Incorrecto. ¡Usted está aquí realmente errado! Relea las Págs. 107 y 109 e inténtelo de nuevo. También repase los proble-
468
Incorrecto.
Esto indica que usted no comprende. Relea las Págs. 41 a 45.
470
Incorrecto.
Los resistores multiplicadores se usan con los voltímetros. Relea la Pág. 110.
mas de conversión en el cuestionario de repaso del autoexamen en la Pág. 115. 533
Incorrecto. Mientras existan electrones en el núcleo (y neutrones), esto no constituye la base de la teoría electrónica. Véanse las Págs. 15 y 16.
474
Incorrecto.
Usted debe aprender esto. Relea la Pág. 57.
478
Incorrecto.
537
Incorrecto.
Relea la Pág. 65 en donde éstos están enlistados.
Usted no entiende lo que es la atracción y repulsión de las cargas eléctricas. Relea las Págs. 31 a 34.
540
Incorrecto.
Usted no comprende la reluctancia y las líneas de fuerza y cómo éstas hueractúan. Relea la Pág. 45.
Se equivocó probablemente al contar las cifras decimales. Relea las Págs. 107 y 109 e inténtelo de nuevo.
547
No.
482
Incorrecto.
Repase los problemas de conversiones en el cuestionario de repaso de autoexamen en la Pág. 115. 549
487
Incorrecto.
No todos los conductores están hechos de metal. Relea la Pág. 25.
492
Incorrecto.
El amperímetro dará la lectura invertida. Relea la Pág. 112 y estudie el diagrama esquemático.
497
Correcto.
Estos son los mejores conductores eléctricos. Relea la Pág. 25 si necesita verificar esto.
Esta afirmación es absolutamente correcta; y muy importante. Relea la Pág. 78.
Sí.
¡Esta es la idea correcta! La mayor parte de los automóviles de los E.U.A. tienen transmisión automática con un interruptor en serie con la línea del relay de encendido para prevenir encendidos accidentales con el carro en velocidad. Revise para asegurarse de que la transmisión automática está en posición de estacionado o neutral. En este caso, halló que se encontraba en reversa (así dejada por equivocación). Sin embargo, cuando usted la coloca en neutral, el carro aún
Ir 10/1,1•1
I ItAINt
01, /401,10
VAIIA
i•111,N/ln II
IntiVS(1:1 el nlIsino
guiente pregunta después (ir md correcta para ésta. 555
Incorrecto.
I. , p tu, o nutiNitit .111(II.1 1 mi 1,0 MÍ Al Se
la
111111111.R 11')I1
598
Incorrecto.
Correcto.
560
Incorrecto.
Esta conversión es correcta. Es muy importante que esté capacitado para convertir unidades de manera rápida y exactamente. Estudie de nuevo la Pág. 129.
562
Incorrecto.
Usted no sabe cómo funcionan los medidores. Relea las Págs. 95 y 98.
566
Incorrecto.
Usted no comprende los conductores ni los aisladores. Relea la Pág. 25.
569
Correcto.
Para una explicación del significado de la fuerza electromotriz véase la Pág. 57.
572
Correcto.
Esta regla está dada en la Pág. 88. Vuélvala a leer si tiene alguna duda.
417.111.17
mi 1'.11
SERIE 600-CONTESTACIONES A LAS RESPUESTAS-SERIE 600
Relea la Pág. 53. Usted debe aprender los símbolos
Puesto que la lectura completa de la escala es de 0-1 mA, usted debe derivar (rodear) todo menos 1 mA, por lo que 9.999 A debe pasar a través de la derivación. Véase la Pág. 110.
Su teiminologia y (:otnin• n Snni tic 1.1•, halci
r di.,
ser reforzada. Relea la Pág. '/•I
que se emplean en la electricidad y la electrónica ya cinc son convencionales. 559
rnitil A19u1
600
Incorrecto.
Usted no comprende la estructura atómica y la naturaleza de la corriente eléctrica. Relea las Págs. 19 a 22.
604
Correcto.
Usted debe racalcar el hacer conversiones de las diversas unidades de medida de corriente con exactitud y rapidez. Para mejorar sus habilidades efectúe nuevamente los problemas del Cuestionario de Repaso del Autoexamen en la Pág. 115.
608
Incorrecto.
Está afirmación es verdadera. Relea la Pág. 26.
624
Incorrecto.
Esto no tiene sentido y si no está seguro del porqué, relea las Págs. 31 a 35.
627 Elección incorrecta. Usted debe repasar estos factores. Es muy importante saber cómo convertir estas unidades. Relea la Pág. 117 y haga de nuevo algunos problemas de conversiones de la Pág. 123.
575
Elección correcta.
Esta afirmación es incorrecta. La corriente aumenta si la resistencia disminuye. Véanse las Págs. 126-128.
577
Incorrecto.
La barra adquiere carga por inducción. Relea la Pág. 36.
582
No.
Relea la Pág. 101 y estudie la ilustración.
588
Incorrecto.
Usted no comprende lo que es la carga eléctrica. Relea la Pág. 29.
593
Incorrecto.
Usted no entiende la conversión. Repase la Pág. 117 y efectúe nuevamente los problemas del Cuestionario de Repaso del Autoexamen de la Pág. 123.
594
Incorrecto.
Usted no comprende la naturaleza del electrón y la estructura del átomo. Relea las Págs. 21 y 22.
629
Correcto.
Hay muchas maneras de mantener una fem, pero todas ellas requieren de una fuente de energía. Si hay alguna duda al respecto, revise las Págs. 59 y 63.
630 No.
Esta afirmación es absolutamente correcta; es muy im portante. Relea la Pág. 77.
634
No tiene caso alguno conectar un medidor al revés, y entonces tener que invertir las terminales de conexión; hágalo correctamente desde el principio. Véase la
Correcto.
Pág. 119. 636
Incorrecto.
Usted no comprende el concepto de flujo de corriente. Relea todas las Págs. de la 49 a la 54. Es importante que comprenda el flujo de corriente.
642 Elección incorrecta. Al aumentar el número de vueltas crece la fuerza del campo magnético tal como se describe en la Pág. 89. ¡Reléala!
J111.1.0
I II AINI It I POTTICII
PAILA
A1.111,1,13111
VI. .0
642
Elección incorrecta.
Al aumenta ' el I n1111(10 lit' VII(' 10 a . , o r 13 ¡UVI /.1 :ampo magnético tal colon se llene 1 the un 1.1 ¡Reléala!
645
Elección correcta.
Esta conversión es incorrecta. Véase la Pág. 129 para verificar esto.
649
654
No.
Incorrecto.
657 No.
Incorrecto.
Incorrecto.
1
Es aún muy prematuro hacer esto. Hay también otras verificaciones funcionales y más relevantes que puede hacer mientras está aún dentro del carro.
663 Incorrecto. Usted está casi en lo correcto, pero debería revisar las Págs. 118 y 120 para las reglas de las conexiones del voltímetro. 666
690
Esta afirmación es correcta. Relea las Págs. 43 y 46, quizá relea la pregunta.
656 Correcto. Esta es una cuestión básica que usted debe recordaren todo momento a través de su estudio de la electricidad y la electrónica. Véase la Pág. 21.
La presión no es de uso importante en la electricidad. Véase la Pág. 65.
667
Incorrecto.
Usted no comprende este concepto importante. Relea las Págs. 50 a 53.
672
No.
Esta afirmación importante es absolutamente verdadera. Relea la Pág. 80.
ENT Eh PAHA A
11111;1(
698 Elección incorrecto ¡Esta afirmación es absolutamente correcta! Repase las Págs. 126 a 128. Debe comprender cómo afecta la resistencia a los circuitos antes de continuar adelante con su estudio de la electricidad.
111'1—
Usted debe aprender a leer los medidores con exacti tud por interpolación. Relea la Pág. 101.
3) I A I N
Usted ha equivocado esta definición básica muy importante. Relea la Pág. 57.
SERIE 700—CONTESTACIONES A LAS RESPUESTAS—SERIE 700 702
Correcto.
La batería es una fuente de fem, así que mantiene el flujo de corriente. Si no está seguro de esto, relea las Págs. 59 y 75.
706
Incorrecto.
El cambio de escala no hace que el rango del medidor cambie. Repase las Págs. 118, 120 a 122.
708 No.
Esta afirmación es correcta. Relea las Págs. 43 a 47 o tal vez vuelva a leer la pregunta.
722
Incorrecto.
Se necesita una derivación, pero debe pasar todo menos 1 mA. Relea la Pág. 110.
729
Incorrecto.
Mientras que esto puede ser cierto, no es la razón por la cual esta afirmación es verdadera. Relea la Pág. 25.
No 734 No.
Relea la Pág. 101 y estudie la ilustración.
739
Véase la Pág. 45 si no está seguro del porqué.
Correcto.
742 Correcto.
Si no está seguro del porqué, relea las Págs. 31 a 34.
744
Incorrecto.
Usted está aquí realmente errado. Relea las Págs. 107 y 109 e inténtelo de nuevo. Repase también los problemas de conversión del Cuestionario del Repaso de Autoexamen en la Pág. 115.
680 Incorrecto. ¡Es importante que conozca el símbolo que se emplea usualmente para representar la diferencia de potencial o voltaje! Véase la Pág. 57.
749
Incorrecto.
Mientras que una batería mantendrá la fem, hay una respuesta mucho más fundamental en una de las otras
682
Incorrecto.
Estos son aisladores. Relea las Págs. 25 y 26.
752
Incorrecto.
687
Correcto.
Si tiene alguna pregunta en su mente tal como el porqué, está usted equivocado, relea la Pág. 52.
El medidor está en serie y la polaridad es correcta como se muestra en la ilustración de la Pág. 112.
759
Correcto.
Si necesita usted más información relea las Págs. 95 y 98.
678
Correcto.
Recuerde este símbolo; también aprenderá otros que usará todo el tiempo en la electricidad y la electrónica.
opciones. Véanse las Págs. 59 y 63.
28
u,
,0 I leD0 'EUA IN I■11 'I E0.41'1 ,11 PAILA APR 1, N Dillt
JUEGO 1 II AINI , 11 TEN't EU PA II A APRENDER
SERIE 800—CONTESTACION ES A LAS RESPUESTAS—SERIE 800
760 .41irinación verdadera. Esta es una afirmación verdadel .1 muy importa' (tiene alguna duda, vuelva a lee( las Págs. 86 y 88. 762 No.
Esto puede eliminar una distracción, !pero no contri huirá mucho a darle una visión de lo que está mal! Sn problema consiste en que su encendido no le da pote)) cia. Concéntrese en eso.
804
Incorrecto.
Las resistencias no se miden en amperes. Véase la Pág. 128 para la definición.
807
Incorrecto.
Usted no entiende la reluctancia, las líneas de fuerza y la manera en que interactúan. Relea la Pág. 45.
765
770
Incorrecto.
Incorrecto.
Mientras que éstos son conductores, ellos no son los mejores. Relea la Pág. 25. Usted no entiende la conversión, Repase la Pág. 117 y haga de nuevo los problemas del Cuestionario de Re paso del Autoexamen en la Pág. 123.
Correcto.
Todos los efectos eléctricos y electrónicos que observa mos son explicables por medio de la teoría electrónica. Si tiene alguna pregunta en mente relea las Págs. 15, 16, 21 y 22.
776
Incorrecto.
La presión no es de uso importante para la electricidad. Véase la Pág. 65.
778
Incorrecto.
Usted se ha equivocado en esta definición básica muy importante. Relea la Pág. 57.
782
Incorrecto.
Usted está confundido en cuanto a lo que es un electrón. Véase la Pág. 21.
788
Elección correcta.
El tamaño del alambre no tiene importancia en la determinación de la cantidad de electricidad producida. Relea la Pág. 80 si no está seguro del porqué.
820
Sí.
¡Buena idea! Esto le indicará si la batería está al menos funcionando limitadamente bien. En este caso, los faros están muy opacos y de hecho cuando los encendió,
774
786
809
Incorrecto.
Elección incorrecta.
Usted sabe que esto es incorrecto de sus respuestas anteriores. Véase la Pág. 58. ¡Esta afirmación es absolutamente correcta! Repase las Págs. 126 y 127. Usted debe comprender cómo la resistencia afecta a los circuitos antes de poder seguir más adelante en su estudio de la electricidad.
790
Elección incorrecta.
Esta afirmación es correcta. Revise las Págs. 130 y 131.
792
Incorrecto.
El ampere es 1c/ ls o la velocidad del flujo electrónico. Si no está usted seguro de cómo se define el ampere, relea la Pág. 53.
798 Elección incorrecta.
Un núcleo de hierro aumenta la fuerza del campo tal como se describe en la Pág. 89, ¡reléalo!
halló que los había dejado prendidos cuando estacionó el carro. El misterio está resuelto, tiene una batería casi agotada ¡Un paso de corriente de un amigo enciende su carro y usted se conduce! Se desea que este pequeño examen de sus habilidades lógicas indicará cómo abordará usted la localización de fallas — use sus ojos, nariz y su mente juntos para elegir una secuencia lógica de etapas para proporcionar la solución de un problema-comenzado con las pruebas simples y dirigiéndose a cosas más complicadas sólo cuando sea absolutamente necesrio. ¡Felicidades! Está ahora listo para el Volumen 11, en el que usted comenzará a localizar fallas en los circuitos de cd en los problemas que allí aparecen sobre el manejo de situaciones de fallas. 822
No.
Relea la Pág. 101 y estudie la ilustración.
826
Incorrecto.
Usted debe saber esto. Relea la Pág. 57.
829
Incorrecto.
Usted no comprende las cargas por inducción. Relea la Pág. 35.
830
Correcto.
Este es un punto fundamental que debe comprender en toda la electricidad y electrónica. Si tiene alguna duda, relea el material en las Págs. 15 a 22.
836
Incorrecto.
Esta regla importante está descrita en la Pág. 88. ¡Apréndala!
843
Incorrecto.
Mientras que no empleemos la potencia eléctrica en nuestros estudios sino has( tlespués, es muy importan-
■10
,1 MIMO I 1141191,11 I 1 , i 1 II I'AIIAAeh1U,NII
,1111«:() TIIA IN VII 1 • 104'1'1,111
II
le (pie Sepa CÓMO ésta Se 1 C1.1111111.1 t un
el Vidlait'
y 1.1
886
Usted no comprende la relación entre los conductoir‘.
Incorrecto.
y los aisladores. Relea las Págs. 25 Y 26.
corriente. Véase la Pág. 58.
845
Correcto.
Mega es 1/1000 000. Usted debe estar familia ' izallo con los factores de conversión y de poder usar estos lat tores de manera rápida y exacta. Véase la Pág. 117. Si no está seguro, efectúe de nuevo algunos problemas de conversiones en el Cuestionario de Repaso del Amo examen en la Pág. 123.
847
Incorrecto.
Hasta que usted comprenda que el electrón tiene una carga negativa, progresará. Relea las secciones básicas en las Págs. 15 a 22 cuidadosamente.
850
Incorrecto.
La fricción no es producida por electricidad excepto indirectamente por acción mecánica. Véase la Pág. 65.
854
Correcto.
Si no está seguro acerca de ello relea la Pág. 29.
892
los problemas de conversión en el Autoexamen del Cuestionario de Repaso en la Pág. 115.
897
quizá vuelva a leer la pregunta.
SERIE 900—CONTESTACIONES A LAS RESPUESTAS—SERIE 900 900
Correcto.
Incorrecto.
906
Incorrecto.
922
Incorrecto.
868
872
874
Incorrecto.
Usted está confundiendo los voltímetros con los amperímetros. Repase las Págs. 118 y 120.
Correcto.
Los electrones comienzan a fluir tan pronto como el alambre es conectado a la fuente. Relea la Pág. 52 para detalles.
Incorrecto.
Correcto.
Usted movió el punto decimal de manera incorrecta. Es necesario ser eficiente en las conversiones. Repase la Pág. 117 y efectúe de nuevo los problemas del Autoexamen en la Pág. 123. Si no está seguro de cómo se define el ampere, relea la Pág. 53.
Una vez más la importancia de poder efectuar la conversión de unidades de corriente con rapidez y exactitud no se puede enfatizar demasiado. Para mejorar habilidades efectúe de nuevo los problemas de conversión del Autoexamen del Cuestionario de Repaso en la Pág. 35.
863
865
Esta declaración es correcta. Relea las Págs. 44 a 47 o
No.
903
Su concepto de la fem y del flujo de corriente en los circuitos eléctricos es erróneo. Relea la Pág. 75 y repase las Págs. 49 y 62.
Relea las Págs. 107 y 109 e inténtelo de nuevo. Repase
Incorrecto.
859 Elección incorrecta. Esta conversión es correcta. Es muy importante que usted sea capaz de convertir unidades con rapidez y exactitud. Estudie nuevamente de la Pág. 129. Incorrecto.
PAILA A11.111,INIDVIt
Mientras que esto puede suceder con una barra aislada, no sucederá con una barra de metal como la que se usa en este experimento. Relea la Pág. 35. Usted no sabe la diferencia entre dos factores importantes. Relea la Pág. 53 y véase la Pág. 57. Relea la Pág. 74.
924 Incorrecto. Usted no comprende las diferencias básicas entre un conductor y un semiconductor. Vuelva a leer las Págs. 25 y 27. 926 Incorrecto. Relea las Págs. 107 y 108 e inténtelo de nuevo. Repase los problemas de conversión del Autoexamen del Cuestionario de Repaso en la Pág. 115. 932
Incorrecto.
Usted no comprende la reluctancia. Relea la Pág. 45.
937 Elección incorrecta. Al aumentar la corriente a través de una bobina aumenta la fuerza del campo tal como se describe en la Pág. 89, ¡reléala!
878
Incorrecto.
Relea la Pág. 64 en las que éstas se encuentran enlistadas.
938
Elección incorrecta.
Esta declaración es correcta. Repase las Págs. 130 y 131.
880
Incorrecto.
Usted debe aprender a leer medidores con exactitud por interpolación. Relea la Pág. 101.
940
Elección incorrecta.
¡Esta declaración es absolutamente correcta! Repase las Págs. 126 y 127. Usted debe comprender cómo la
32
El,
!JUGO 111A IN I,I II 111111111:11 1'Al1A A1 . 111, N I ;U
11', I,
it
resistencia alet 1.1 .1 los nuar con su estudio de
.11111 1.1
elc• tic
...III1
TII Ál N VII 'I'
l'A II A
A l'II I, N DI, II
1 I
Usted está confundido. Relea las Págs. 59 y 63.
987
Incorrecto.
992
Incorrecto.
Su concepto de cómo los electrones se mueven en un
999
Incorrecto.
Un amperímetro mide el flujo de corriente a través del circuito. Relea la Pág. 112 y estudie los diagramas.
n1.1111
945 Elección correcta. Esta declaración no es verdadera. I auto el .1 la ni bu e como el campo se deben mover uno con respecto del otro. Si no está seguro del porqué, relea la Pág. 78 948 Incorrecto. Relea la Pág. 53. Usted debe aprender los símbolos que se emplean en la electricidad y la electrónica ya que éstos son convencionales. 953 Afirmación incorrecta. Esta no es una afirmación verdadera. Es muy impor tante que usted comprenda por qué. Relea las Págs. 86 y 87. 957
Incorrecto.
Relea la Pág. 44 e inténtelo de nuevo.
962
Incorrecto.
Ya que éste es el símbolo para la corriente que usted ya debe saber, relea la Pág. 53 y revise la Pág 57.
965
Correcto.
Usted puede convertir a cualquier rango que elija por medio de este método tal como se describe en las Págs. 120 y 121.
967
Incorrecto.
No hay fluido eléctrico o "jugo"; la electricidad es el flujo de los electrones libres. Relea toda esta sección de la Pág. 13 a 22, porque usted realmente no comprende la naturaleza de la electricidad.
972
Correcto.
Es importante ser capaz de leer medidores con exactitud por interpolación.
976
Incorrecto.
Usted no entiende la electricidad. Debe leer las Págs. 15 a 22 y 29.
977
No.
Ya que el motor no funciona, en este momento no importa si tiene gasolina o no. Si el carro no se puede hacer funcionar, ésta puede ser una verificación útil y lógica.
980
Incorrecto.
En tanto que no hemos visto los electrones, creemos que existen porque podemos observar sus efectos. Relea las Págs. 15 a 22.
985 No.
J (113:0
Al asegurarse de que esto no es así, usted evita que el voltímetro se queme. Véase la Pág. 120 para saber por qué esto es así.
conductor es erróneo. Relea la Pág. 52.
También será benéfico releer la Pág. 105.
1
TARJETAS DE RESPUESTA TRAINER - TESTER"
TARJETAS DE RESPUESTAS TRAINER - TESTER"
RESPUESTA COMBINADA ALFA - NUMERICA PARA REPASO CORRECTIVO siempre y cuando se necesite
CON
• SISTEMA DE PUNTUACION para exámenes cortos y frecuentes • IDENTIFICACION DEL TEMA DE DIFICULTAD para su análisis inmediato
Con un sistema de autopuntuación y de identificación de los TEMAS DE DIFICULTAD
COMPAÑIA EDITORIAL CONTINENTAL. S. A. EJEMPLO DEL USO DE LA AUTOPUNTUACION PARA UN EXAMEN DE 10 PREGUNTAS
NOMBRE
COMPAÑIA EDITORIAL CONTINENTAL. S.
(11.0874,-e
CORRECTAS
P5 yc., N, /al
CLASE/CURSO
l// ,?7,"
FECHA g
PRUEBA NUM.
TIEMPO q ..
• 4.„ 0.‹ ,
00-
EJEMPLO DEL USO DE LA
_
CALIFICACION
4r -70
; Patemde • liVN&N • mona Indult:d
CLASE, CURSO_5_Ch FECHA 9
Tarje,. de
Instrucciones_ Forma Alfa-Numérica de Resume.. Borre el áselo en donde creaque está la respuesta correcta (A, C De De preferencia use una goma para láp i suave. fon la punta razonablemente aguda. •t e t signif ice •t Correcto", cualquMr otra lelo. q uien decir •t Equirooadoe Si al primerz intento no descubre la "2 - encontrará un número de 3 dígitos Site lo remitirá a la halo de respuestas; puede continuar borrando hasta encontrar la E. pero recuerde que su calificación baja; borre lo mena, posible.
3
UNIDAD
Marcas hechas por los estudiantes en el filo de la tarjeta que identifican a los TEMAS DE DIFICULTAD
t al<
(d)
UNIDAD
CM RO III MI Ni
-
1111111111111111 1:1111 MI
1-
9
0 se la nem
III III In 1111 11111 III Ni ,3 1111 4 Ea — 5 III/ 111 SME 6 IIII — - Mi 111 111111 — 18 Ni 111111.11111 2
LAS TARJETAS DE RESPUESTAS AL APILARSE MUESTRAN UN ANALISIS GRAFICO INMEDIATO
20 e
V N/ N 6,
os
VISTA DE LOS FILOS DE LAS TARJETAS APILADAS
(la)
(0)
II III III IIII 111 IN -12-3
Mentado
de
NIDAD
(.)
lb)
(<1
la)
'a- '4755■000
22
0 nit 41.41.4.
24
3O
25
O 0 41/• 5 421)004.
27
28
3 3
1_
7 M g.
29
30 31 32 33 34 35 36
4
MAN
Marta
husmo
C -
-
(Q
Tarjeta dé COMBINACION ALFA-NUIVIERICA
40
T-T 45-5X
UNIDAD
lb)
21 22 41»
• •
• — •
elk
2344024
PON. TUACION
(d)
10
4001
4/14.0 26 411>
•
27
4111) 411
--
•
M MM-29MMMM 28
30
41,00—
35
<11.
MM— 2000041) o,., 23 010
MMMM
-
FORMA DE RESPUESTA ALFARETICA Al borrar la respuesta elegida (10d), la respuesta alfabética "L" indica de inmediato al estudiante que está equivocado". FORMA DE RESPUESTA ALFA-NUMERICA En este punto, si se desea, el "720", un número al azar, puede utilizarse como acceso controlado al repaso correctivo, que puede conducir a: • Una referencia específica del texto, Pág. 17 del Suplemento de Autopuntuación.
36.11.41.4.
37
•11, «O
M 41, • 39
e opyright 1966os 1971 por dVan V al kPrIblIMI . No ge r o. & Revi re InA, 15 l'hielen Lane, New York. N. Y., . I mp reso en Mé ic nov i embne. de 1971. 100 58; CU. S. A. Reserv ad 67.todos l os erechossyx 764 821; 2 961 777; 2 986 820 ; 3 055 117. Patentes en otros PaiSYS comedidas • Patentes Estadounidenses: Y en trámite. Marcas registradas en Estados Unirlos de Norteamérica (Nos. 625 025 y 721 354) Y en otros Paises.
VVN & N
DESIGNACION DE LA RESPUESTA CORRECTA Para este ejercicio en particular se ha designado la letra "T" para la respuesta correcta para conocimiento inmediato de los resultados. Todas las demás letras significan «equivocado".
15 ///
19 41,
t-T No.
(a)
,44.411>MM
17
39
RESPUESTAS INSTRUCCION CORRECTIVA
BNISI
Modelo de respuestas variables (II, E, T, L) junto con el sistema de números al azar para repaso correctivo
314.041.4. 32 041DMM-3341.4441. 3441.41)4111411>
MMIII/M HM***
38
Copyright 1966/67-1971 por Van Valke.1.11911, Nooger & Int., 15 Manden Lane. Neo York. N. Y., 10038, U S.A. Reservados todos los derechos. Impreso en México, n siembrede 1971. " Patentes Estadounidenses: 2 764 821; 2 961 777; 2 986 8 0; 3 055 117. Patentes en otros paises concedidas y en trámite. Marcas registradas en Estados Unidos de Norteamer ca (Nos. 625 025 Y 721354) Y en otros paises.
TORCÍAN
NTOMMM; 0• 00 0 • 05 -I 9411>C115•1140-5e» 0 elb "4411,41.• '24.01,41■■• 1,441,00
26
37
•
:”RAINER-TESTER*
RESPUESTAS INSTRUCCION CORRECTIVA
BREO NUM
(d)
23
3 > C) 3 NE O El SIN IN 3— 5
1.1
TORCÍAN
21
2 tu la ela mi _a 3
RESPUESTAS INSTRUCCION CORRECTIVA
Tu %11,N N UM
111111111
wilwasmea+
PUNTUACION HECHA POR LOS ESTUDIANTES. NO POR LOS PROFESORES
INSTRUCCIONECORRECTIVA
CALIEICACION
ovalé en Borre donde el crea que esta la respuesta correcta (A, B. C o D). Instructiones. Forma Alfa . Nmér. de Respuestas. De preferencia use una goma para laup suave. son la punta raz gaBlemente aguda "2" signa ica - Cmrectue cualquier otra letra quiere decir t 'Equivocado". Si alome Intento no descubre la -2" encontrará un número de 3 disidas que le rem itir á a la hoja de respuestas; puede continuar borrando hasta encontrar la -1"-, ein recuerde que su cal if mam o 0 baja; borre lo menos posible.
A BREO ROM
-so
PRUEBA NUM
TIEMPO 7 ; 0 -.(:? : 74 TEMAS QUE SE DIFICU/ TARON4 - ‘
spue ReStas Juego
TEMAS DE DIFICULTAD (LOS QUE NECESITARON MAS DE UNA BORRADURA) Y QUE RECIBEN MENOS DE 3 PUNTOS
101
/( 1 /70
FORMA DE RESPUESTA ALFA-NUMERICA PARA REPASO CORRECTIVO EN LA LNSTRUCCION INDIVIDUALIZADA
CORRECTAS
CORRECTAS
NOMBRE
5.- .02 O TEMAS QUE SE DIFICULTARON_
''RTRAINER-TESTER
• COK
INCORRECTAS
• Relacionarlo con otras porciones del programa • Etc. Cualquier otra cosa que se desee.
FORMA DE RESPUESTA NUMERICA
T-T No. MI
p onm
T-T AS-GX
TAL, S.A. DE
