BLOQUE_1

Tecnología y su relación con otras áreas de conocimiento

IBLO

QU

E

1 TecnologíaysurelaciónconoTrasáreasdeconocimienTo1.1 Latecnologíacomoáreadeconocimientoylatécnica

comoprácticasocial.1.2 Relacióndelatecnologíaconlascienciasnaturales

ysociales:laresignificaciónyelusodelosconocimientos.

1.3Laresignificaciónyelusodelosconocimientosparalaresolucióndeproblemasyeltrabajoporproyectosenlosprocesosproductivos.

12

BLO

QU

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Contenido

12

El alumno:• Comparalasfinalidadesdelascienciasydela

tecnologíaparaestablecersusdiferencias.• Describelaformaenquelosconocimientostécnicosy

losconocimientosdelascienciasseresignificaneneldesarrollodelosprocesostécnicos.

• Utilizaconocimientostécnicosydelascienciasparaproponeralternativasdesoluciónaproblemastécnicos,asícomomejorarprocesosyproductos.

Estudiaráslarelaciónentretecnologíayciencia,yanalizaráscómolosconocimientospreviossetransformanyresignificanparaaplicarlosalaresolucióndenuevosproblemassociales.Enestecursopondrásenprácticalasaccionesestratégicaseinstrumentalesquederivanenlacreacióndebienesyservicios.Estudiaráselcomportamientodelostreselementosfundamentalesdelaelectricidad:Resistencia,TensiónyCorriente,aplicadosenlostiposbásicosdecircuito:serie,paraleloycomplejo.

• Reconocerlasdiferenciasentreelconocimientotecnológicoyelconocimientocientífico,asícomosusfinesymétodos.

• Describirlainteraccióndelatecnologíaconlasdiferentesciencias,tantonaturalescomosociales.

• Distinguirlaformaenquelosconocimientoscientíficosseresignificanenlaoperacióndelossistemastécnicos.

P ropósitos

En este bloque

Aprendizajes esperados

13

Elconocimientohumanosecreaconbaseenlainteligencia:nuestracapacidaddeentendercómofuncionatodoloquenosrodeayresolverproblemas.

La ciencia es la encargada de desentrañar el funcionamiento de los fenómenosnaturales, como el comportamiento del calor, los fluidos, los átomos, entremuchos otros, bajo determinadas circunstancias. La tecnología, por su parte,creaunconjuntode teorías y técnicasencaminadoadesarrollaraparatosqueaprovechendeformaprácticaelconocimientocientífico;entantoquelatécnicaaplica los conocimientos generados por la tecnología en procedimientos yrecursosenfocadosarealizarunatareaespecíficaparafacilitar laejecucióndeciertaactividad.

Elcursoanteriorcomprobastequelosconocimientosteóricossonindispensablesparaponerenprácticalasaccionesestratégicaseinstrumentalesquederivanenla creación de bienes y servicios socialmente útiles. Las Leyes de Maxwell, porejemplo,explicanelcomportamientodelacorrienteeléctricaenprácticamentecualquier situación; sin ellas sería casi imposible la generación, transmisióny control de la energía eléctrica que hace funcionar la sociedad tal y como laconocemos.

los productos de la técnica para la satisfacción de necesidades e intereses

Cuandosecomprendeelprincipioteórico,elsiguientepasoconsisteenaplicarloenelmundorealparasolucionaralgúnproblemasocial;eselcasodelacorrientealterna que estudiaste en el curso anterior. Los inventos de Nikola Tesla paragenerar y transportar electricidad utilizando la corriente alterna probaron sermuysuperioresteóricaytécnicamentealospropuestosporTomásAlvaEdisoncon la corriente directa. Esto se debe a que Tesla era un científico y, por lomismo,buscabalaeficaciayeficienciaensusinventos;mientrasqueEdisoneraun comerciante que sólo buscaba la mayor ganancia posible. Por fortuna, enelcasode lageneracióny transportede laenergíaeléctricapúblicase impuso

1.1 La tecnología como área de conocimiento y la técnica como práctica social

Activación de conocimientosAntes de iniciar el estudio de este apartado, en grupo y apoyados por el maestro,

reflexionen y contesten:

A. Expliquen con sus palabras, ¿qué es la ciencia?

B. ¿Cuál es la diferencia entre técnica y tecnología?

C. ¿Qué estudia la física?

TomásAlvaEdison1847-1931.Empresarioyprolíficoinventorestadounidensequepatentómásdemilinventos.

NikolaTesla1856-1943.Inventor,ingenieriomecánicoeingenieroeléctricoypromotordelnacimientodelaelectricidad.

Bloque I tecnología y su relación con otras areas de conocimiento

14 ediciones ®

elbienestarde lamayoríasobre los interesesparticularesy,graciasaello,actualmentegozamosde losbeneficiosde laelectricidadennuestroshogares,laescuelayeltrabajo.

Actividad 1

InvestigaenInternetelepisodiohistóricoconocidocomoLa Guerra de las

Corrientes.Escribeunresumenentulibretadetrabajo.

los circuitos eléctricos y su relación con los conocimientos de la física

En este segundo curso estudiarás el comportamiento de los treselementos fundamentales de la electricidad resistencia, tensión ycorriente,aplicadosen los tiposbásicosdecircuito:serie,paraleloycomplejo.Paraello,emplearásalgunasherramientaspropiasdelaFísica,comofórmulas,diagramas,principiosyleyescientíficas.

LaFísicaeslacienciaqueaplicalamatemáticaparaestudiar,explicarypredecirfenómenosnaturales.Loscamposdeestudiomásgeneralesde laFísicasonelespacio-tiempo,elmovimientoylamateria-energía,asícomolasrelacionesqueexistenentreellos.

La ingeniería eléctrica es una rama del campo materia-energía que estudia lageneración, transporte y comportamiento de la corriente eléctrica en circuitos,que pueden ser tan grandes como países enteros o tan pequeños como elmicroprocesadordeunacomputadora.

ComoenlaFísica,enelectricidadutilizamosmodelosmatemáticosparaexplicarypredecirelcomportamientodelacorrienteeléctrica;dichosmodelosseexpresangráficamenteenformadediagramasymatemáticamenteenecuaciones,comolasqueestudiasteelcursoanterior:E = IR(LeydeOhm).

Porotraparte,laFísicatambiénesunacienciaexperimental,locualsignificaqueponeapruebaenelmundoreallosmodelosteóricosquecrea.Lomismosucedeconlaelectricidad:construimosconmaterialesrealesloscircuitosquediseñamosdemaneravirtualyponemosapruebaloscálculosrelacionadosconellos.

Elusodemodelosmatemáticos(diagramasyecuaciones)esindispensableparael diseño y la construcción de cualquier circuito eléctrico, ya sea de grandesmagnitudes,comolaslíneasdealimentacióneléctricaparaunaciudad;circuitosmedianos,comolainstalacióneléctricadeunavivienda,omicrocircuitos,comolosquecontieneelmicroprocesadordeunacomputadora.

• Los electrones y la corriente eléctricaEn el curso anterior aprendiste que los electrones libres que circulan por unconductorformanlacorrienteeléctricayqueéstasemideenamperios.Ahora

eficacia es la capacidad de lograr con exactitud y precisión el efecto que se espera. Por ejemplo, para hacer una operación aritmética, una calculadora electrónica es más eficaz que el lápiz y el papel, porque la calculadora no se equivoca y cuando hacemos una operación a mano siempre existe la posibilidad de error.eficiencia es la capacidad de realizar las mismas o más acciones en menos tiempo. Siguiendo el mismo ejemplo, una hoja de cálculo es más eficiente que una calculadora electrónica, porque realiza muchas más operaciones matemáticas al mismo tiempo, contrariamente a la calculadora, en la que sólo podemos ejecutar una operación a la vez.

La palabra ecuación significa igualdad y eso es precisamente lo que hacemos cada vez que las utilizamos: igualamos el término de la derecha del signo igual a (=) con el término de la izquierda. Por ello, es posible y debemos leerlas o expresarlas en prosa, con la terminología propia de la materia. Por ejemplo, la Ley de Ohm se lee: La tensión en un circuito es igual a la corriente multiplicada por la resistencia existentes en el mismo (E = IR).

tecnología, diseño de circuitos eléctricos 2

ediciones ® 15

pondrásenprácticalosconceptosqueyaconoces.Comosabes,laelectricidad—comopartede la Física—es teórica ypráctica, lo cual significaqueprimerocreamosunmodeloquepresenteelproblemaconsurespectivasoluciónydes-puéscomprobamosenelmundorealquelarespuestaescorrecta.

Durante el curso anterior utilizamos dibujos (segundo grado de abstracción,Diseño de circuitos eléctricos 1, Bloque IV)para representarnuestrosexperimentos.Apartirdeestecurso,utilizaremossólosímbolosconvencionales(tercergradode abstracción), porque son los que se emplean en el ámbito académico yprofesional,yconvienequetefamiliaricesconellosdesdeahora.

Además,utilizaremoselsiguientemétodopararesolverlosproblemasmáscomplejos,alquellamaremosMétodo universal para la resolución de problemas:

1. Escribir el objetivo del problema o experimento, el cual deberesponderalapregunta:¿Quéresultadoseesperaobtener?

2. Descubrir y redactar la incógnita del problema: ¿Cuál es laincógnita? ¿Qué se está buscando? ¿Qué está solicitando elobjetivodelproblema?

3. Describiragrandespasoselplangeneral:¿Quévoyahacerparaconseguirelresultadoesperadoydespejarlaincógnita?

4. Siempredibujareldiagramadelcircuito.Enestepunto,esre-comendableutilizarunsoftwaresimuladordecircuitoseléctricos;primero,porquees laherramientaqueseutilizaenelámbitoacadémico y laboral; segundo, porque nos ahorra tiempo yesfuerzo que podemos dedicar a comprender los principiosteóricosdeloqueestamoshaciendo.

5. Finalmente,construimoselcircuitoconherramientas,materialesydispo-sitivosrealeso,bien,hacemosprácticasenlacabina,paracomprobarenelmundoreallaprecisióndelateoría.

Comencemosconunejemplosobrelacorrienteeléctrica:¿Cómosaber,sinutilizarelmultímetro,cuáleslacorrienteenuncircuitoquetiene12voltiosdetensiónyunaresistenciade6ohmios?

1. ¿Qué resultado se espera obtener?Conocerlacorrienteenuncircuitoconlascaracterísticasdescritas.

2. ¿Cuál es la incógnita? ¿Qué se está buscando? Determinar el factorcorrienteenelcircuitosinusarelmultímetro.

3. Pasos a seguir:utilizarlaLeydeOhmparadeterminarlacantidaddeco-rriente circulante y construir un circuito con una fuente de poder de 12voltiosyunaresistenciade6ohmiosparacomprobarelresultado.

Utiliza elTriánguloMágicoparadeterminarquéoperacióndebesaplicarparacalcularlacantidaddecorrientequecorreporelcircuito.


16 ediciones ®

Lafórmulaes ,queselee:la cantidad de corriente en un circuito es igual a la tensión dividida entre la resistencia. Y formalmente se expresa con el siguiente principio:el flujo de corriente es directamente proporcional a la tensión que se aplica en el circuito e inversamente proporcional a la resistencia que presente en el mismo.

Ahorasimplementesustituimoslasliteralesconlosvaloresdelproblema: .Larespuestaesdosamperios(2A).

4. Dibujar el diagrama del circuito: aunquesencillo,estediagramamuestra la manera correcta de plasmar los componentes delcircuito. Los elementos van numerados y con su respectivovalordebajo:B1significaBatería1ysufuerzaelectromagnéticaesde12voltios(12V);observaqueseutilizaelsignodesuma(+) para indicar el punto de partida de la corriente y, por lomismo,sudirección.Seempleaelpolopositivo,porqueesundiagramageneradoconunsoftwaresimuladoryporelloutilizalaconvenciónindustrialenlugardelaacadémica(Diseño de circuitos eléctricos 1, Bloque II).Porsuparte,R1serefierealaResistencia1,conunvalorde6ohmios(laresistenciasiempresemideenohmios).Aunqueenesteejemplopuedaparecerinnecesaria,lanumeraciónresultadegranutilidadcuandosetieneuncircuitoconmuchoscomponentes.

5. Para construir el circuito de este ejemplo puedes utilizar el circuito universal que fabricaste el curso anterior, así ahorrarás valioso tiempo. El dibujomuestraunaposibledistribucióndeloscomponentes:pilaenlaparteinferior,seguidaporlaresistenciadeacuerdoconelflujodecorriente;posteriormenteseubicaelmultímetroconfiguradoparamedirmiliam-perios(siaúnnodominaselaparatopideayudaatumaestro)yfinalmenteuncabledecobreamaneradepuente para cerrar el circuito en el último par decaimanes. Laubicaciónde los componentes puedeserdistinta, siempreycuandorespete laubicacióndeloscomponentes,deacuerdoconelflujodeco-rriente,primerolaresistenciaydespuéselmultímetro.

B1

12V

6

R1

Multímetro(Amperes)

Fuente

Res

iste

ncia

Cab

le p

uent

epa

ra c

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r el

cir

cuit

o

En el mercado existen transformadores de corriente alterna a corriente directa (AC-DC), de precio accesible, con selector de voltaje que va desde 1.5 hasta 12 volts DC. Es recomendable tener uno para realizar los experimentos de corriente directa en lugar de las pilas. Puedes modificarlo para que se adapte a tu circuito universal y a cualquier experimento. Sólo corta el extremo del

cable donde se localiza el adaptador y sustitúyelo por un par de caimanes, une los cables con el amarre más adecuado. Utiliza un caimán rojo para el cable que transporta la corriente (marcado con una línea blanca) y un caimán negro para la tierra (el cable completamente negro). De esta manera no tendrás que utilizar varias pilas para obtener diferentes voltajes.


ediciones ® 17

Actividad 2

Sigueelejemploanteriorparadesarrollarlossiguientesejercicios:

¿Cuáleslacorrienteenuncircuitoquetiene:

• 9voltiosdetensiónyunaresistenciade90ohmios?





Consultacontumaestrocuálesdeestosejerciciospuedesreproducirfísicamente.

¿Quéconcluyesapartirdelosresultadosobtenidos?Tomanotaentucuaderno.

• Magnitudes y unidades de mediciónComosabes,la unidad de medición de la corriente (I) es el amperio.Mientraslacorrienteseasuperiora1A,podemosutilizarsinningúnproblemalosnúmerosnaturales para representar su magnitud en un circuito dado. Pero cuando lasmagnitudes son menores a 1A debes utilizar una nomenclatura especial, quedividelaunidadenmilyenunmillóndepartes;talesfraccionesrecibenelnombredemiliamperiosymicroamperios,respectivamente.

EnelBloque IIIdeDiseño de circuitos eléctricos 1estudiastelatabladeequivalenciasdemedidasuniversales;enellasepresentanlasdivisionesdelaunidado,bien,losvaloresmenoresa1,entrelascualessecuentanladivisiónentremilyunmillón:

10n Prefijo Símbolo Escala

corta (EU) Escala larga

(México)Equivalencia decimal

10−3 mili m Milésimo 0.001 (1/1000)

10−6 micro µ Millonésimo 0.000 001 (1/1000,000)

Enestesentido,elflujodecorrienteentre1amperioyunmilésimodeamperio(1/1000)semideenmiliamperiosyserepresentaasí:mA;lameselsímbolodelprefijo miliylaAdeamperio.

Porsuparte,elflujodecorrienteentreunmilésimo(1/1000)yunmillonésimo(1/1000,000) de amperio se mide en microamperios y se representa así: µA;dondeµrepresentaelprefijomicroyAalamperio.

1 Amperio

1000 miliamperios (mA)

1000,000 microamperios (µA)


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Eltrabajoconelectricidadimplicalaconversiónentrediferentesmagnitudesdecorriente,tensiónyresistencia,asícomolarepresentacióndecimaldelascanti-dades identificadascon su respectivoprefijo.Parahacerlo,puedesutilizardosmétodos:

1. Aplicaroperacionesaritméticasdirectamente.Conelfindeconvertirdela unidad a sus fraccionesseutilizala división.Paraobtenerlosmilissedivideentremilyparalosmicro entreunmillón:

De amperios a miliamperios De amperios a microamperios

Tambiénpuedesconvertirmiliamperiosenmicroamperiosdividiéndolosentre1000:

De miliamperios a microamperios

Paraconvertirde la fracción a la unidadseutilizalaoperacióninversa:la

multiplicación:

De miliamperios a amperios De microamperios a amperios

35mA x 1000 = 35A

(0.035 x 1000 = 35)

35µA x 1000,000 = 35A

(0.000035 x 1000,000 = 35)

De microamperios a miliamperios

35µA x 1000,000 = 35mA

(0.000035 x 1000 = 0.035)

2. Comopuedes ver, se tratademúltiplosdemil,por lo cual la conversiónsepuedesimplificar,desplazandoelpuntodecimaltresposicionesalavez:hacialaderechaparadisminuirlamagnitudyhacialaizquierdaparaincrementarla. Lo importante es ubicar correctamente la posición del puntodecimal.Cuandoelpuntonoseindicademaneraexplícitaenlacantidad,sedaporhechoqueselocalizaaladerechadelúltimodígito;porejemplo,enlacantidad120,elpuntoselocalizaaladerechadelcero(120.);además,losespaciosenblancoqueresultenalmoverelpuntodecimalsesustituyenconcero.Estudialossiguientesdiagramas.

Mover el punto decimal hacia la derecha para disminuir la magnitud

Unidad Mili (m)

6 posiciones

Micro (µ)

13 posiciones

1 .0 0 0 .0 0 0.001

3 posiciones0.001 000 001


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Actividad 3

Realizalassiguientesconversiones:

0.4A = ____________ µA 200mA =_____________ µA 2.15A =____________ µA

35000µA =__________ A 0.3A =_______________mA 135000µA =_________ mA

4900mA =__________µA 0.5ª =______________mA 0.5ª =______________µA

Realizalassiguientesconversionesentulibretadetrabajo:

Convertir a Ohmios Convierte a kilo-ohmios Convierte a mega-ohmios

6.2 kilo-ohmios 4.7 mega-ohmios 6.2 mega-ohmios 3.3 kilo-ohmios 9.1 kilo-ohmios 270 mili-ohmios

0.39 mega-ohmios 100,000 ohmios 24,000 ohmios

0.1 mega-ohmios 8.2 mega-ohmios

6,700 ohmios

1,000 kilo -ohmios 120,000 ohmios 92,000 ohmios 68 kilo-ohmios 470,000 ohmios 330 kilo -ohmios

Mover el punto decimal hacia la izquierda para incrementar la magnitud

Unidad Mili (m)

6 posiciones

Micro (µ)

13 posiciones

10 0 0. 001


0 0 0.

Lasiguientetablamuestralasconversionesmásutilizadas.Enlosejemplosapareceexplícitoelpuntodecimalconelfindequecomprendasmejorsudesplazamiento:

Conversión de magnitudes Operación Resultado

Microamperios a amperiosDesplazar el punto decimal seis posiciones a la izquierda

120.µA = 000120A

Microamperios a miliamperiosDesplazar el punto decimal tres posiciones a la izquierda

120.µA = .120mA

Miliamperios a microamperiosDesplazar el punto decimal tres posiciones a la derecha

120.mA = 120 000.µA

Amperios a MicroamperiosDesplazar el punto decimal seis posiciones a la derecha

120. A = 120 000 000.µA

Amperios a miliamperiosDesplazar el punto decimal tres posiciones a la derecha

120. A = 120 000.mA


20 ediciones ®

la tecnología en el diseño de circuitos eléctricos

En el curso anterior aprendiste que existen dos tipos básicos de circuitos: enserieyparalelo.Inclusoeldiseñodecircuitosmáscomplejoestácimentadoenlacombinacióndeestosdostiposbásicos.Cuandoloscircuitossencillossecom-binan en circuitos más grandes, al conjunto de resistencias ligadas entre sí lollamamosconexión,yseconsideraelementodelcircuitototal.

Tipo Diagrama

Circuito sencillo Consta de una fuente de energía eléctrica, una carga y cables conductores.

Cuando el circuito tienen dos o más resistencias (llamadas también cargas), éstas se conectan en cierta modalidad que puede ser: serie, paralelo o complejo (combinación de serie y paralelo).

B1

12V

20R1

Conexión en serieLas resistencias se conectan secuencialmente: la terminal de salida de una se conecta a la entrada de la siguiente, de tal manera que existe sólo un camino por el que fluye la corriente. Por ello, cada resistencia depende de la anterior para recibir el suministro de energía eléctrica, hasta llegar a la primera, que depende de la fuente.

B1

12V

20R1

15R2

Conexión en paraleloLas terminales de entrada de las resistencias están conectadas una al lado de la otra, por lo que existe más de un camino por donde fluye la corriente. Por tal razón, las resistencias son independientes entre sí y cada una depende directamente de la fuente para recibir el suministro de energía.

B1

12V20R1

15R2

Circuito complejoEs aquel que combina conexiones en serie y en paralelo dentro del mismo circuito. En los circuitos complejos, ambos tipos de conexiones se comportan exactamente igual que como fueron descritos anteriormente.

B1

12V

20R1

15R2

10R3


ediciones ® 21

Tensión, Resistencia y Corriente actúan siempre en conjunto, porque son partesinseparables de un todo. Si se modifica el valor de un elemento, se modifica elconjuntoentero.

LamagnituddelaTensióndependedeladiferenciadepotencialqueexisteentrelosextremosdelcircuito.Enlacorrientealterna,ladiferenciadepotencialestádeterminadaportresfactores:

1. Lalongituddelcableinductor,oloqueesigual:lacantidaddeespiralesdelabobina(mientrasmásespiralestienelabobina,mayoreslalongituddelcable).

2. Lapotenciadelimán.3. Lavelocidadalaquegiralabobinaalrededordelcampoelectromagnético

delimánoviceversa.

Al incrementar cualquiera de los tres factores, se incrementa la diferencia depotencialyporlotantolafuerzaelectromagnética(FEM).

Lamagnitudde laResistenciadependedelmaterialconqueestá fabricadoeldispositivo.Recuerdaque resistencia es todoaquelloque seoponealflujodeelectrones.

LamagnituddelaCorriente dependedelasmagnitudesdelaTensiónylaResistenciadentro de un circuito: a mayor tensión, mayor corriente; a mayor resistencia,menorcorriente.Laexposicióncorrectadeesteprincipioeslasiguiente:

• Electricidad Laelectricidad,ofenómenoeléctrico,estáintegradoportresfactoresprimordiales:Corriente(I),Tensión(E)yResistencia(R),queexistenentodocircuito.

Tensión

ResistenciaCorriente

La magnitud de la Corriente es

proporcional a la Tensión que se aplica en

el circuito e inversamente proporcional a

la Resistencia que presenta el mismo.


22 ediciones ®

Actividad 4

Construyeloscircuitosquesemuestranacontinuación.Utilizatucircuitouniversal.

B1

A

9V

25R1

B1

A

9V

25R1

25R2

B1

A

9V

R215 25

R1

10R3

Circuito con una sola resistencia.

Dos resistencias en serie de la misma magnitud o valor.

Tres resistencias, una en serie y dos en paralelo. Las resistencias en paralelo deben sumar la misma magnitud que la primera.

Utilizaelmultímetropararegistrarlacorrienteyanotalasmedicionesentucuaderno.Cuandohayasterminado,

incrementalapotenciadelafuente.Enelejemplo,laprimeraesde9Vpuedesincrementarlaa12V.

Responde las siguientes preguntas:

¿Quésucedeconlacorrienteencadacaso?

¿Quésucedecuandoseincrementalaresistenciayseconservalamismatensión?

Pon mucha atención:¿Lacorrienteeneltercercircuitoesigualqueenelsegundo?

Enaparienciatienenlamismamagnitudderesistencia:lasegundatienedosresistenciasde25ohmioscadauna,

quesumadasdanuntotalde50Ω;laterceratienetresresistencias:25,15y10ohmios,quesumadasdanuntotal

de50Ωtambién.Perolasmedidassondiferentes.¿Quéesloquevaría?

Ladiferenciaeseltipodeconexión,dosresistenciasdeltercercircuitoestánconectadasenparaleloylacorriente

eléctricasecomportademaneradiferenteenesetipodeconexiones.

Másadelanteestudiaremoscondetalleestacaracterísticafundamentaldeloscircuitos.Porelmomento,debes

tenerpresentequeTensión, Corriente y Resistencia siempre actúan en conjunto y el valor de una está relacionado

con los valores de las otras.

Siempredebestenerpresente:

La Corriente (I) se mide en amperios (A)

La Tensión (E) se mide en voltios (V)

La Resistencia (R) se mide en ohmios (Ω)


ediciones ® 23

• MagnetismoSedefinecomolacapacidaddeciertosmaterialesparaejercerfuerzasdeatracciónorepulsiónsobreotros.MichaelFaradayfueelprimeroendeducirycomprobarexperimentalmentequeelmagnetismoylaelectricidadsondosaspectosdelmismofenómeno,estoes:elmagnetismoproduceelectricidadylaelectricidadmagnetizaloscuerpos.EsloqueconocemoscomoelPrincipio de los Inversos Equivalentes(elmagnetismoproduceelectricidadylaelectricidadgeneramagnetismo,lomismoaplicaparaelcalor,lapresión,luzyacciónquímica).

La relación entre electricidad y magnetismo, elelectromagnetismo, es uno delosefectosmásimportantesdelfenómenoeléctrico,entreotrasrazonesporquepermitemodificarlatensiónylacorrientedentrodeuncircuitodado,sinimportarlafuerzaelectromotrizinicial.

Antes de explicar sus aplicaciones, debes comprender las bases físicas de estefenómeno.Existendosprincipiosfundamentalesqueloexplican:

Cuando la corriente corre de izquierda a derecha, las líneas de fuerza del campo electromagnético a su alrededor se mueven en sentido contrario a las manecillas del reloj. Para identificarla se utiliza un círculo con una cruz en su interior.

Cuando la corriente corre de derecha a izquierda, las líneas de fuerza del campo electromagnético a su alrededor se mueven en el mismo sentido que las manecillas del reloj. Para identificarla se utilizan dos círculos concéntricos.

Flujo de izquierda a derecha

Desde esta perspectiva, la corriente corre desde el lector hacia el libro.

Flujo de derecha a izquierda

En esta perspectiva, la corriente corre desde el libro hacia el lector.

Conductor

I 1. Cuandolacorrientecirculaporunconductor,siemprecreauncampoelectromagnéticoasualrededor.

2. Ladireccióndelcampoelectromagnéticodependedeladireccióndelacorriente.


24 ediciones ®

Dadoqueizquierdayderechasontérminosrelativosquedependendelaposicióndelsujeto,existeunareglaparaconocerconexactitudelmovimientodelaslíneasdefuerzaelectromagnéticasalrededordelconductor.

Laregla de la mano izquierdaestipulaquesiéstasecolocaalrededordelconductorconeldedopulgarapuntandohacialamismadireccióndelaCorriente,elarcoqueformanelrestodelosdedos,delapalmaalapunta, indica ladirecciónde las líneasde fuerzaelectromagnética,comosemuestraenlaimagen.

Cuandoelalambreseenrollasobresí,formandoespiralesobucles,recibeelnombredebobina,inductorosolenoide,queestudiaremosmásadelante.

Actividad 5

Objetivo: Comprobarlarelaciónentremagnetismoycorrienteeléctricamedianteunelectroimán.

Materiales:1tornillodehierrodedosotrespulgadas.1metrodealambreocabledecobrecalibre12o14

(consultacontumaestro).1fuentedepoderde9voltios(utilizatutransformadorAC-DCdediferentesvoltajes).

Conestosdatos,desarrollaloscincopasosdelMétodo universal para la resolución de problemasantesdecomenzara

construirelelectroimán.

Para construir el electroimán sigue estos pasos:

1. Consigue un tornillo de hierro con su tuerca. Asegúrate de que sea de hierro, porque el electroimán no funcionará con acero.

2. Enrolla el alambre alrededor del cuerpo del tornillo. Puedes hacerlo sin quitar el recubrimiento, pero la fuerza del electroimán será menor. Lo mejor es pelar el cable por completo y enrollar directamente el cobre en el hierro.

3. Asegúrate de que las espiras (vueltas del alambre) estén lo más unidas y apriétalas lo más posible. Puedes poner dos o tres capas de alambre, todas las que te permita su longitud, sólo recuerda que cada nueva capa debe cubrir la misma superficie que las anteriores.

4. Por último, une los extremos del alambre a la fuente de poder y prueba tu electroimán atrayendo objetos metálicos como clips, clavos o tornillos pequeños. Si cuentas con una brújula, acércale el electroimán y observa los resultados.


ediciones ® 25

• La Ley de OhmComoyatehabráspercatado,laLeydeOhmesindispensableparalacomprensióndelfenómenoeléctricoypararealizarcálculosenaplicacionesprácticas.Esporelloquedebesrepasarlahastacomprenderlaalaperfecciónyaplicarlacorrectamentepararesolvercualquierproblema.RecuerdaquelaLeydeOhmestipula:

La Corriente que fluye en un circuito es

directamente proporcional al Voltaje aplicado

e inversamente proporcional a la Resistencia

existente en el mismo.

El flujo de Corriente en un circuito se

incrementa conforme aumenta el Voltaje

y disminuye conforme aumenta la Resistencia.

LaLeydeOhmseexpresaconsufórmulageneralydosvariantes:

E=IR

La Corriente (I) se obtiene dividiendo la Tensión (E) entre la Resistencia (I) y da como resultado amperios (A)

La Resistencia (R) se calcula dividiendo la Tensión (E) entre la Corriente (I) y da como resultado ohmios (Ω)

La Tensión (E) se obtiene multiplicando la Corriente (I) por la Resistencia (R) y da como resultado voltios (V)

Encasodequesurjandudas,siemprepuedesconsultarelTriánguloMágicodelqueconvienequetengasundibujoalamano.

ParaaplicardeformacorrectalaLeydeOhmdebesconsiderarlasmagnitudesyunidadesdemedicióndelosvaloresqueseestáncalculando.Lasmagnitudesyunidadesyafueronexplicadasenestemismobloque.Veamosunejemplo:debemosencontrarlaTensiónenuncircuitoconResistenciade10ohmiosyunaCorrientede300miliamperios(300mA).SialguienutilizaciegamentelaLeydeOhm,sinrazonar el problema, sin seguir el método para resolverlo, lo más probable esquemultiplique laCorrientepor laResistencia:E= I*R=300*10=3,000V,y larespuestaesincorrectaporunfactorde1000.

Paraevitarestetipodeerrores,sigueestasdosreglas:1. Siemprehacerloscálculosconmagnitudesequivalentes:

Unidades Kilos: Milis: Micros:

Expresadodeotramanera:

Amperios - Voltios - Ohmios kA - kV - kΩ mA - mV - mΩ µA - µV - µΩ


26 ediciones ®

Actividad 6

ResuelvelossiguientesejerciciosutilizandolaLeydeOhmylasreglasdeconversiónde

magnitudes.

1. EnuncircuitoconunasolaResistenciaquerecibe12VytieneunaCorrientede

0.000003µA,¿cuáleselvalordelaResistencia?

2. ¿CuáleselvoltajequeatraviesaunaResistenciade25Ωcuandoporelcircuitofluye

unaCorrientede200mA?

3. SiauncircuitoseaplicaunaTensiónde60kVconunasolaResistenciade12MΩ(12

megaohmios),¿cuáleselvalordelaCorriente?

• Tensión, Resistencia eléctrica e intensidad de la Corriente

Circuitos en serie

Recuerdaque loscircuitosenserie sonaquellosen losque la Corriente sigue sólo un camino.Paracalcularlamagnituddecadaunodeloselementosdelaelectricidadencualquiercircuito(Tensión,CorrienteyResistencia)seutilizalaLey de Ohm;ahorabien,paraaplicarladeformacorrectaenloscircuitos en seriedebestenerencuentalossiguientesprincipios,alosquellamaremosPrincipios de la Ley de Ohm para circuitos en serie:

1. LaCorriente(I)essiemprelamismaencualquierpartedelcircuito(deriva-cióndelaCuartaLeydeMaxwell:LeydeAmpèreGeneralizada).Seexpresaconlasiguienteecuación:It=I1=I2=I3...

2. LaTensión(E)totalaplicadaenelcircuitoesigualalasumadelascaídasdevoltajeatravésdetodaslasresistencias(derivacióndelaSegundaLeydeKirchhoff).Seexpresaconlaecuación:Et=E1+E2+E3…

3. LaResistencia (R) totaldel circuitoes iguala la sumade las resistenciasindividuales.Seexpresaconlaecuación:Rt=R1+R2+R3…

En ciencia se llama principio a un conocimiento verdadero y comprobado, sobre el cual podemos fundar con toda confianza nuestras investigaciones, experimentos y proyectos. Los principios nos indican el comportamiento preciso de un fenómeno.

Lasmagnitudesdebenseruniformadasaritméticamenteporsuexpresióndeci-mal,delacualelprefijoessólosuexpresiónverbal,nomatemática.Paraello,seutilizanlasreglasdeconversiónyaestudiadas,queexpresandemaneracorrectalasmagnitudesendecimales.

Siguiendo el ejemplo, para transformar miliamperios a amperios se recorre elpuntodecimaltresposicionesalaizquierda(sielpuntodecimalnosemuestraexplícitamente,sesobreentiendequeestácolocadodespuésdelúltimodígitodelacantidad):300mA=.300=0.3A

DeestamanerapodemosaplicardemaneracorrectalaLeydeOhm:E=I*R=0.3*10=3V.Estaesslarespuestacorrecta.

2. Siempre dibujar el circuito antes de hacer los cálculos. En el diagramadebemosanotar losvaloresconocidosyseñalar losquebuscamos.Ver larepresentacióngráficadelproblemanosayudaaencontrarlasoluciónconmayoreficaciayeficiencia.


ediciones ® 27

Paraleercorrectamentelasecuacionessólodebesinterpretarelsignificadodelossubíndices(lasletrasynúmerospequeñosqueaparecenaunladodelossímbo-los).AnalicemoslafórmuladelaResistencia:enRtelsubíndice(t)significa“total”yseleecomolaresistenciatotal;lossubíndicesnuméricosenR1,R2,R3representancada una de las resistencias existentes en el circuito y se leen Resistencia 1,Resistencia2,Resistencia3;finalmente,lospuntossuspensivossignifican“yasísucesivamentehastaelúltimoelemento”.

Lamismainterpretaciónlaaplicamosparaleerlasecuacionesdelacorrienteylatensión.

Veamosahoracómoseaplicanestosprincipiosparaelcálculodemagnitudesdeuncircuito,queesunapartefundamentaldesudiseño.

TienesuncircuitoconunaTensiónde120voltiosytresresistenciasconectadas en serie:Resistencia1de20ohmios,Resistencia2de10ohmiosyResistencia3de30ohmios.

ConestosdatosdebescalcularlaCorrientetotaldelcircuito(It)yencadaunadelasresistencias;lascaídasdevoltaje(queseexplicancondetalleenelsiguientebloque)encadaunadelasresistencias(E1,E2,E3)ylaResistenciatotal(Rt)delcircuito.

Sigueelprocesoqueseanota:

Una manera más sencilla de estipular la Segunda Ley de Kirchhoff es la siguiente: La suma total de las caídas de voltaje a través de las resistencias en un circuito cerrado es igual al voltaje total aplicado en el mismo.

B1120V

20R1

30R3

10R2

Corriente Tensión Resistencia

It = ?

I1 = ?

I2 = ?

I3 = ?

Et= 120

E1 = ?

E2 = ?

E3 = ?

Rt= ?

R1 = 20Ω

R2 = 10Ω

R3 = 30Ω

3. ¿Qué debes hacer para conseguir el resultado esperado y despejar las incógnitas?Debesaplicar la Ley de Ohm y los principios que acabas de estudiar. En estesentido,sabesquelaResistenciatotaldelcircuitoesigualalasumadelasResistencias individuales: Rt=R1+R2+R3... Sustituye los símbolos por los

1. Dibujaeldiagramaconlosdatosqueconoces.2. Formulalapreguntabásica:¿Cuál es la incógnita?Quetambiénse

puedeexpresarcomo:¿Qué se está buscando?obien:¿Qué está solicitando el objetivo del problema?

DebesencontrarlaCorrientetotaldelcircuitoyencadaResistencia,lacaídadevoltajeencadaResistenciaylaResistenciatotal.Puedeslistarlasincógnitasparatenermuyclaroloquebuscas:


28 ediciones ®

El cálculo de magnitudes eléctricas para el diseño de circuitos eléctricos y sus componentes

ConlosdatosquetienespuedesutilizarlaLeydeOhmparaencontrarelvalortotaldelaCorriente,porqueconoceslostotalesdelaTensiónylaResistencia.Para encontrar el valor de la Corriente puedes utilizar el Triángulo Mágico:cubre el símbolocorrespondientea laCorriente (I) ynosproporciona la fórmula

,sustituyendolosvalorestieneslosiguiente: .LaCorrientetotaldelcircuito(It)esde2amperios(2A).

ComosabesporelPrincipio1delaLeydeOhmparacircuitosenserie,lacorrienteessiemprelamismaencualquierpartedelcircuito(It=I1=I2=I3...),entonceslosvalores de I1, I2 e I3 son también 2A. Está resuelta otra incógnita, anota losresultadosenlatabla.

DadoqueyaconoceslaCorrientequefluyeatravésdelaResistenciaR1,puedesobtenersucaídadevoltajeparticularutilizandotambiénlaLeydeOhm:cubreelsímbolocorrespondientealaTensiónytieneslafórmulaE=IxR,enestecasoE1= I1 xR1,porquevasaobtener la caídade voltajeenR1.Sustituyendo losvaloressetiene:E1=2Ax20Ω=40V.LacaídadevoltajedelaprimeraResistenciaesde40V.

Obtén las caídas de Corriente restantes. La suma total de ellas debe ser 120,porquedeacuerdoconlaSegundaLeydeKirchhofflaTensióntotalaplicadaenelcircuitoesigualalasumadelascaídasdevoltajeatravésdetodaslasresistencias.

Actividad 7

Realizalossiguientesejerciciosconelmétodoanterior.

Calculalacorrientetotalyencadaunadelasresistencias;lascaídasdevoltajeen

cadaunadelasresistenciasylaResistenciatotal(Rt)enloscasosquesepresentana

continuación:

1 Uncircuitoconunatensiónde40voltiosycuatroresistenciasconectadasenserie:

R1=100Ω;R2=250Ω;R3=150ΩyR4=300Ω.

2. Uncircuitoconunatensiónde120voltiosycuatroresistenciasconectadasenserie:

R1=1000Ω;R2=1800Ω;R3=2000ΩyR4=1200Ω.


R1=1000Ω;R2=1800Ω;R3=2000ΩyR4=1200Ω.


R1=1000Ω;R2=10Ω;R3=2000ΩyR4=800Ω.

valoresdelejercicio:20+10+30=60.LaResistenciatotaldelcircuitoesde60Ω.Yaestáresueltaunaincógnita,anótalaenlatabla.

El siguiente paso consiste en calcular correctamente las magnitudes eléctricasinvolucradasenelcircuito.


ediciones ® 29

• Principio de Oersted HansChristianOerstedfueunfísicoyquímicodanés.En1813preparabasuclasedeFísicaparalaUniversidaddeCopenhague,dondeeracatedrático,cuandocolocópor mera casualidad una brújula cerca de un cable que conducía electricidady notó que las agujas de la brújula se acomodaban perpendicularmente conrespectoalcable.Repitiólamismaoperacióncondiferentescables,corrientesybrújulashastaestarsegurodesuhallazgo:laexistenciadeuncampomagnéticoalrededordetodoconductorporelqueatraviesaunacorrienteeléctrica,comoyaloestudiasteenestebloque.

Pocodespués,André-MarieAmpère formalizó este importantedescubrimientoentérminosmatemáticosycreó laLeyque llevasunombre, lamismaque fuecorregidaporJamesClerckMaxwellyqueahoraconocemoscomoCuarta Ley de Maxwell o Ley de Ampère Generalizada(Diseño de circuitos eléctricos 1).

Actividad 8

Objetivo:reproducirelexperimentodeOersted.

Creauncircuitocomoelquesemuestraenlaimagen,elcableconductor

debepasarporencimadelabrújula.Cuandoelcircuitosecierrayla

corrientecomienzaafluir,lasagujasdelabrújulasecolocanenposición

perpendicularconrespectoalcableconductorquetieneencima.El

efectoterminacuandosedesconectalacorrienteconelinterruptor,lo

cualsignificaqueeslacorrienteeléctricalaquegeneraestefenómeno

magnético.

Respondelassiguientespreguntas:¿Aquésedebeelcomportamiento

delabrújulaenpresenciadecorrienteeléctrica?¿Quérelacióntieneel

campomagnéticodelaTierraconelexperimento?¿Sucedelomismo

cuandosecolocaunimánpermanente?Escribelasconclusionesentulibreta.

• SolenoideComo ya mencionamos, cuando el conductor se enrolla sobre síformandoespiralesobucles(llamadasespiras)recibeelnombredebobina oinductor osolenoide,queesdegranimportanciaenlosaparatoseléctricosyelectrónicosdebidoalosfenómenosdeautoinduccióneinducciónmutua,ambosrelacionadosconlabobinaeimplicanquebajociertascondicionesestedispositivoescapazdealmacenar energía en forma de campo magnético.

Símbolo eléctrico del inductor o bobina.

Paracomprenderlaautoinducciónylainducciónmutua,primerosedebeanalizarelcomportamientodelcampomagnéticoquecircundaalconductorenpresenciadecorriente,fenómenoqueyacomprobamosexperimentalmente.

Cuandoelcableconductor formaespirasyse leaplicaunacorrienteeléctrica,todaslaslíneasdefuerzaelectromagnéticasasualrededorentranporunladoysalenporelotro,siguiendoladireccióndelacorrienteeléctrica.


30 ediciones ®

Esporelloqueelcableactúacomounimáncuandorecibelacorriente,consuscorrespondientespolosNorteySur,exactamenteigualqueunimánpermanenteyobedecelasmismasleyesdeatracciónyrepulsiónque estudiaste en el primer curso. El polo Norte del conductor selocaliza en el lado donde las líneas de fuerza electromagnéticaabandonanlaespirayelpoloSurenelextremoopuesto,dondelaslíneasdefuerzaingresanalaespira,siempresiguiendoladireccióndelacorriente.

Cuandoseincrementalacantidaddeespiras,seincrementantambiénlaslíneasdefuerzay,porlomismo,lapotenciaelectromagnéticadelcable(Tercera Ley de MaxwelloLey de Faraday,Diseño de circuitos eléctricos 1).

Estosedebeaqueloscamposindividualesdecadaespirasecombinanentresíyformanuncampoelectromagnéticomuchomásfuerte,tanto al interior de la espiral como en su exterior.

Sinembargo,supolaridad(laubicacióndelospolos)novaría;comosemuestraen la ilustración,elpoloSurse localizaenelextremodondeentra lacorrientey con ella las líneas de fuerza, y el polo Norte en el extremo opuesto, dondecorrienteylíneasdefuerzaabandonanlaespiral.

ExistetambiénunaLey de la Mano Izquierda para las bobinas.Seutilizaparadeterminarladireccióndelcampomagnéticoyestipulalosiguiente:

Cuando se coloca la mano izquierda alrededor de la bobina for-mandounarcoconlosdedosenlamismadirecciónquelacorriente—delapalmaalapunta—,el dedo pulgar apuntará hacia el polo Norte de la bobina,comosemuestraenlaimagen.

Asípues, laautoinducciónesel fenómenoquesepresentacuandolacorrientequecirculaporlabobinageneraotrafuerzaelectromotrizllamada fuerza electromotriz autoinducida o voltaje inducido, en sentidoinversoalflujodelacorrienteinicialoinductora.

Antesdecontinuar,razonaelnombredelfenómeno:autoinducciónesunapalabracompuestapordosraíces:autoquesignificaa sí mismoeinducción(dellatíninductionis),quesignificaponeralgoenmovimiento,sinónimodeocasionaryproducir.

Enelectricidad,particularmente,lainducciónsedefinecomolaproducción de una fuerza electromotriz (FEM) en un conductor por influencia de un campo magnético.

ElcursoanteriorestudiasteelfuncionamientoyconstruistelaDínamodeFaraday,donde un disco de cobre accionado por energía mecánica rompe las líneasde fuerzadeun imánpermanente yproduce electricidad.Esa esprecisamenteelectricidadproducidaporinducciónelectromagnética.

Enelcasodelabobina,laenergíamecánicanoestápresenteomejordicho,selocalizaunpasoatrás:enelgeneradorquealimentalatomadel laboratorioodecasaa laqueestáconectada labobinaydedondeproviene,precisamente, lacorrienteinicialoinductora.

S

N

NS

NS


ediciones ® 31

Comolabobinaprescindedelaenergíame-cánica para crear una nueva fuerza electro-motriz (en forma de magnetismo), se dicequeseautoinduce;esdecir,quegeneraporsímismalanuevafuerzaelectromotrizquere-cibe el nombre de fuerza electromotriz autoinducida.LaFEMautoinducidaseoponealflujodelacorrienteinductora;esdecir,sudirecciónesinversa,loqueocasionaunestadodeequi-librioenelcircuitoy,porlomismo,loselec-tronesacumuladosnosemueven,permanecenenunestadodereposocomofuerzaelectro-

magnética.¿Cómolosabemos?Porlascaracterísticasmagnéticasqueadquiereelconductorenestascircunstancias,locualnosllevaalsiguientepunto:¿Cuántafuerzaelectromotriznuevaseproduce?

Dirección de la FEM autoinducida

Fuerzaelectromotrizautoinducida,en forma demagnetismo

Estado deequilibrio

II

Dirección de la corriente inicial o inductora

A este fenómeno se le conoce también como inductancia y se define formalmente como la oposición de un elemento conductor (bobina) a cambios en la corriente que circula a través de ella. O, bien, como la relación que hay entre el flujo magnético (Øb) y la corriente, y que fluye a través de una bobina.El valor de la inductancia está determinado por las características de la bobina y por la permeabilidad magnética (μ) del medio en el que se localiza; su unidad de medida es el henrio y se representa por la letra ele mayúscula (L). Matemáticamente se define por la fórmula:

que se lee: la inductancia de una bobina es igual al flujo del campo magnético dividido entre la corriente que fluye por el circuito. Sin embargo, los cálculos de la inductancia son un tema avanzado de electricidad que no abordaremos en este curso.

LamagnituddelaFEMinducidadependedetresfactores:1. La cantidad de espiras: entre más espiras, más

líneasde fuerza ymáspotencia electromagnética.Dichodemaneraapropiada: la cantidad de espiras es proporcional a la potencia electromagnética.(Tercera Ley de Maxwell, Ley de Faraday).

2. La intensidad de la corriente inicial o inductora:entre mayor sea el amperaje inicial, mayor será lafuerza electromagnética autoinducida. (Cuarta Ley de Maxwell, Ley de Ampère generalizada).

3. El núcleo de la bobina(Primera Ley de Maxwell, Ley de Gauss);consultaelcomplemento.

• Núcleos magnéticosElnúcleomagnéticodeuninductor(bobina)eslaparteinternadelasespiras,dondeseconcentragranpartedelflujoelectromagnéticoinducido.Cuandoesteespacionoesocupadoporuncuerpo físico, sedicequeelnúcleoesdeaire.Paraincrementarladensidadoconcentracióndel flujo electromagnético en la bobina se inserta, porlogeneral,unnúcleode acero eléctricoentrelasespiras.

Aestefenómenoseleconocecomoreluctancia,quesesimbolizaconunaerremayúscula(R)ysedefinecomolaresistenciaqueoponenlosmaterialesalpasodeunflujomagnético inducido. El acero eléctrico presenta pocareluctanciayesopermitequelaconcentracióndelflujomagnéticoseasuperiorencomparaciónconelnúcleodeaire(consultaelcomplemento).

Bobinaconnúcleodeaceroeléctrico

Bobinaconnúcleodeaire


32 ediciones ®

El acero eléctrico es una aleación de hierro con silicio; se fabrica especialmente para facilitar el flujo de fuerzas electromagnéticas.

Nopodemosdecirqueunnúcleomagnéticoesmejorqueotro,simplementetienencaracterísticasdiferentesydependiendodelefectoquesebuscaseutilizaunouotro. En los generadores eléctricos (Diseño de circuitos eléctricos 1), por ejemplo,se requiere un enorme flujo magnético inducido para poner en movimiento elrotor. Por ello, el núcleodeacero sedobla en forma deherradura y sedivideunamismabobinaentre losdosextremosde laherradura.Deestamanera, lafuerzaelectromagnéticacorreatravésdetodoelnúcleoysetransformaenunpoderosoelectroimán,consusrespectivospolosNorteySurenlosextremosdelaherradura,queimprimemovimientoalrotorygeneragrandescantidadesdeelectricidad.

ComprobasteestefenómenoenlaActividad 6deestebloque,conlaconstruccióndeunelectroimán.

• TransformadoresEsundispositivoeléctricoque transforma o modifica el voltaje inicialaotromenoromayor,peroconservandolamismafrecuencia,medidaenHertz(eltemadelafrecuenciaenlacorrientealternaloestudiasteenDiseño de circuitos eléctricos 1, Bloque III).

Cuandosecolocandos bobinas enparalelo,unidasporun mismo núcleodematerialferroso(comoelhierrooelaceroeléctrico),sepresentaunfenómenofísicoconocidocomo acoplamiento magnético o inducción mutua,queprovocaunadiferencia de potencial(Diseño de circuitos eléctricos 1).Veamoscómofunciona.

1. Laprimerabobina,llamadabobina primaria,recibelacorrienteinductora,lo que produce —como ya estudiaste y comprobaste— el efecto deautoinducciónygeneraunafuerza electromotriz autoinducida.

2. Lafuerzaelectromotrizinducida,enformadelíneasdefuerzaelectromag-nética,setransmitealasegundabobina,llamadabobina secundaria.

3. Se creaasíunanueva fuerza electromotriz,producidapor el acoplamientodelasdosbobinas,quecombinaneintercambianlíneasdefuerzaelectro-magnética;esdecir,seinducen mutuamente.

4. Elresultadoesunatransformacióndevoltaje(conservandolamismafre-cuencia),quepuedesersuperioroinferioralvoltajeinicial,dependiendodelaconfiguracióndelasbobinasprimariaysecundaria.

Alaplicarcorriente,elnúcleoseconvierteenunelectroimánquehacefuncionarelgenerador.

Elnúcleoenformadeherradurayunabobinadivididaentrelosdosextremos.

Este es el símbolo del transfor-mador. Advierte que representa dos bobinas y un núcleo (las líneas verticales) entre ellas, que son todos los componentes de este dispositivo.


ediciones ® 33

Analicemoslacomposiciónyfuncionamientodelostransformadorespasoapaso:

1. El núcleo del transformador está compuesto por varias láminas concéntricas hechas de material ferroso y separadas entre sí por un material aislante, con el fin de disminuir la reluctancia; es decir, para permitir mayor flujo magnético inducido.

Nucleo de hierro formado por láminas

Aislante entrelas láminas

2. En los extremos laterales del núcleo se localizan las bobinas, aisladas eléctricamente (sin tocarse). La bobina Primaria se abrevia con una P y la Secundaria con una S. La cantidad de espiras de la primaria se identifica como Np y la de la secundaria como Ns. De la misma manera, la tensión de la bobina primaria se abrevia como Ep y la de la secundaria como Es.

Ns

Np

P

S

3. Cuando la corriente inicial llega a la bobina primaria, se genera el efecto de autoinducción.

EsEp

Fuentede poder

(AC)

4. La fuerza electromagnética inducida en la bobina primaria induce, a su vez, una nueva fuerza electromagnética en la secundaria y crea, como consecuencia, una diferencia de potencial (voltaje) que puede ser mayor o menor al inicial, y es precisamente el voltaje de salida: Es. Es

EpFuente

de poder(AC)


34 ediciones ®

Existendostiposdetransformadores:deincrementoydereducción.En los primeros, el voltaje de salida (Es) es superior al voltaje deentrada(Ep);enlossegundosocurreexactamentelocontrario.

Paracomprenderelfuncionamientodeambos,debemosconsiderarqueelvoltajeinducidoenlabobinasecundaria—queeselvoltajedesalidadeltransformador—estádeterminadoporlaproporciónentrelacantidaddeespirasenambasbobinas:NpyNs.

Paraencontrarestaproporciónseutilizalasiguienteecuación:

Queselee:

Laproporciónentrelatensiónsecundaria(desalida)ylatensiónprimaria(deentrada)esequivalentealaproporciónentrelacantidaddeespirasenlabobinasecundariaylacantidaddeespirasdelabobinaprimaria.

Elconceptoquedamuyclarocuandoutilizamoscantidades.Supon-gamos que tenemos un transformador con una bobina primariade600espirasyunasecundariade300,alqueseaplicaunvoltajeinicialde120V,perodesconocemosel voltajede salida,asíque loidentificamosconunax.

Enlafórmulasustituimoslosvaloresconocidosparaencontrarlosdesconocidos:

Encontramosasíqueelvoltajedesalida(Es)esde60 voltios.Entonces,tenemosuntransformadordereducción,dondeelvoltajedesalida(Es)esinferioraldeentrada(Ep).

120V

Ep= 120V Np=600 Es= ? Ns=300

La proporción es un concepto matemático (su nombre correcto es razón geométrica); se utiliza para determinar cuántas veces una cantidad contiene en sí otra inferior, o cuántas veces una cantidad inferior está contenida en una superior. La proporción o razón geométrica se expresa con las dos cantidades separadas por dos puntos: 18:6 y se lee 18 a 6. Para conocer la proporción se utiliza la división, con la primera cantidad como numerador y la segunda como denominador: 18/6=3. La proporción de este ejemplo es 3 y para que el resultado tenga sentido se iguala con la unidad (1), de manera que la resultante se lee como 3 a 1. En el ejemplo, la lectura completa sería: 18 es a 6 como 3 es a 1; es decir, 18 contiene 3 veces a 6: 18=6+6+6, o bien 6 está contenido 3 veces en 18: 6*3=18.


ediciones ® 35

Ahorapodemossintetizarelcomportamientodelostransformadores.LlamaremosKalaproporcióndelatransformación.

Transformadores de incremento Transformadores de reducción

Es

Ep

Ns

Np

Es

Ep

Ns

Np

1. La cantidad de espiras en la bobina secundaria es superior a la cantidad de espiras en la bobina primaria:

Ns > Np.

2. La tensión de salida es superior a la de entrada; entonces, la proporción de transformación es mayor que 1:

s > Ep K>1

1. La cantidad de espiras en la bobina primaria es superior a la cantidad de espiras en la bobina secundaria:

Np > Ns.

2. La tensión de entrada es superior a la de salida; entonces, la proporción de transformación es menor que 1:

Ep > Es K<1

Los transformadores de reducción son muy utilizados en la vida cotidiana. Seempleanenprácticamentetodoslosdispositivosdigitales:computadoras,telé-fonoscelulares,videojuegos,equiposdesonido,radios,televisores.Algunossonexternos,comoenlascomputadorasyteléfonoscelulares;otrossoninternosysecolocandentrodeldispositivomismo.

Actividad 10

Utilizalafórmulaparaidentificarlostransformadoresquecumplanlossiguientes

requisitos:

• 120Vdeentraday9Vdesalida

• 9Vdeentraday3mVdesalida

• 3kVdeentrada120Vdesalida

• 30kVdeentrada380kVdesalida

• 380kVdeentrada130kVdesalida

• 240Vdeentrada1.5Vdesalida

Actividad 9

DesarrollalafórmuladelostransformadoresinvirtiendoelvalordeNpyNs;esdecir,

untransformadordondelabobinaprimariatiene300espirasylasecundaria600.Es

indispensable querealicesestaactividadantesdecontinuarconlalección;delocontrario,

nocomprenderásloquesigue.


36 ediciones ®

losinstrumentosdemedición:elmultímetro

EnDiseño de circuitos eléctricos1estudiastelaspartesfun-damentalesdelmultímetro.Ahoraaprenderáslamaneracorrectadeconectarloenuncircuito.

Elmultímetroseutilizaparaobtenermedicionessobrelostreselementosfundamentalesdelaelectricidad:Tensión,CorrienteyResistencia.Encadacasodebesseleccionarla función correspondiente en el aparato, como ya losabes;ydebesmemorizala:

La Tensión se mide en voltios (V)La Corriente se mide en amperios (A)La Resistencia se mide en ohmios (Ω)

Sicontamosconunmultímetrodeselecciónmanual,de-bemoscomenzarconlosvaloresmásaltoseirlosdisminu-yendohastaobtener lamedicióncorrecta; sicontamosconunoderangoautomático,elaparatorealizaporsísololaselección.Sólorecuerdalasimbología:

Display

Interruptor

Amperímetrode continua

Amperímetrode alterna

Óhmetro

Selector

Volímetrode continua

Volímetrode alterna

TerminalVoltios/óhmios

Terminalcomún

Terminal amperímetro

V~ V- - - A~ A- - - Ω

Voltios en corriente alterna

Voltios en corriente directa

Amperios en corriente alterna

Amperios en corriente directa

Ohmios

medicióndeTensión

CuandosemidelaTensión,elcircuitodebeestarcerrado;esdecir,conlacorrientecirculando.Elmultímetroseconectaen paraleloconrespectoaldispositivoquese esté midiendo. Si quieres encontrar la Tensión total del circuito, conecta elmultímetroenparalelocomounelementomásdelmismo.

CuandomidesCorrientedirecta, elmultímetrodebeacoplarsea lapolaridad:el borne rojo debe ir conectado al polo positivo (donde entra la corriente aldispositivo)yelbornenegroalnegativo(dondesalelacorrientedeldispositivo).

R2

V

Vcc

R1

1

Recuerda que los símbolos de los polos son arbitrarios. En el ámbito académico se considera que la corriente fluye del polo negativo al positivo, mientras que la norma industrial considera lo contrario: del positivo al negativo. Por esa razón, cuando realices mediciones en aparatos reales, debes seguir la norma industrial.


ediciones ® 37

medicióndecorriente

ParamedirCorriente, conecta elmultímetroen serie con la rama donde quieres realizar la medición.Esnecesarioabrirelcircuitoeintegrarelmultímetrocomounelementomásenserie.

Muy importante:siconectaselmultímetroenparaleloparamedircorriente(enmodalidaddeamperios),sufusibleinternosedestruiráyelaparatodejarádefuncionar.

Como en el caso de los voltios, los amperios en Corriente directatambiéntienenpolaridad,porloqueesindispensableseguirlanormaindustrialyconectarelbornerojoalpolopositivo.

mediciónderesistencia

Paramedirlaresistencia,colocalosbornesdelmultímetroenlasterminalesdelaresistenciafuera del circuito.Porloregular,resultaabsurdodesmontarlapieza,tomar lamedicióny luegovolveramontarla;unaposiblesoluciónestomar lamedicióndeunapiezaidéntica.

Comopuedesapreciar,lamedicióndelacorrienteylaresistenciapresentanvariosinconvenientes físicos: romperelcircuito,desmontarpiezasoencontrarpiezasidénticas. En estos casos es donde se aprecia la utilidad e importancia de lasfórmulasqueyaestudiasteyotrasqueestudiarásmásadelante:laLeydeOhm,lasLeyesdeKirchhoff,lasLeyesdeMaxwell;laaplicacióndefórmulasyprincipiosfísicos permiten obtener mediciones exactas sin necesidad de interactuar deformadirectaconlosmateriales.

R2

A

Vcc

R1

1

Ω

R

Actividad 11

Hoylosmultímetrostienenmuchasmás

funcionesademásdelasbásicas;unadeellas,

degranimportanciaparalaelectricidad,esla

continuidad.InvestigaenInternetenquéconsiste

lacontinuidadenuncircuitoycómoseprueba

conayudadelmultímetro.

Actividad 12

UtilizaelmultímetropararealizarmedicionesdeTensión,CorrienteyResistenciaenel

laboratorio.Consultacontumaestroparadeterminarlosdispositivosmásconvenientes

parasermedidosenunambienteseguro.


38 ediciones ®

1.2 Relación de la tecnología con las ciencias naturales y sociales: la resignificación y el uso de los conocimientos



A. Expliquen qué son los siguientes dispositivos:

• Bulbo • Transistor • Microprocesador

Elconocimiento es un sistema integral, loquesignificaquetodoslossaberesestánvinculadosdeunaformauotra,yeldesarrollodeciertaáreadelconoci-mientocientíficoproduceunimpactoenlasdemás,dándolesunnuevosignificado(resignificación).Esdegranimportanciacomprenderquelascreacionestécnicasnosólodesarrollanlaindustriaylaproduccióndemercancías,tambiénsirvendeapoyoparaelperfeccionamientoyprogresodelacienciaquelesdasoporteteórico.Esporelloqueelcontextosocialinfluyedemuchasmanerassobrelatecnología,yaquecadaépocahistóricatieneunaseriedenecesidadescaracterísticasquesonsatisfechasporlascreacionestecnológicas.

Porsuparte,lascienciasnaturalesaprovechaneldesarrollodelatecnologíapararesolverlosproblemaspropiosdesuespecialidadoparaofrecersolucionesmáseficientesyeficacesaproblemasantiguos.

El desarrollo de artefactos e instrumentos eléctricos para la investigación científica

Dado que el fin último de la tecnología y sus creaciones prácticases incrementarhastael límitede loposible laspotencialidadesdelserhumano—fuerza, capacidaddemovimiento ypercepciónde larealidadatravésdelossentidos,inclusosufacultaddeabstracciónnumérica— resulta obvio que la ciencia es la principal fuente decontribuciónparasuprogreso.

Enlaactualidad,lapuntadeldesarrollotecnológicoestáenfocadaen la informática, el perfeccionamiento y la aplicación de lascomputadorasatodaslasactividadeshumanas.Comosabes,lascomputado-ras contienen un microprocesador que utiliza la energía eléctrica para realizartareascomplejasqueimplicanlainteracciónlógicaconelusuario.Sinembargo,seauncálculoexactooprobabilístico,lautilidaddelascomputadorasresideensu“fuerzabruta”pararealizaroperaciones,perohastalafechanosoncapacesdetomarunadecisiónlógicaquevayamásalládeunsíounno.


ediciones ® 39

Actividad 13

Reúnanseengruposdecuatropersonasyanalicenelsiguientemapamental;después,expliquenporescritolarelaciónqueexiste

entrelosdiferentesinventosquesemuestran.

• La lámpara incandescenteElprincipiode la lámpara incandescente (foco común) consiste enhacerfluircorrienteeléctricaatravésdeunsemiconductor;esdecir,unmaterialqueoponepocaresistencia.Elflujolentodeelectronestiendeaincrementarlatemperaturadelsemiconductorycomoconsecuenciaemiteluzycalor.

ElprimeroendesarrollartaldispositivofueelfísicoyquímicoinglésJosephWilsonSwan; sebasóen lasLeyesdeMaxwell y, en1860, realizóvariosexperimentosaplicandounacorrienteeléctricaaunfilamentodepapelcarbonizadodentrodeunabombillaa laque intentósacartodoelaireposible.Sustrabajostuvieron

JosephWilsonSwan1828-1914Físicoyquímicoinglés,famosoporlainvencióndelalámparaincandescente.

Medios de comunicaciónelectrónicos Radio –1920Televisión–1937

AntonioMeucci1860

SamuelMorse1838

GuillermoMarconi

1901

Telégrafoinalámbrico

Transistor –1947

Circuito integrado –1949 Microchip1971

Computadora personal1977

BulboAlexander LeeDe Forest

1903

Teléfono

ElectricidadNikola Tesla.Desarrolló la teoría y puso en práctica la generación y distribución de electricidad mediante la corriente alterna, que es la manera como sesigue hciendo hoy.

Desarrollo de los mediosde comunicación actuales

Telégrafo

Internet


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fallastécnicasdeorigen:faltadeunmedioadecuadoparacrearvacíodentrodelabombilla,carenciadeunafuenteeléctricaadecuadaydelfilamento correcto; sólo consiguió construir bombillas de escasaduraciónypocacapacidaddeiluminación.

ThomasAlvaEdisonretomóelexperimentodeSwanyloreprodujocon mejores condiciones técnicas, gracias al dinero de losinversionistasJ.P.MorganylafamiliaVanderbilt,quehastalafechamanejanempresasfinancierasenNuevaYork,EstadosUnidos.Conesos recursos económicos montó un laboratorio (la Compañíade Luz Eléctrica Edison) y contrató ingenieros que realizaran lasinvestigaciones necesarias. Para 1880, su equipo de trabajo yahabíaencontradolamaneradecrearvacíototalenlasbombillasydescubrieronqueelbambúcarbonizadoeraunbuensemiconductorparaelpropósitoquebuscaban.

Después de dos años de litigios y guerra comercial con las empresas gaserasencargadasde la iluminaciónpública, laempresadeEdisoncolocó laprimerareddesuministroeléctricopúblicoenManhattan,NuevaYork,enseptiembrede1882.

• La medición de la salinidad por la conductividad eléctrica del suelo o el aguaLacomposicióndelossuelosincluyedemaneranaturalcloruro de sodio (NaCl), conocido como sal. Cuandoen una región se presentan sequías (aumento de caloryescasezdeagua),el suelotiendeaacumularNaClenlasuperficie,queresultaperjudicialpara laagricultura,porquelatierradisminuyesucapacidaddecosecha.

Elprocesocompletoparadeterminarlasalinidaddelossuelosescapaalosobjetivosdeestecurso,loimportantees comprenderque la electricidad seutilizaparadeter-minar lasalinidaddelossuelos(lacantidaddesalquecontienen),porunsencillofenómenodeconductividad:lasalporsísola(NaCl)noesunconductordeelectricidad;elaguapura(H2O)tampocoloes,peroalcombinarseyformaraguasalada(NaCl+H2O)segeneraunprocesoquímicollamadoionizaciónqueproduceiones(partículasneutrasqueporacciónquímicasecarganeléctricamente).

Enlaionización,unodeloselementoscombinadoscedeelectronesalotro(Diseño de circuitos eléctricos 1);enelcasodelaguasalada,elNaClseseparaendosiones:elcatión sodioyelanión cloruro.Elanióntienecargaeléctricanegativayelcatióncargaeléctricapositiva.

Aligualqueenunapila,losanionessonatraídosporelánodoyloscationesporelcátodo,locualpermitecrearuncircuitopordondefluyacorrienteydeterminardeestamaneracuántasalsenecesitaparaqueexistaciertovoltaje.

I I

Filamento

Bombillaal vacío

El funcionamiento del foco es muy sencillo: la corriente llega a través del conductor a una bombilla de cristal al vacío (sin aire dentro) que contiene un filamento. La corriente circula por el filamento y provoca que éste aumente su temperatura, con lo que se genera luz y calor.


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Actividad 14

Objetivo:Comprobarelfenómeno

delaionizaciónylaconduccióndel

aguasalada.

Enequiporealicenlaactividad

yalfinalpresentenunreporte

consusobservaciones.Empleen

sucircuitouniversalparacrearuno

comoeldelaimagen.Utilicenuna

pilade9Vomenoryunfocoque

soporteelvoltajedelapila.Lo

importanteenestecasoeselvaso

conagua(quedebeserdestiladaolo

máspuraposible).Introduzcanlos

cablesenelvaso,comosemuestra

enlaimagen,ysiganesteprocedimiento:

1. Alprincipioelvasodebecontenersóloelaguadestilada.Viertanaproximadamente150

mililitros.

2. Añadansalporcucharadas,unaalavezyllevenlacuenta.

3. Cuandoenciendaelfoco,dejendeañadirsal.

Conesteexperimentohancomprobadoqueelaguasaladaesunconductor.

Ahoracoloquenenunpapellamismacantidaddecucharadasdesalqueutilizaron

enelexperimentoymidansupeso.Supongamosarbitrariamentequeutilizaron50

gramosdesalen150mililitrosdeaguaparaencenderunfocode3V.Apartirdetales

datosdeterminamosqueserequieren333gramosdesalporlitrodeaguaparapermitir

elpasodeunacorrientequegenera3V.

Eseeselprincipio de la medición de la salinidad del suelo por conductividad

eléctrica:determinarcuántasalserequiereparapermitirelpasodeciertacorriente

eléctrica.Porsupuesto,losaparatosymétodosqueutilizanlosingenierosdesuelosson

máscomplejosquenuestroexperimento,peroelprincipioeselmismo.

Vaso con agua destilada

loscircuitoseléctricosylaelectrónicacomocomponentesfundamentalesdelosaparatoselectrodomésticoseindustriales

Elcircuitoeléctricoensínogeneraningúntrabajo,sólotransportalaenergíadeunpuntoaotro.Paraobtenerprovechodelaelectricidadesnecesariocontrolarla,regularlaydirigirla.Deestamanera,podemosutilizarmáquinasquetransformanlaenergíaeléctricaenotrotipodeenergíapararealizarunatareapráctica.

Comoaprendisteenelprimercurso,losdispositivosqueutilizanelectricidadparasufuncionamientosedividenentresgrupos:


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Eléctricos Electromecánicos Digitales

Transforman la electricidad en otro tipo de energía, principalmente lumínica y calorífica.

Utilizan un motor eléctrico para realizar cierto trabajo (convierten energía eléctrica en mecánica).

Contienen un microprocesador que utiliza la energía eléctrica para realizar tareas complejas que implican la interacción lógica con el usuario.

lasociedadenterafuncionagraciasaestosdispositivos.

eldesarrollodebulbos,transistoresycircuitosintegrados

Comoyaviste,lacienciaylatecnologíasedesarrollanapartirdeconocimientosprevios, que han sido comprobados con la experimentación. En este sentido,algunoshistoriadoresconsideranque laelectrónicanaciócon laválvula Fleming (inventadapor JohnAmbroseFleming) yotros conel triododeAlexanderLeeDeForest.Ambos inventosdatandeprincipiosdelsigloxx—separadosporunpardeaños—ytambiénestánbasadosenunefectosecundariodelabombillaincandescente,conocidocomoEfecto Edisonoefecto de emisión termoiónica;esdecir,ionesformadosporefectodelcalor

Dichoefectosepresentacuandolalámparaincandescente(foco)sepolarizaalagregarleunelectrodoplanoenformadeplaca,quehacelasfuncionesdeánodo,yelfilamentoactúacomocátodo.

Cuandoelfilamentosecalienta,seproduceunaagitacióndelosáto-mos que lo forman y los electrones en las órbitas de valencia sonaceleradoshastaalcanzarsuvelocidaddeescape(Diseño de circuitos eléctricos 1);seformaasíunanubedeelectronesporencimadelfila-mento(llamadanube termoiónica)queesatraídaporlaplacadebidoaqueestácargadapositivamente.Estogeneraunacorrienteeléctricaquecirculaporlaválvula,entreelfilamentoylaplacaobien,elcátodoyelánodo.

Alresultadoselellamaoficialmenteválvula termoiónicayseconocecomúnmentecomobulbo;seutilizaparaamplificar,conmutaromodificar una señal eléctricamediante el control del movimiento de los electrones en su interior al vacío omediante el uso de gases especialmente seleccionados. El bulbo fue la basetecnológicaparadesarrollarlaradiodifusión,latelevisión,lossistemasdeaudio,lasredestelefónicasyfinalmentelascomputadorasanalógicasydigitales.

Elbulbodioorigentambiénaldiodoque,comosabes,esuncomponenteelec-trónico que permite la circulación de la corriente en un sentido, transformacorrientealternaendirectaydirigeelflujoeléctricoaunpuntoespecíficodentrodecircuitoscomplejos.

Apartirdelbulbo—omejordicho,delefectodeemisión termoiónica—sede-sarrollóeltransistor,dispositivoquerealizalamismafunciónqueelbulboyeldiodojuntos:funcionacomoamplificador,oscilador,conmutadoryrectificadordelasseñaleseléctricas(diodo).

Ampollade vidrio

Placa(ánodo)

Filamento(cátodo)

La palabra transistor proviene de dos palabras inglesas: transfer (transmisión) y resistor (resistencia): transfiere corriente de un punto a otro y sirve como resistencia por sus cualidades de semiconductor.


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Lautilidaddeltransistorresideensucapacidadparautilizarunapequeñaseñaleléctricaaplicadaaunpardesus terminales,paracontrolarunaseñalmuchomayor en otro par de sus terminales; esta propiedad se llama ganancia, y espor ello que funciona como un amplificador de la señal original. Además, eltransistor corta o permite el flujo de la corriente; es decir, funciona como uninterruptor,accionadoporlaintensidaddelacorrientequefluyeatravésdeél.

Eltransistorreproduceelefectodeemisióntermoiónica,perosediferenciadelosbulbosporquenoproducetantocaloryespequeño.

Loscircuitos integradosconstandegrandescantidades(millones)detransistoresquecompartentareasdentrodelcircuitoelectrónico.Deacuerdoconlaconfiguracióndelcircuito,unmismotransistorfuncionacomoamplificador,oscilador,diodooconmutador,poresosontaneficientesypuedenrealizarunagrancantidaddeoperacionesporsegundo.

los circuitos eléctricos y las telecomunicaciones para el registro, procesamiento y transmisión de la información

Delbulboalcircuitointegrado,latecnologíaelectrónicarealizógrandesavancesenpocotiempo.Elmayorlogrodeestosavancesfue,sinduda,laincorporacióndelaramadelamatemáticallamadaálgebra booleanaalfuncionamientodeloscircuitosintegrados.Estohizoposibleeldesarrollodelosdispositivosdigitales—máquinasinteligentesqueofrecendiferentesrespuestasadiversassolicitudesdelusuario—, como la computadora, los teléfonos inteligentes, los reproductoresde música, los dispositivos de ubicación geográfica y demás. Actualmente, lamicroelectrónica permite crear circuitos integrados muy pequeños y eficientesquerecibenelnombredemicroprocesadores.

Losmicroprocesadoresestánrevolucionandolastelecomunicaciones—comoelclarocasodeInternet—,asícomoelregistroyelprocesamientodelainformación,atalgradoqueanuestraépocaseleconocecomolaEradelainformación,yconjustificadarazón,porquehoyendíaprácticamentetodaslasinstitucionespúblicasy privadas, administrativas y de investigación, dependen de las computadorasparapoderfuncionar.

El Álgebra booleana es un sistema matemático inventado por el inglés George Boole a mediados del siglo xix. El sistema permite expresar, manipular y simplificar problemas lógicos y filosóficos por procedimientos matemáticos, cuyos argumentos admiten dos estados: verdadero o falso. Este sistema es la principal herramienta que se usa hasta la fecha para el diseño de programas de cómputo y microprocesadores.

GeorgeBoole1815-1864MatemáticoyfilósofobritánicoinventordelÁlgebraBooleana.


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1.3 La resignificación y el uso de los conocimientos para la resolución de problemas y el trabajo por proyectos en los procesos productivos



A. ¿Qué entienden por energías verdes?

B. ¿Qué tienen en común la bombilla eléctrica, el bulbo, el transistor, el circuito

integrado y el microprocesador?

C. ¿Saben qué es un diorama?

Losconocimientospreviosadquierenunnuevosignificado,setransformanyseaplicanpararesolvernuevosproblemassociales,comoseexplicóenelapartadoanterior:delabombillaeléctricasurgeelbulbo,delbulboeltransistor,deltransistorelcircuitointegradoy,alfin,elmicroprocesador.Todosestosdispositivostienenalgoencomún:transforman la energía eléctrica para realizar un trabajo;porello,todosrespondenalasmismasleyesquehasestudiadoyotrasqueestudiarásmásadelante.

Bombillaeléctrica

Bulbo TransistorCircuito

integradoMicroprocesador

losconocimientostécnicosycientíficosparamejorarlasinstalacionesyloscomponenteseléctricos

Enlaactualidad,elretoalquenosenfrentamoseslaconstruccióndedispositivoscadavezmáseficientesqueconsumanmenosenergíaeléctricayquelagene-racióndeéstasearespetuosadelmedioambiente.La energía verde —como se le llama a las fuentes

energéticasnocontaminantes—ylananotecnologíason la punta de lanza para la creación de nuevosdispositivoseléctricos,electrónicosydigitales.Enelfuturocercanoveremoscadavezmásaparatosquedesafíanlaimaginaciónhumana.


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eltrabajoporproyectosparaeldiseñodecircuitoseléctricos

El objetivo práctico de este curso consiste en comprender el funcionamientodeloscircuitosenserie,paralelosycomplejos,asícomoaprenderadiseñarloscorrectamente.Paraello,vasaaplicartusconocimientoselaborandountrabajoa escala, que te permitirá tener una visión panorámica de la distribución yaplicacióndelaenergíaeléctricaenlasociedad.

Elproyectofinalserágrupal,porloquedebesformartuequipodetrabajodesdeestebloqueyconservarlohastaelfinaldelcurso.

Elproyectoquedesarrollaránserálaconstruccióndeundioramaquerepresentelaalimentacióneléctricadeunacalle con siete edificaciones,unparque ydosacerasconseispostesdealumbradopúblicoy,comocomplemento,automóviles,autobusesytranvía.

Puedes seleccionarel tipodeedificacionesque tendrá tucalle,peronodebenexceder de siete; la cantidad de vehículos complementarios es libre, la únicalimitaciónesquenocongestioneneldiorama.

EnestaprimeraetapadebesobtenerloselementosdeldioramaenlaestaciónwebdeEditorialECA(http://edicioneseca.com).Seleccionalostiposdeedificiosyeltransportequeapareceráentutrabajofinal.Obsérvalos,analízalosycomprendelamaneraenquesearman,peroaúnnolosimprimas;puedesguardarunacopiaelectrónicaenunlugarseguro.

El diorama es una representación en tres dimensiones (alto, ancho y profundidad) de una figura cualquiera.


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retroalimentación

Verticales

6. Sedefinecomo lacapacidaddeciertosmaterialesparaejercerfuerzasdeatracciónorepulsiónsobreotros.

7. Manera sencilla para manejar las relaciones entrelosfactoresdelaLeydeOhm.

8. Leyquediceque“latensiónenuncircuitoesigualalacorrientemultiplicadaporlaresistenciaexistenteenelmismo(E=IR)”.

9. ApellidodelpersonajequecolocólaprimerareddesuministroeléctricopúblicoenManhattan,NuevaYork,enseptiembrede1882.

10. La electricidad está integrada por tres factoresprimordiales:Corriente,Tensióny…

Resuelveelsiguientecrucigrama;contienelosconceptosestudiadosenestebloque.

Horizontales

1. Nombre del personaje que unificó las ideas deCharles-AugustindeCoulomb,CarlFriedrichGauss,André-MarieAmpèreyMichaelFaradayenunasolateoría que reunió las nociones de campo eléctrico ycampo magnéticoenunsoloconcepto.

2. Rama de la matemática que se aplica al funcio-namientode loscircuitos integrados.Hizoposibleeldesarrollode losdispositivosdigitales, como lacomputadora, losteléfonosinteligentes, losrepro-ductores de música, los dispositivos de ubicacióngeográfica,etcétera.

3. Seutilizaparamediramperes,voltiosuohmiosenuncircuitodado.

4. Ciencia que aplica la matemática para estudiar,explicarypredecirfenómenosnaturales.

5. Lacorrienteeléctricasemideen…


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integracióndeconceptos.Bloque1.Tecnologíaysurelaciónconotrasáreasdeconocimiento

Método Universal para la resolución de problemas aplicado a la electricidad 1. Escribir el objetivo del problema o experimento.

2. Descubrir y redactar la incógnita del problema.

3. Describir a grandes pasos el plan general.

4. Siempre dibujar el diagrama del circuito.

5. Construir el circuito.

Conversión de magnitudes

Desplazar el punto decimal hacia la derecha para disminuir la magnitud y hacia la izquierda para incrementarla.

Mover el punto decimal hacia la derecha para disminuir la magnitud

Unidad Mili (m)

6 posiciones

Micro (µ)

13 posiciones

1 .0 0 0 .0 0 0.001


Conexión en serie

La Corriente fluye por un solo camino.

B1

12V

20R1

15R2

Conexión en paralelo

La Corriente fluye por varios caminos.

B1

12V20R1

15R2

Circuito complejo

Combina conexiones en serie y en paralelo.

B1

12V

20R1

15R2

10R3


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Campo magnético en conductores

Cuando una corriente fluye por un conductor, crea siempre un campo electromagnético.

Conductor

I

Regla de la mano izquierda

Determina la dirección de la Corriente.

Electroimán

Comprueba la relación entre magnetismo y corriente eléctrica.

Ley de Ohm

El flujo de Corriente en un circuito se incrementa conforme aumenta el voltaje y disminuye conforme aumenta la resistencia.

Tensión

ResistenciaCorriente

Principios de la Ley de Ohm para circuitos en serie:

1. La Corriente (I) es siempre la misma en cualquier parte del circuito.

It=I1=I2=I3 …

2. La Tensión (E) total aplicada en el circuito es igual a la suma de las caídas de voltaje a través de todas las resistencias. Et=E1+E2+E3 …

3. La Resistencia (R) total del circuito es igual a la suma de las resistencias individuales Rt=R1+R2+R3 …


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Bobina

Cuando el cable conductor forma espiras y se le aplica una corriente eléctrica, todas las líneas de fuerza electromagnéticas a su alrededor entran por un lado y salen por el otro, siguiendo la dirección de la corriente eléctrica.

NS

Ley de la mano izquierda para las bobinas

Determina la dirección del campo magnético en una bobina.

NS

Autoinducción

La corriente que circula por la bobina genera otra fuerza electromotriz llamada fuerza

electromotriz autoinducidaovoltaje inducido, en

sentido inverso al flujo de la corriente inicial oinductora.

Dirección de la FEM autoinducida

Fuerzaelectromotrizautoinducida,en forma demagnetismo

Estado deequilibrio

II

Dirección de la corriente inicial o inductora

Transformadores

Dispositivos que transforman o modifican el voltaje inicial a otro menor o mayor, pero

conservando la misma frecuencia.

Cuando se colocan dos bobinas en paralelo unidas por un mismo núcleo se presenta un

fenómeno físico conocido como acoplamiento magnético o inducción mutua, que provoca unadiferencia de potencial.

EsEp

Fuentede poder

(AC)


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Conexión correcta del multímetro

Tensión: el multímetro se conecta en paralelorespecto al dispositivo que se esté midiendo.

Corriente: el multímetro debe conectarse en serie con la rama donde queremos realizar la

medición.

Resistencia: los bornes del multímetro se colocan en las terminales de la resistencia

fuera del circuito.

Display

Interruptor

Amperímetrode continua

Amperímetrode alterna

Óhmetro

Selector

Volímetrode continua

Volímetrode alterna

TerminalVoltios/óhmios

Terminalcomún

Terminal amperímetro

Bulbo

Se utiliza para amplificar,conmutar,omodificar una señal eléctrica mediante el control del movimiento de los electrones en su interior al vacío o mediante el uso de gases especialmente seleccionados.

Ampollade vidrio

Placa(ánodo)

Filamento(cátodo)

Transistor

Dispositivo que realiza la misma función que el bulbo y el diodo juntos: funciona como amplificador, oscilador, conmutador y

rectificador de las señales eléctricas.

Circuitos integrados

Constan de millones de transistores que comparten tareas dentro del circuito electrónico.


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