Cap. 2 de 24

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SABER

ELECTRONICAEDICION ARGENTINA

ES UNA EDICION ESPECIAL DE

REP.ARG.EDICIONE

SPECIAL:3002

8/3/2019 Cap. 2 de 24

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Encic lopediaEncic lopedia

VV isua lisua ld e l ad e l a

ElectrnicaElectrnica

INDICE DEL

CAPITULO 2QUE ES LA ELECTRICIDAD Y QUE LAELECTRONICA?

Estruc tura a tmica ........................................19Atomos: protones, electrones y

neutrones....................................................19Constitucin del tomo: protones,

electrones y neutrones..............................19Iones positivos y negativos...........................19Cond ucto res, semic onduc tores

y a islantes....................................................19Flujo de elec trones........................................19Diferenc ia d e p ote nc ia l, tensin,

fuerza electromotriz...................................20Corriente elc trica ........................................20Resistenc ia elc trica ....................................20

Cond uc ta nc ia ...............................................21Clasificac in de los resisto res.......................21Cdigo de colores para resistores..............22Pilas y ba te ras................................................23

CONDUCCION DE LACORRIENTE ELECTRICA

Los conductores y los aislantes....................24La electricidad como fluido.........................24Tipos de conductores...................................25Ca mp o elc tric o y c orriente elc tric a .......27El c ampo elc trico ........................................27Corriente elec trnica y c orrienteconvencional.................................................28Veloc ida d de la c orriente ............................29

LA REVOLUCION DE LOS MEDIOS OPTICOSMedios de sop orte de informac in ............29El surg imiento de la tec nolog a p tic a ......30Luz y p rotub eranc ias.....................................30Tec no log a d igita l ..........................................31Otros sistemas pticos...................................31

El d isc o lser de video ...............................31

El CD-ROM - El CD-I....................................32El Photo-CD.................................................32Los medios magneto-pticos...................32El DVD ..........................................................32

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ESTRUCTURAATOMICA

Atomos: protones,

electrones y neutrones

La corriente elctrica es el pasode electrones por un conductor.Dichos electrones estn en todaslas cosas pero arraigados a la es-tructura de un tomo constituyen-

te de un elem ento q umico.Para aclarar el tema, digamos

q ue to d os los c uerpo s est n forma -dos por elementos qumicos (elagua, por ejemplo, est formadapor los elementos qumicos hidr-geno y oxgeno ), y que un tomoes la p arte m s peq uea a la quepuede ser reducido un elementoqumico.

Constituci n del tomo:

protones, electrones y

neutrones

Si se pudiera dividir el tomo deun eleme nto, tend ram os pe que -simas partculas que son las quedan a los tomos sus particularescaracter s t icas. Debemos saberque un tomo de un eleme nto sedi ferencia de un tomo de otroeleme nto en e l nmero de c iertaspartculas subatmicas que tiene

cada uno de ellos, y stos son loselectrones.

En el centro del tomo est elncleo, que tiene dos clases dep a rtc ulas: los proto ne s y los ne utro-nes; alrededor del ncleo giran loselectrones en rbitas electrnicas,as como ocurre con los planetasq ue g ira n en to rno al sol.

Una caracterstica importantsi-ma de los protones y neutrones es

que tienen carga elctr ica, valedecir: tienen una energa intrnse-ca y na tural, puesta d e ma nif iestop or la s fuerza s q ue p ued en e jerc ersobre otras partculas del mismo ti-po y que originan fenmenos dea tra c c in y rep ulsin entre pa rtc u-las cargadas elctricamente. Seha c onstatad o q ue d os elec troneso dos protones se repelen entre s;es ind ud a b le que la s d os p a rtc ulastiene n c a rga s elc trica s d e d istintosigno : se las deno min c arga elc-trica positiva (+) al protn y, alelectrn, carga elctr ica negativa(-). Sin embargo, los neutrones delncleo son partculas que tienenigual cant idad de carga posi t ivaque de negativa; por lo tanto, t ie-ne un efecto neutro por la anula-cin mutua entre los dos, el neu-trn no ejerce fuerza elctrica so-bre un elec trn o protn y t iene la

funcin de separar los protonesque estn e n el ncleo. Un to mo

es elctr ic am ente neutroy eso quiere decir que lacant idad de e lec t roneses igual al nmero deprotones; ese nmero deelectrones se denomina"NUMERO ATOMICO". Losneutrones t ienen inter-vencin en la masa at-mica, que est prct ica-mente en el nc leo; elresto es espacio vacodonde los electrones gi-ran a grandes velocida-des (figura 1).

Iones positivos y negativos

Cuando por cualquier circuns-tanc ia un tomo gana o p ierdeelectrones, se d ic e q ue d ic ho to-mo se ha ionizad o.

Se denomina ION POSITIVOcua ndo el tomo t iene m s proto-nes que electrones e ION NEGATI-VO cuando t iene ms electrones

que protones. Como cargas ded istinto sig no se a tra en, c ua nd o es-tn cerca iones negativos y positi-vos, stos se unen, pero tambinpuede ocurrir que solamente sedesprendan los electrones que tie-ne d e m s el in ne ga tivo y se d iri-jan hac ia el in po sit ivo p a ra neu-traliza r su c a rga .

Cua ndo esto o curre, se d ic e q ueel paso de los electrones "neutrali-za d ores d e c a rga " c onstituyen unaCORRIENTE ELECTRICA.

Conductores,

semiconductores y aislantes

Existen materiales que permitenel pa so d e los electrones co n m a-yor fa c ilid a d q ue o tros. Se d eno mi-na c onduc tor de la co rriente elc-tr ica a todo aquel mater ial queofrec e m uy poc a resistenc ia al pa -so de los electrones (cobre, plata,

oro, pla tino, e tc .) Un a isla nte d e lacorriente elctr ica es todo aquelmater ial que ofrece una elevadaresistencia al paso de los electro-nes. Existen otros materiales que,segn como se los trate, se com-por tan c omo cond uc tores o c omoaislantes. Dicho de otra manera,son materiales sobre los cuales sepuede "regular" el paso de la co-rriente elctrica; a dichos materia-

les se los d en om inaSEMICONDUC-

TORES.

Flujo de electrones

Se d enom ina c orriente elctr icaal paso de los electrones por un

Captulo 2

19

Captulo 2

Qu es la Electricidad y

qu es la Electrnica?

Fig. 1

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c ond ucto r de la c orriente e lc trica(o sem ic ond uc tor). Su unida d e s elampere (A) y "mide" la cantidadd e e lec trone s que atraviesa n a unelemento en una unidad de t iem-p o .

Para que pueda establecerseuna corriente elctr ica t iene queexistir algo que impulse a los elec-trone s a c irc ular de un lad o a otro.

Diferencia de potencial,

tensi n, fuerza electromotriz

Com o hem os dicho, pa ra que seestab lezc a una c orriente elctr icadebe existir algo que impulse a loselectrones para que se muevan.Por ejemplo, colocando iones ne-ga t ivos de un lad o de un cond uc-tor e iones negativos del otro, se

establecer una corriente elctr i-ca que ser ms grande cuantomayor sea la "diferencia de cargasentre los iones".

Se dice que para que exista unflujo de electrones debemos apli-c a r "energ a al conductor". Cuandola energa proviene de una fuerzadel t ipo elctr ico, se la denomina"fuerza electromotriz" porque per-mite el desplazam iento d e e lec tro-

nes al de sp rend erse d e los tom os.Esa fuerza electromotriz puedeoriginarla una batera. Ejemplo: elac umulad or de un auto, una pi la oun generador para alimentar unaciudad, como los que usan lascompaas de electr ic idad. Estasfuentes de energa tienen 2 termi-nales, o polos negativo y positivo,y se dice que existe una tensinelctr ica o di ferencia de poten-c ial, que prod uce la fuerza elctr i-

ca ya m enc ionada .Co nsid erem os a una tensin o d i-

ferencia de potencial como un"desnivel" que debe existir entre 2puntos de un cond uctor para que

se produzca un movimiento deelectrones y, entonces, una co-rriente elc trica (figu ra 2).

Algo parecido es lo que sucedeen un ro, pa ra que oc urra un d es-plazamiento de agua: el terrenotiene q ue e sta r en d esnivel; de u namism a forma , si ha y una d iferenc ia

de potencial en electr ic idad, staes comparable a una di ferenciad e p resin entre 2 extrem os d e unacaera que l leva agua o cual-quier f luido, y es producida poruna bomba. En la atmsfera, elviento es similar a una corrienteelctr ic a, que se p rod uce po r unadiferencia de presin que existeentre una zona c iclnica y otra a n-tic ic lnica. La unidad denomina-d a VOLT, se utiliza para medir latensin elctrica; se abrevia "V".Una pi la de carbn genera entrebornes una tensin de 1,5V, unacumulador de auto genera unatensin de 12V y la que ge nera lacompaa de electr ic idad es de220V, en A rge ntina. Muc ha s vec es,en electrnica usaremos tensionesm s p eq uea s q ue el VOLT, pe roen electricidad industrial es c om nha b lar de KILOVO LT (kV), que eq ui-

va le a 1.000V.

1 volt = 1.000 milivolt1V = 1.000mV

1 volt = 1.000.000 microvolt1V =1.000.000V

1 volt = 0,001 k ilovolt1V = 0,001kV

CORRIENTE ELECTRICA

Un flujo de electrones en movi-miento como causa de la apl i - c ac in d e una fuerza e lec trom otrizo fuente de tensin a un co nduc -tor elctr ic oes lo que l lamamoscorriente elctrica. El flujo est for-mado por electrones l ibres que,a ntes d e a p lica rles la tensin, e ra nelec trone s q ue e sta b a n sujetos p or

la atraccin de los ncleos de lostomos que constituyen el con-ductor.

En sus trayec to s, los e lec tron es li-b res c hoc a n c ont ra los ione s p ositi-

vos del material y retroceden yvuelven a ser acelerados por lafuerza electromotriz. Los choquesson el motivo por el cual el con-ductor se calienta cuando l levacorriente elctr ica, ya que cual-quier c hoq ue entre 2 cue rpo s oc a -siona un d esprendimiento d e e ner-

ga en forma d e c alor.La corr iente elctr ica por un

co nduc tor se d ef ine co mo:

"el n mero de electrones libres

que pasa una secci n cualquiera

del conductor en un momento es-

pec fico".

Los electrones llevan una cargaelctr ica medida en COULOMB y

podemos decir que la corrienteelctr ica es la carga elctr icatransportada por esos electronesdurante e l in terva lo de t iempoconsiderado. Si la carga elctricaes d e 1C b y el tiemp o es d e 1s, seobtendr una corriente elctr icade 1A (inicial de AMPERE, por el f-sico francs AMPERE), siendo launidad de corriente elctr ica. Enelec trnica , esta unida d de med i-cin resulta grande, por tal motivo

se utilizan los submltiplos del am-pere.

1m A = 0,001A1A = 1.000mA (miliampere)1A = 0,000001A1A = 1.000.000A (microampere)1A = 0,001m A1mA = 1.000A

RESISTENCIA ELECTRICA

Definamos la resistencia elctri-ca de un conduc tor como unapropied ad de l material que repre-senta la op osicin d el mism o frenteal paso de la corriente elctr ica.La op osicin se o rigina c om o c on-sec uenc ia d e los c hoq ues entre loselectrones libres de la corriente ylos iones positivos del metal. Lacausa de estos choques es el ca-

lenta miento de l c ond ucto r, el que ,a su vez, lo tra nsmite a l me d io am -biente.

La resistencia se mide en OHM,llamado as por el fsico alemn

Qu es la Electricidad y qu es la Electrnica?

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Fig. 2

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que lo descubri. La resistenciaelctr ica del material dependerd e t res fac tores: la long itud, la sec -c in tra nsve rsa l y la resistivid a d d elmaterial. Veamos cmo es la fr-mula m atem t ica :

x lR =______ (ve r fig. 3)

S

La resistividad del material () esun n m ero y su va lor nos m ue stra sies bueno, o no, pequeo o gran-de ; o sea , cm o e s el mate rial co -mo co nduc tor de electr ic id ad , y semide e n x m (f ig. 4). Cab e a c la-rar que, normalmente, la resistivi-da d d e un meta l aumenta c on latemperatura.

CONDUCTANCIA: se denominaas a la inversa de la resistencia, se

simboliza con la letra G y se mideen m ho (al rev s d e o hm ) o e n SIE-MENS.

1G=______ =R

La u nida d e s:

mho = SIEMENSCLASIFICACION

DE LOS RESISTORES:

Vea mo s una d efinic in d e los re-sistores. Son componentes electr-nicos fabr icados especialmentepa ra que teng an ciertos valores deresistencia. En varios casos, los va-lores en ohm de los resistores sonmuy altos, utilizando mltiplos delohm, como, por ej., el kilo-ohm,igual a 1.000 ohm, que tiene una

abrev ia tura k , y e l mega-ohm,igual a 1.000.000 ohm, que tieneuna abreviatura M. Entonces:

1k = 10001M = 1000000

= 1000k

Podemos agru-par a los resistores(figu ra 5) en:

1) Resistores de

composici n de car-

b n

2) Resistores de pe-

l cula met lica

3) Resistores de alambre

1) Resistores de composici n

de carb n

Estos se fabrican mezclando pol-vo de carbn y un aglomerantehasta darle forma de barrita, parafija r los termina les. El co njunto se e n-

capsula con una resina fenlica oba quelita p ara p roteg erlo d e la hu-medad y la temperatura, t iene unrango de valores de resistencia en-tre 1 y 22M. En e lec trnica son losresistores ms usados por su bajoc osto (figura 6).

2) Resistores de pel cula met lica

Estos se fabrican depositandouna pelcula metlica, que est aalta temperatura, sobre un tubito

d e v idrio, a l que se fija n los term ina-les y se los encapsula como dijimosanteriormente.

Tienen un alto costo y se usan so-lamente cuando se necesita unagran exactitud en el valor de resis-tencia; ejemplo: instrumentos elec-trnicos (figura 7).

3) Resistores de alambre

Se fa bric an arrolland o un a lam -

bre hecho de aleaciones de cro-mo, nquel, etc., sobre un cilindrode cermica. El conjunto se recu-brir de barniz, as se protege elalambre de la influencia de la hu-medad y temperatura. Estos son

Captulo 2

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Fig. 3

Fig. 4

Fig. 5

Fig. 7

Fig. 6

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grandes y se utilizan para la con-d uc c in d e a lta s c orriente s. El ra n-go de valores de resistencia esten tre 1 y 100k (figura 8).

CODIGO DE COLORESPARA RESISTORES

Por el c d igo d e c olores se lee e lvalor de resistencia, que est im-preso sobre el cuerpo del resistor.Cada color representa un dgitodecimal: las 2 primeras bandas de

colores, que estn ubicadas msc ercana s de un extrem o, rep resen-tan el valor en ; la 3 banda re-presenta el nmero po r el que ha yq ue m ultip lica r el valor a nterior pa -ra ob tene r el valor fina l de resisten-c ia; la 4 ba nd a rep resenta la tole-ranc ia, c uyo va lor se e xplic ar m sad elante (f igura 9).

La c orrespo nde ncia e ntre un c o-lor y su va lor se m ue stra e n la ta b la

1. La tolerancia de un resistor es unnmero expresado en porcentaje,que rep resenta el ma rge n supe rioro inferior que puede tomar un va-lor nom inal (por el c d igo d e c olo-res) del resistor. Ejemplificando, di-remos que para resistores de car-b n se tienen toleranc ia s d el 5%,10% y 20%. Si e l va lor nom ina l esde 100 y la tolerancia de 10%, elvalor real estar comprendido en-

tre 100 y 90; finalmente, para unatolera ncia d e 20%, el valor rea lser entre 120 y 80.

La tolerancia nos indica hasta

cu nto puede

estar el valor

por encima o

por debajo

del compo-

nente.

Es un mto-

do p rc t i codel fabr ican-te para ase-gu ra r al usua -rio los lmitesmximos ymnimos delva lor de unresistor. Comoel proc eso d ef a b r i c a c i nno permi teestablecer valores precisos conanterioridad, en los resistores decomposic in de carbn la con-venc in es sta :

COLOR DE LA TOLERANC IA4 BANDA

DORADO 5 %PLATEADO 10 %SIN COLOR 20 %

La p ote nc ia d e u n resistor no vie-ne imp resa en e l resisto r, pe ro se re-co noc e p or su tam ao . Esa p oten-cia t iene un signif ic ad o d e la m xi-ma c ant ida d de c a lor que puededar el resistor por el paso de co-rriente y, si sta exce d e, se q uem a -r por la alta temperatura obteni-da. Se mide en watt (W). Los resis-tores de carbn se fabrican de

1/ 8W; 1/ 4W; 1/ 2W; 1W y 2W, y el ta -mao aumenta g radua lmente

c on la p otenc ia. Pa ra m ayores p o-tencias se utilizan resistores dealambre; los de pelcula metlicapueden disipar hasta 1W. Los resis-tores de composic in de carbnse fab rica n c on valores nom inalesd e resistenc ia ya norm a liza d os y elnmero dep ende r de l valor de latolera ncia. Pa ra una tolera ncia d el20%, las cifras significativas de losvalores nominales son: 10, 15, 22,

33, 47, 68.Las cifras significativas para una

tolerancia del 10% son: 10, 12, 15,18, 22, 27, 33, 39, 47, 56, 68, 82. Pa-ra una tolerancia del 5% las cifrassignificativas de los valores nomi-nales son: 10, 11, 12, 13, 15, 16, 18,20, 22, 24, 27, 30, 33, 36, 39, 43, 47,51, 56, 62, 68, 75, 82, 91. En la figura10 se dan ejemplos de valores d eresistores de composicin de car-b n med iante el cd igo d e c olores.Vea ejem p los d e v a lores de resisto-


22

Fig. 8

Fig. 9

Tabla 1

COLOR DIGITO MULTIPLICADOR

NEGRO 0 1MARRON 1 10

ROJO 2 100NARANJA 3 1000AMARILLOAMARILLO 4 10000VERDE 5 100000AZUL 6 1000000VIOLETA 7 10000000GRISGRIS 8BLAN C OBLANCO 9DORADODORADO 0,1PLAPLATEADOTEADO 0,01

Fig. 10

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res en la fig ura10.

D i g a m o sq ue a los resis-tores se lospuede clasifi-car tambinen variables;

stos estn re-p r e s e n t a d o spor los poten-cimetros ylos presets opreajustes (fi-gu ra 11).

La constitucin de los potenci-me tros se d eb e a una pista c irc ularde carbn desplazndose por uncontacto mvil (cursor) solidario aun e je vertic al.

Los extremos de la pista de car-b n y el c ursor tienen una c onexina terminales, es decir, que la resis-tenc ia entre uno de los terminales yel cursor dep end e d e la po sic in d este (figura 12).

En el primer caso, los potenci-me tros p ued en ser linea les o loga rt-mic os; la v a riac in d e resistenc ia esproporcional al ngulo girado porel c ursor, y en e l 2 c a so la va riac in

es logartmica, esto hace que, alcomienzo, la resistencia vare conrap ide z c on e l ng ulo d e g iro; de s-pus la variacin ser ms lenta ytendr un uso c omn e n el co ntrolde volumen de radios y TV. Llama-mos presets a los resistores variablesque se ajustan una sola vez, hastalog rar una pe rfecta po sic in, y queno tienen posibilidad de ser varia-dos por los usuarios.

El tamao es red ucido y tiene unajuste c on un p eq ueo d estornilla-

do r, que es ap licad o a una ranura

que tiene el contac to m vil.

PILAS Y BATERIAS

Los componentesb sico s c a p a c es d e sum inistrar unatensin continua estable a un cir-cuito electrnico son las pilas, conla c ap ac ida d d e generar una ten-sin elctrica por medios qumicos.

La m s c omn est formad a p orun elec trolito (sal, c ido o ba se d i-suelto en ag ua) y 2 electrodo s. Vea -mos c mo se c omp orta un elec tro-lito cualquiera, diluido en agua; ej.el c loruro d e sod io (fig. 13).

La sal es elctricamente neutra,pe ro c uand o se d isuelve en el ag ua

se disocia en los iones que la com-ponen, es decir, en iones positivosde sodio y en iones negativos decloro.

Si sum erg imo s 2 elec trod os con sis-tent es en 2 me ta les d iferente s A y B,una determinada cant idad de io-nes negativos ser atrada por elelec trod o A y otra p orcin de ionespo sitivos ser a trad a p or el elec tro-do B; entonces, A se carga negati-vamente y B, positivamente (figura14).

A la diferenc ia d e c arga e lc tric aqu e e xiste e ntre A y B, se la d eno mi-na diferencia de potencial o ten-sin de la pila. La tensin V depen-

der de los materiales de los elec-trodos y del electrolito.

Por ejem plo, una pila d e c inc -ca r-b n t iene una tensin: V = 1,5V.

Si conectamos una lamparita en-tre los elec trodo s, sta ilumina r yaque se producir el pasaje de loselec trones desde A ha sta B a trav sde ella, y se cerrar el circuito pormedio de la solucin electroltica.Mientras este fenmeno sucede,uno d e los elec trod os (B) se va c on-sumiendo, mientras que el otro se

va engrosando por la deposicinde material sobre su superficie. Lareaccin qumica continuar hastaque B se consuma en su totalidad;en ese momento, la lamparita seap ag ar po rque la c orriente se d e-tuvo (figu ra 15).

En una pila sec a , el elec trolito esuna p asta hm ed a (p ilas c om unes)mientras que se denominan hme-d a s c ua nd o e l elec trolito es un lq ui-do (ac umulad or de p lomo utilizad oen los autos).

La p ila sec a m s c om n es la d ec inc -ca rb n y la de sarroll Le Clan-c h (1869), tiene un ba jo c osto y e sde uso g eneral.

Captulo 2

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Fig. 11

Fig. 13

Fig. 12

Fig. 14

Fig. 15

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CONDUCTORES YAISLANTES

El hecho de que algunos c uerpo spueden retener la electr icidad yque otros permiten que se escape,nos revela que en la naturalezaexisten d os com po rtam ientos de es-te "fluido"rep resenta d o p or las ca r-gas. De hecho, los dos grupos decuerpos sern estudiados en estalec c in. Veremos que en un c aso setrata de los denominados aislantesy, en el otro, de los c ond uc tores. Losdos tipos de material tienen igual

importancia en la e lectr ic idadelectrnica modernas y son utiliza-dos en una inf inidad de aplicacio-nes. Conocer las propiedades deestos materiales es muy importanteen el estudio d e la elec trnica .

La electricidad como fluido

Vimos que podemos sacar concierta facilidad electrones de unc uerpo (de sus tom os) y lleva rlos a

otro que quedar con exceso deestas partculas.El pasaje de electrones de un

cuerpo a otro, cuando puede serestablecido, t iene mucha impor-tancia en nuestro estudio, pues eslo que puede llevar energa de unpunto a o tro, as pe rmiten la a plic a-c in prc tic a d e la e lec tricida d.

Lo importante para nosotros essaber que las cargas elctricas,c onstiutid a s po r los elec trones, pue -

den no slo saltar de un cuerpo aotro en forma de chispas, como vi-mos en el caso del rayo, sino tam-bin moverse a travs de ciertosma teriales, com o e n el ca so d el ca -b le utiliza d o e n el pa ra rra yos o d e lacadena f i jada al camin de com-b ustibles (figura 1).

Mientras tanto, existen tambinc uerpo s en que la e lec tricida d que-da "atrapa da ", co mo en el caso de l

peine frotado, en que los electro-nes ganados se mantienen en lapo sicin en q ue son c oloc ad os, o lafalta de electrones permanece enel lugar de donde fueron retirados(fig ura 2). El mo vimiento d e e lec tro-

nes en un c uerpo esposible si tienen unacierta libertad en elinterior del materialque lo constituye.Luego veremos dequ modo ocur resto.

Para nosotros, en-

tonces, es importan-te saber que existentipos de materiales,en los que las ca rga sno se puede mover,que son denomina-dos aislantes, y ma-teriales en los quelas cargas se mue-ven con fac i l idad,que son denomina-dos conductores.

Sa b em os que exis-ten materiales quepueden ser electri-zados de diferentesformas (serie triboe-lctrica), lo que re-vela q ue e xisten to-mos que t ienen m sdificultades en per-der sus electronesque otros.

As, pa ra los ma te-ria les en q ue los elem en to s est n fir-me me nte u nido s a los tom os, exis-te mucha di ficu ltad pa ra q ue oc u-rra un mo vimento de c argas.

Si sacamos un electrn de un lu-

gar, este lugar quedar libre, puesaunq ue el c uerpo p osee o tros elec -trones disponibles, sos no puedenocupar el lugar vaco. Del mismomodo, si agregamos un electrn al


24

Conduccin de la Corriente Elctrica

Fig. 1

Fig. 2

Fig. 3

Fig. 4

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material, se quedar en ese lugar,

pues no t iene fac ilida d pa ra move r-se (fig ura 3).Por otro dado, existen materiales

en los q ue los elec trone s son lib res ypued en mo verse c on muc ha fac ili-dad en su interior. Esto ocurre, porejemplo, en los metales. Si carga-mos un cuerpo metl ico con unacierta cantidad de cargas, agre-gando electrones libres, por ejem-p lo, estos elec trones se p ued en m o-ver "saltando de tomo e n tom o

hasta distribuirse de manera ms omenos uniforme (figura 4). Si porotro lado , sac am os una c ierta c an-t idad de electrones apenas de unpunto de este cuerpo, los electro-nes de las cercanas "corren" a lle-nar e l vaco formado y forman"nuev os vac os" en o tros p unto s c onuna distribucin tambin uniformede las cargas positivas (vacos). Fi-gura 5.

En este p unto e l lec tor de b e p res-tar atencin a este hec ho. Cuandohablamos de un cuerpo cargadonegativamente, las cargas que semueven o que part icipan del pro-c eso, los q ue se p ued en m ove r, son

electrones. Pero,cuando hablamos deun cue rpo ca rgadopositivamente, o sea,en q ue e xiste una faltade electrones, en ver-dad nada existe quese pue da mo ver! Po-demos, sin embargo,para ayudarnos ennuestro razonamiento,hablar de " fa l ta deelectrones" o lagunas(vacantes o vacos)que se m ueven.

As, mientras en uncuerpo cargado ne-gativamente los elec-

trones se distribuyen en su superfi-

cie, en un cuerpo ca rga do po sit iva-mente son las lagunas las que sedistribuyen en su superficie (figura6).

Volviend o a l prob lem a d e los ma -teriales conductores, vemos que lafaci l idad de movimiento, tanto delos electrones como de las lagunas,es tot al.

Los electrones pueden saltar detom o e n to mo, mientras que laslagunas son llenadas por tomosadyacentes que saltan librementey provocan su desplazamiento (fi-gura 7). Entre los materiales consi-derados aislantes, en que los elec-trones tienen grandes dificultadespara moverse, tenemos: el vidrio, elpapel seco, el plstico, la mica, laporcelana, la c erm ica , etc .

Entre los materiales consideradosconductores tenemos: los metales,el grafito, etc .

TIPOS DE CONDUCTORES

Podemos clasificar los materialesconductores en tres grupos:

a) S lidos

Los ma teria les slid os que c ond u-cen la electricidad, o sea, en losque las cargas se pueden mover,son los met a les (q ue son los mejo resc ond uc tores) y el grafito.

b) L quidos

Determinados lquidos tambinpermiten que las cargas elctricasse muevan. Estas cargas, en ver-da d, se m ueven junto a l prop io to-mo que puede "nadar", por as de-cirlo, y desplazarse en el medio l-quido. Estos tomos, que puedentener falta o e xceso d e e lec trones yque se d esplazan en un m ed io lqui-do, son denominados "iones" (ex-presin griega que traducida es

"caminante"). Los iones positivos sel laman "cationes" y los negativos"aniones" (fig ura 8).

Las cargas elctricas no se mue-ven a travs del agua, por ser ais-lante . Sin em b a rgo , si disolvem os enesta agua una sustancia como lasal de cocina, que est forma dapo r to mo s de c loro y sod io (NaC I),las p a rtc ulas d e sod io y c loro se d i-socian en aniones de cloro(CI-) ycationes de sodio (Na+), figura 9.

Con esto, los aniones y cationesexistent es en soluc in p ued en servird e "medio de transporte" para lasc arga s elctric as y el agua en e stascondiciones se vuelve conductora.

Muchas sustancias del tipo sal(cloruro de sodio, bicarbonato de

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Fig. 5

Fig. 6

Fig. 7

Fig. 8

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sodio, sulfato de cobre), del tipoc ido (c ido sulfric o, c id o c lorh-drico, etc.) o bien de tipo base (hi-drxido de sod io, o sea sod a c us-tica) cuando se disuelven en aguatambin se disocian y forman asuna soluc in c onduc tora.

Vea que, en el total, cuando di-solvemos sal en agua, separamosp a rtc ulas p ositiva s y ne ga tivas, pe -ro en cantidades iguales, lo que

quiere de cir que el agua que tene-mo s ma ntiene su neutralida d.

c) Gaseosos

Los ga ses, en c ond icione s norm a -les, o sea neutros, son excelentesaislantes y no permiten que las car-ga s elc tric as se m ueva n c on fa c ili-da d. Pero, si po r me dio d e una bue -na cantidad de energa consegui-mo s arranc ar elec trones de los ga -

ses, de modo que pasen a quedaren un estado de electrizamientodenominado "ionizacin", entonce sse convierten en excelentes con-ductores.

En los gases ionizados ocurren fe-nmenos interesantes, como porejem p lo, la e misin d e luz, lo q ue e saprovechado para la fabr icacind e la s lm p a ra s fluoresc ent es (figu -ra 10). El aire, que es aislante encondiciones normales, se vuelve

co nductor por ac cin de una d es-carga fuerte como la producidapor el rayo, que entonces puedeatravesarlo con facilidad.

Un poco de c lculosHasta ahora dimos interesantes

explicaciones sobre cmo funcio-nan las cosas en loque se refiere a c arga selctricas y su movili-

dad. El nico valor nu-mrico que vimos fuela l lamada carga ele-menta l, que era:

e = 1,60 x 10 -19 C

A partir de este valor y de otrosque daremos a continuacin, va-mos a "jugar" un poco con los cl-culos para aprender cosas intere-santes sobre la electricidad.

Como vimos, cada tipo de sus-tancia simple (elemento) posee untomo con cantidades diferentesde partculas internas (protones yneutrones). As, en funcin de estacant idad podemos saber exacta-

mente c untos tom os de una c ier-ta sustancia existen en una canti-dad cualquiera que tomamos deella.

Verificamos entonces que, si divi-dimo s esta c antida d d e una sustan-cia por el "peso" relativo de las par-tculas que forma n el tom o, ob te-nem os un nmero c onstante .

De este mo do 1 gram o d e hidr-geno t iene la misma cantidad de

to mo s que 16 gram os de oxge no,que a su vez, tiene la misma c anti-da d d e tomo s que 108 gramos deplata y 197 gramos de oro (figura11).

El nmero de partculas (tomos)es eno rme:

n = 6,02 x 1023

Esto significa 6 seguido de 23 ce-ros! Tod os esos tom os en a p ena salguno s gram os de ma terial!

Suponiendo q ue en un m etal, c o-mo el oro, ca da tomo pueda c on-tribuir con un electrn libre, en untrocito de, digamos, 1 gramo, ten-dremos nada ms y nada menosque 1022 electrones disponibles (10seguido de 22 ceros, para los queno e stn fam iliarizad os c on la ano -

tacin exponencial). Estos electro-nes forman, en el interior del metal,una espe c ie d e "nube" que se e st"agitando" constantemente. Verifi-camos que los electrones puedeninc luso ver aum enta da su ca ntida dcon la elevacin de la temperatu-ra, fenmeno de gran imp ortanc iaen e lec trnica .

Qu ocurre si multiplicamos lacantidad de electrones libres que

tenemo s en un troc ito d e me tal porla c arga d e ca da e lectrn?

Evidentemente, obtenemos lacarga total, en Coulombs, del pe-da c ito de meta l en c uestin.

Suponiendo que nuestro trocitode me tal tenga 10 elec trones y quela c arga d e c ad a uno sea d e = 1,60x 10 -19 C, tenem os:

Q = 1022 x 1,6 x 10-19

Q = 1,60 x 103

CQ = 1.600 Coulomb

Ser mucho o poco, esto?, sepregunta r e l estudiante .

A ttulo de c uriosida d , si la l mp a -ra de su c uarto est e nce ndida eneste m ome nto c onsume energa arazn de apenas una carga de1/Coulomb po r segund o.

Una carga de 1.600 Coulomb,c iertame nte, quema ra esta lm pa -

ra y si los electrones no estuvieran"equilibrados" en el interior del me-tal y pudieran revelar toda su "fuer-za", bastara que usted tocara untroc ido de oro pa ra mo rir instant -neam ente fulminado!

En verda d, en la p rc tica , no po -de mo s ma nejar sino una pa rte m uy


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Fig. 9 Fig. 10

Fig. 11

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pe qua de los elec trones que estnlibres en el metal, para agregar oquitar alguno s. De ningn m od o p o-de mo s c onta r c on to do s en los pro-c esos elc tric os.

CAMPO ELECTRICO YCORRIENTE ELECTRICA

Qu ha c e q ue las c arga s elc tri-cas se muevan en un cuerpo?Qu estado especial existe en tor-no de un cuerpo cargado, paraque su influencia se haga sentir ad istancia? Qu ocurre cuando

una gran c ant ida d de ca rga s e lctric as se m ueve en un m ate rial c on-ductor?

Tod o e sto ser e l tema d e e staleccin.

Veremos de q u m od o la "influen-c ia" de las c arga s en un c uerpo se"propaga" po r el espa cio y p rovoc ael movimiento de cargas incluso ala d istanc ia y d e q u mo d o un flujode cargas forma una corriente, unmovimiento muy especial para las

aplicaciones prcticas.

El campo el ctrico

Un cuerpo cargado de electr ici-da d, ya sea po sitiva o ne ga tiva, se

compor ta de manera muyespecial. Otros cuerpos tam-bin poseedores de cargaselctricas, colocados en lasproximidades de aqullos,quedarn sujetos a la accinde fuerzas.

Si la s c a rga s d e los cue rp os

prximos fueran de signosopuestos, la fuerza ser deatraccin, mientras que si lascargas fueran del mismo sig-no, la fuerza ser de repul-sin, como ilustra la figura 12.Podemos decir que el espa-cio en torno de un cuerpocargado queda l leno de al-go invisible, algo que corres-ponde a la a cc in de natura-leza elctrica sobre los cuer-pos que tambin estn car-gados.

El espacio en torno de uncue rpo ca rgado goza depropiedades especiales quepue de n explic arse p or la p re-

sencia de una ent idad l lamada"c am po e lc tric o", norma lme nte re-presentada por la letra E.

El c a mp o e lc tric o no es a lgo fsi-c o, en el sentido q ue po da mo s ver-

lo, pero s una entidad fsica quede sc ribe un estad o a lred ed or de uncuerpo cargado.

Pa ra rep resenta r este esta d o u sa -mos entonces lneas imaginarias,denominadas lneas de campo. Elc onjunto d e e sta s lnea s ima gina riasalrededor de un cuerpo cargadorep resenta n su ca mp o elc tric o.

Por una convencin, las lneas seorienta n sa liendo d e los c uerpo s c a r-

gados positivamente y entrando enlos cuerpos cargados negativamen-te, como muestra la figura 13. En elprimer caso, tenemos la representa-c in del ca mpo de una ca rga posi-tiva (a); en el seg undo , el cam po deuna c arga ne ga tiva (b) y, en el ter-cero, el ca mpo provocad o p or doscargas de signos opuestos prximos,lo q ue se lla ma "d ipolo".

Vea que las lneas se diluyenc uand o e stn m s lejos de las ca r-

ga s, lo q ue indica el deb ilitam ientode l cam po.

Una ca rga elctrica (un elec trn,por e jemplo) coloc ad o en el ca m-po elctr ico de una carga cual-

quiera, queda sujeta a una fuerzaque est siempre orientada en elsentido de c oincidir o ser tang ente(toca r la lnea de fuerza de l cam poen el lugar considerado), figura 14.Las propiedades principales queposeen las lneas de fuerza son:

* Siempre salen de los cuerpos po-sitivos y llegan a los negativos.

* Nunca se cruzan.

* Est n m s concentradas donde

el campo es m s fuerte.

La intensidad del campo elctri-co en un determinado punto delespa cio, a una c ierta distanc ia dela c arga q ue lo produc e, puede sercalculada.

Este c lculo tiene gran imp ortan-cia en los estudios de electroestti-c a y en consec uencia pa ra la elec -trnica.

Teniend o c om o b a se la ilustrac inde la figura 15, la frmula que nospermite calcular la intensidad delcampo elctr ico en el punto P delespacio es:

1 QE =_____. ___

40 d2

Donde: E es la intensidad delcampo medida en N/C (Newtonspo r Coulomb)

1/ 40 es la c onstante que vale 9

x 109 N. m 2/ C 2

Q es la carga que provoca elca mpo en Coulomb

d es la distancia de la carga alp unto P.

Com o vimos, una c arga elc trica

co loca da en un punto del espa cio,sujeta a la a c cin de un ca mp o, esforzad a a m overse.

La fuerza q ue a pa rec e en e l c aso

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Fig. 12

Fig. 14

Fig. 13

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puede ser calculada por la expre-sin:

F = Q x E

donde: F es la fuerza en Newto ns,Q es el valor de la carga que es

colocada en el punto P en Cou-lomb s yd es la d ista nc ia en me tros ha sta la

ca rga q ue produce el ca mpo.

LA CORRIENTE ELECTRICA

Si tuviramos dos cuerpos carga-dos con cargas de signos opuestos,el ca mp o elc trico que existe en to r-no d e e llos es tal que proc urar m o-

ver las cargas de uno hacia el otroen el sentido de establecer su neu-tralidad.

Los elec trones tende r n a sa lir de lcuerpo cargado negat ivamente y

dirigirse al cuerpo cargado positiva-mente (figura 16).

Si hubiera un me dio c ond ucto r en-tre los dos cuerpos que permita elmovimiento de estas cargas, loselectrones podrn desplazarse concierto orden, pasand o d e un c uerpoha c ia e l otro. Los elec trones sa ltarnde tomo en tomo, as formarnun flujo d e c arga s.

Decimos que el movimiento o rde -nad o d e c argas elc trica s que o cu-rre en este caso se denomina "co-rriente el ctrica" (figura 17).

En el caso especfico que toma-mos de ejemplo, en que el conduc -tor es el met al, el mo vimiento real esde cargas negativas (electrones),pe ro p ued e ser de otro tipo de pa rt-culas, como por ejemplo, los iones,en los casos de los gases y solucio-nes.

Est c laro q ue slo los p roto ne s nopue de n mo verse e n realida , por es-tar presos en los ncleos de los to-mos.

Por otro lad o, los elec trone s que semueven de un cuerpo hacia otro,no lo hac en tod os instant nem ente.

Existe un lmite para la cantidad yla velocidad con que ocurre el pa-saje. La ca ntida d y la ve loc ida d sonestablecidas por la intensidad del

campo y, naturalmente, por la ca-pac idad que el conduc tor tenga dep ermitir que la s c arga s se mue va n. Siconsideramos un intervalo de tiem-po en que no hay alteracin per-ce ptible en la ca rga tota l de las es-feras, vemos que el f lujo de cargasen el conductor se mantiene cons-tante.

Pod em os entonc es hab lar de unaintensidad para este flujo, que va acorresponder a la intensidad de la

c orriente e lctric a (figura 18).La intensida d d e una c orriente c o-

rresponde entonces a la cantidadtotal de carga que pasa en cadasegund o p or un cond uctor.

Corriente electr nica

y corriente convencional

Ob serve un hec ho interesante : co -mo las nica s ca rga s que se p ued enmover, en realidad, son los electro-nes, las corrientes elctricas fluyendesde los cuerpos negativos hacialos cuerpos positivos (figura 20). Estacorriente se denomina corrienteelectrnica , pero no siem pre e s co n-

siderad a e n el estud io d e la elec tric i-da d. De hec ho, sab em os que los n-meros negativos son menores quelos positivos, lo que vuelve muy ex-trao dec ir que el agua f luye de unlugar de menos presin (negativo)hac ia uno d e m ayor p resin (p ositi-vo), cua ndo en realida d o curre tod olo contrario. Si las cargas que semueven fueran las positivas, las co-sa s p od ran ser exp lic a d a s d el mismomodo y no tendramos este proble-

ma .Pero, si no podemos ver los elec-

trone s o c arga s de ninguna espe cie,qu nos impide "imaginar" el fen-meno como si ocurriera en sentido"contrario"?

De hecho, cuando una ca rga ne-gativa sale de un cuerpo (electrn)y va a neu traliza r otra p ositiva en uncuerpo cargado de este modo, elefecto final es cero, lo mismo que si

considerramos una carga positivaque sale del que est cargado deeste m od o y va hac ia e l otro (figura21).

En verdad , el efec to d e c onside rarq ue los elec trones sa ltan ha c ia la es-fera d e la d erecha , co mo m uestra lafigura 22, co rrespo nde exac tam ente


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Fig. 18

Fig. 15

Fig. 16

Fig. 17

Fig. 19

Fig. 20

Fig. 21

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a la formac in d e "vac os" o "ag uje-ros" que se desplazan hacia la iz-quierda , que a su vez correspo nde n

justa me nte a l mo vimiento "c ontra rio"d e c a rga s p ositivas. Tod o esto signi-f ica que podemos perfectamenterepresenta r co rriente s elc tric as quesa len d e c uerpo s p ositivos (po los po -

sitivos) y van hacia cuerpos negati-vos, sin que esto est equivocado.En verda d, es com n ha c er este tipode represenacin. En este caso, de-cimos que estamos representandola c orriente c onvenc iona l y no la c o-rriente real o electrnica.

Velocidad de la corriente

Usted acciona el interruptor de laluz y zas!, la luz se enciende instan-tne am ente. Por m s largo que seael ca ble, no c onseg uir no ta r retrasoalguno entre los dos momentos: elaccionamiento del interruptor y elenc end ido de la lm pa ra son simul-tneos.

En verda d, lo que oc urre e s que elfenmeno d e la ac cin de la electri-

cidad es instantneo, mientras quela ve locid a d d e las c a rg as en s no loes.

Ana lice mo s el fenm eno : Cua ndousted acciona el interruptor el esta-blec imiento del campo elct r ico(acc in) en el cond uctor se p rop a-ga con una veloc idad muy grande,del orden de los 300.000 km por se-gundo... `o sea la velocidad de la luz!Esta a cc in hac e que prct icam en-te todos los electrones que tienenmovilidad pasen a saltar de tomoen tomo en la direccin que co-

rresponde a la circulacin de la co-rriente (figura 23). Pero la veloc id a dme dia d e los electrones en e ste m o-vimiento es muy peq uea c omp ara-da con la velocidad con que seestab lec e la c orriente.

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Fig. 22

Fig. 23

La Revolucin de los Medios Opticos

El surgimiento d el disco co mp ac tode audio digital, desencadenuna revolucin en los medios de

almacenamiento de informacin,considerada sta en sentido amplio(datos, texto, audio, imgenes, vi-deo), pues permiti grabar enormescantidades de datos en un disco deapenas doce centmetros de dime-tro. El CD musical y todos los formatos

que se derivaron de dicha tecnolo-ga, tienen una ba se fsica c omn: elregistro y lectura de informacin pormedios pticos. En este artculo, revi-sa remos los princ ipios en que se a po -ya esa tecnologa y haremos un re-cuento de los principales formatosque se ha n d erivad o d el CD music al.

MEDIOS DE SOPORTE DE INFORMACION

Los me d ios d e reg istro d e informa -cin, co nstituyeron una ba se fund a-mental en el desarrollo de las civili-zaciones, pues permitieron aumen-tar la memoria colectiva, remontar

las b a rrera s d el tiem p o y, po r c onse-cuencia, incrementar el bagaje in-telec tua l d e los p ueb los. La p rime raforma material que se supone seemple en la ant ige-dad, fue latableta de arcil la, en la cual segrababan incisiones que represen-ta b a n letras o nm eros (la esc rituracuneiforme de los antiguos babilo-nios); lueg o vino e l rollo o tira c onti-

nua d e p ap iro (el antece sor del pa-p el) usa d o p or los a ntiguo s eg ipc ios;m s tarde el c dice o c uad erno dep erga mino, q ue c on los sig los evo lu-cion hasta el concepto de hojasde papel agrupadas para formarun vo lumen (lib ro); y, finalmente , ennuestro siglo, el disc o d e a c eta to, lacinta ma gntica, el disco ma gnti-co y los discos pticos.

Esta amplia variedad de mediosde almacenamiento, ha implicado

una d iversida d d e rec ursos y disp osi-tivos para conservar la informacin:incisiones (bajorrelieve) en las tabli-llas babilnicas; tintas y plumas dea ve p ara la e sc ritura sob re p a piros y

pe rga minos; la imp renta pa ra el es-tampado en papel ; los camposmagnticos para la grabacin encinta y discos; surcos grabados enla supe rfic ie d e d isco s de ac eta to yprotuberancias microscpicas so-bre la supe rficie d e un d isco de po -lic a rbona to, pa ra ser ledos me d ian-te un rayo lser.

El surgimiento de los medios pti-

cos, constituy una transformacinrotunda de los mtod os de almac e-namiento de informacin, puespermiti grabar enormes cantida-des de datos en un disco de ape-nas doce centmetros de dimetro.El primer dispositivo ptico fue el vi-deodisco lser, aunque el medioque de senca de n la revolucin delos sistemas pticos fue el discocompacto de audio digi tal , capazde almacenar hasta 74 minutos de

a ud io; d e a h se d eriva ron m lti-plesformatos y variantes, siendo el msimp ortante el disco co mp ac to pa racomputadora o CD-ROM (Com- pact Disc-Read Only Memory), el

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cual permiti almacenar hasta 640meg ab ytes de informa cin.

La ventaja principal del CD-ROM,fue que pe rmiti a las c om pa as fa-bricantes de software, desarrollarprograma s de com putadora de unac lase llam ad a multimedia interacti-va , en la cual se combinan texto,img ene s, sonido , anima c io-nes y vi-

de o, brinda ndo ad em s al usuario laposibil idad de interactuar de formadinmica co n esa informa cin hete-rognea. Y es que el CD-ROM ofre-c i p or prime ra vez un sop orte lige roy barato para la grabacin digitalde enormes cantidades de datos,

justa me nte c om o las q ue req uiere lamultime dia interac tiva.

Tod os los form a tos p tico s q ue sederivaron del CD musical, as comolos desarrollos conceptuales y tec-

nolgicos que propici el CD-ROM,ma ntienen una b ase fsica c om n: elalmacenamiento y lectura de infor-ma cin po r me dios p tico s.

En este artculo, revisaremos losprinc ipios de grab ac in y lec tura d edatos por procedimientos pticos yharemos un recuento de los princi-pa les formato s que se ha n d erivad od el CD musica l.

El surgimiento de latecnolog a ptica

A finales de la d ca da de los 70, lac om p a a Philip s ha b a d esa rrollad oun mtod o pa ra g rab ar informa cinen surcos microscpicos y recu-perarla mediante un rayo lser. Laaplicacin que los ingenieros de es-ta compaa le dieron a tan nove-doso sistema fue en el disco lserde video, cuyo lanzam iento al me r-cado se dio en 1980, con la inten-

cin de ofrecer una alternativa via-ble a los formato s de vide oc inta Be-ta y VHS, que por entonces inaugu-raban una era en el terreno del vi-de o do mstico .

Sin embargo, tal vez por tratarseen ese t iempo de una tecnologamuy ava nzad a pa ra las co ndicionesde la industria en e l mundo , o p or re-sultar muy co stosa c on relac in a la svideocintas, Philips no obtuvo el xi-to esperado con el videodisco enesos aos.

Mas este gran avance sent lasba ses de l disc o c om pa cto digital. Alrespecto, conviene precisar que enel vid eo d isc o lser la informa c in nose graba digitalmente, sino de ma-nera a nalgica .

Por otra parte, hacia fines de los70, las tcnicas digitales haban al-canzado un grado de madurac inque los haca susceptibles de apli-carse en electrnica de consumo,

en buena medida est imuladas porlos ava nc es en la prod ucc in d e c ir-cuitos de gran escala de integra-cin.

Este p ano ram a, a unad o a las ven-tajas de las tcnicas digitales sobrela s a na lg ica s, llev a Philips a c on-side rar el desa rrollo d e un d isc o lserpara grabacin de audio basadoen proc ed imientos numric os.

El inco nveniente funda me ntal queenfrentaba Philips para desarrollar

un medio de almacenamiento conestas caractersticas, era el procesode co nversin d e la sea l ana lg icaen un formato digital y su posteriorreconversin a la expre-sin anlo-ga. Por entonces ya existan desa-rrollos comerciales de circuitos con-vertido res de an log o a digital (A/D)y de digital a anlogo (D/A), perocomo Philips haba dedicado mu-cho tiempo a la investigacin y de-

sarrollo de la tecnologa para el al-macenamiento y recuperacin dedatos en formato ptico, no dispo-na de un desarrollo propio para laco nversin A/ D/A d e sea les de au-dio.

Conscientes de que desarrollar unmtodo propio para resolver estcue stin t cnica po dra toma rles va-rios aos, los directivos de Philips de-cidieron establecer alianzas estrat-gicas con otras compaas que ya

disponan de esa tecnologa. Con-cretamente, llega ron a un ac uerdoco n la firma jap one sa Sony, pa ra ellanzamiento c om n de l nuevo d isc ocomp ac to de audio digital.

Los ing enieros d e Sony h a b an d e-sa rrolla d o a fines de los 70 un proc e-dimiento muy efect ivo para la gra-ba cin de a udio a nlogo en formadigital a travs de una codificacinPCM (Pulse Code Modulation). Inclu-sive, algunos de sus mo-delos de vi-deograbadoras Beta, l legaron a in-

cluir circuitos que permitan la adi-cin de un md ulo espec ial para elmanejo del audio estreo Hi-Fi digi-tal. Finalmente, de la unin de tec-nologas de estas dos grandes em-presas mundiales, surgi en 1982 eldisco compacto de audio digital .Rpidamente, este novedoso siste-ma atrajo la a tenc in d e otros fab ri-c ante s de eq uipo s, pues el CD ofre-c i ind ud ab les venta jas sob re los tra-

dic ionales medios de almacena-miento de audio: el disco negro deacetato y la cinta en casete.

Luz y protuberancias

En un disco de ac eta to la informa-cin se graba mediante pequeossurcos en form a d e esp ira l; es en lasparedes de dicho surco donde segraba el audio analgico que pos-teriormente es recuperado por unaag uja de zaf iro o de diama nte (f igu-

ra 1). La aguja, al recorrer el surco,vibra seg n las ond ulac iones grab a-das en las paredes del mismo ytransmite la informacin de audioanalgico hacia una past i l la mag-ntica, donde se obtiene la sealelctrica respectiva, misma que esfiltrad a y am plif ic ad a pa ra su p oste-rior salida por los altavoces.

Cul es el principio de almace-

namiento y lectura de informacinen los sistemas pticos? En este ca-so, no existe a gu ja ni co nta c to fsicoentre el me dio rec upe rad or y el me-dio de a lmac enamiento, como tam-poco existe un surco con pare-desgrabadas.

En los discos pticos, para alma-cenar los datos, se utiliza un t rackopista de informac in c onstituida po rminsculas elevaciones de longitudva riab le, a la s c ua les se les llam a pits

(en ingls p itsignifica huec o, p ero seemplea este trmino porque en eld isc o m atriz, que e s co mo el nega ti-vo d el CD, la informa c in va c od ifi-cada en microscpicos huecos o


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Fig. 1

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depresiones). El pit es la clula ounidad bsica de informacin enlos discos pticos digitales. Las di-me nsiones d e e stos pitsson sorp ren-den-tes: tienen un ancho de slo0,5 micras (una micra = una milsi-ma de milmetro); su altura es detan slo 0,11 micras, y su longitudpuede variar desde 0,83 hasta 3,5micras (figura 2). A su vez, la sepa-racin entre tracks ad yacentes esd e t a n slo 1,6 micras.

Esta s d imensione s p rob a b leme n-te no teng an pa ra usted un signif i-c ad o e n p rime ra instanc ia; sin em -bargo, para brindarle una pers-pe ct iva m s ap rop iad a, en la f igu-ra 3 se muestra una comparacinde los tracksde un CD music al co n

un surco de un disco de ac etato yco n el grueso d e un c ab ello huma -no .

Tecnolog a digital

La tecnologa digital t iene nota-bles ventajas en comparacin conlos medios de almacenamiento deaudio y video analgicos, como eldisco de a ce tato y la c inta de videomagnt ica.

Con las tcnica s ana lg ica s, cua l-quier imperfeccin durante las eta-pas de registro, almacenamiento oreproduc cin de la graba cin afec-ta la cal idad de la seal de audioy/o vide o.

Por ejemp lo, un disc o suc io provo -ca ruido .

Estas imperfecciones no ocurrenen e l alma ce namiento d igital , don-de grac ias a la na turaleza b inaria delos datos almacenados, cualquier

fuente de ruido externo se eliminarpida y eficientemente, permitien-do la recuperacin de una sealque es virtualmente id ntic a a la ori-ginal.

De anal gico a digital

En la tecnologa deldisco pt ico, excep-tuando la informacinde video de los discoslser, la s se a les a na lg i-cas son convertidas enseales digitales. Duran-

te este proceso, la sealanalgica de a udio y /ovideo es dividida en va-rias partes y convertida

en una serie de valores llamadamuestreo . En c ad a mue streo se e x-

plora una forma d e onda que repre-senta una seal de a udio o d e video,y esta e xplorac in se l leva a ca bo enintervalos igua les. La fuerza y la p ola -ridad de la seal analgica originalen e stos intervalos, pueden e xpresa r-se con nmeros decimales (1, 2, 3,etc .); as, tanto la m ag nitud c om o lapolaridad de dicha seal ( + - )qued an indica da s de p unto a p unto.Vea la figura 4.

La frecuencia y el nmero de bitsco n que se mide la m ag nitud d e laseal en una forma de onda , deter-minan la exactitud del registro de laforma de onda original; por consi-guiente, el nmero de bits de be ser

tal que estos pasos deben ser muype q ueo s; y por lo q ue se refiere a lafrec uenc ia, sta d eb e ser lo sufic ien-temente elevada para garantizar lacorrecta ca ptura de todo el anchode b and a d e la sea l original. Unc onve rsor A/ D transforma los va loresdecimales en una notacin binaria:bits. Los bits slo consisten en 1(unos) y 0 (ceros), y mediante lacombinacin de stos se pueden

expresar los nmeros de-cimales en forma de no-tac in b inaria.

Estos son ejemplos de no-

tacin binaria en tres bits:

Decimal Binaria1 0012 010

La seal analgica seconvierte entonces en

una seal digital queahora consiste en unaserie de pulsos: pulsospara los 1 (unos) y au-senc ia d e p ulsos p a ra los

0 (c eros). Esto s p ulsos en serie se g ra-ba n en la supe rficie d el disco ma es-tro en forma de pits de tam ao mi-croscpico; y esto se hace con unrayo lser m uy fino.

En la mayora de las grabaciones,cada valor analgico muestreado(44,100 por segundo) es convertido

en una lnea d e 16 bits en ve z d e lostres que se acaban de ejemplif icar;de esta manera, se obtiene un totald e m s d e 1 milln de b its p or seg un-d o. Un nm ero d e 16 bits d e 1 (unos)y 0 (ceros) puede expresar un mxi-mo de 65.536 diferentes valores; osea, que dos posibles valores paraca da bi t = 216 = 65.536 p osib ilida d es.

OTROS SISTEMAS OPTICOS

Como ya menc ionam os principio,esta te c nologa ta n po de rosa no s-lo se a p rove c ha en los d isc os d ig ita -les de audio, sino que tambin seaplica en otros formatos. A conti-nuac in se d esc ribe n a lguno s de losformatos derivados del disco com-pa cto d e aud io digital.

El disco l ser de video

Si bien el disco lser de video esanterior al disco compacto de au-dio, ya q ue fue p resenta do po r Phi-lips en 1980, dos aos antes que elprimer CD de audio llegara al mer-ca do, como tuvo una acog ida m uypobre por parte de la industria,prct icamente fue archivado entrelos mltiples formatos que compitie-ron por la supremaca en el mundode l vide o c asero.

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El CD-ROM

Ya me nc iona mo s qu e los CD-ROMson fsica me nte id ntic os y de la mis-ma tecnologa que un disco com-pacto de audio digital. Justamentepor esas propiedades, es un medioque puede almacenar hasta 640megabytes de informacin, una

cantidad extraordinaria en un redu-c ido espacio, comparada con undisco duro prome dio.

Precisamente por esa capacidadde almacenamiento, los CD-ROMsse utilizan sobre todo en aplicacio-nes de multimedia interactiva, don-de los grficos y el audio consumengrandes cant idades de espacio;aunq ue c ad a vez se les emp lea co nmayor frecuencia en la distribucinde programas diversos, libreras deprog ram as, etc .

El CD-I

El Disco Compacto Interact ivo(CD-I) fue un desarrollo de Philipsque trat de competir con el CD-ROM, ya que su utilidad era prcti-camente la misma; esto es, en unCD-I tambin podan grabarse tex-tos, imgenes, animaciones, soni-dos, etc. Su ventaja inicial era que

pa ra a provec har un CD-ROM se ne -cesitaba una computadora perso-nal p od erosa, m ientras que pa ra uti-lizar los CD-I tan slo se requera unap arato lector que se c onectab a a ltelevisor.

Disco compacto para fotograf a

(Photo-CD)

Este es un desarrollo que hizo Ko-dak a finales de los 80, como una

op cin para almac enar un gran n-me ro d e foto grafas en un CD idnti-c o a l de aud io en d ime nsiones y tec-nologa, pero cuyo formato internoestaba especialmente dedicado alma nejo d e imge nes.

Durante algn tiempo se vendie-ron lecto res esp ec ia les d e Photo-CD

para conectarlos al televi-sor, utilizando el disco co-mo lbum de fotos ; sinemb argo, en la a ctual ida dprct icamente toda estatec nologa se ha de splaza-do al mundo de las com-putadoras personales.

Los medios magneto- pticos

Una situac in espe c ial la tene mo sen un desarrollo relativamente re-ciente, el cual permite la utilizacinde tecnologa pt ica combinadaco n fenm enos mag nticos: los me -dios de almacenamiento magneto-pticos para grabar y leer informa-cin digital.

Empleando un rayo lser que ca-lienta la superficie de un materialmetlico al t iempo que se le aplicaun campo magntico, se puede al-macenar informacin digital, con laventaja de que la densidad de al-macenaje es extraordinariamenteelevada; por ejemplo, en un discode 3,5 pulgadas, se pueden grabardesde 100 hasta varios cientos demegabytes.

Muchas compaas estn compi-tiend o p ara c onseg uir que su forma-

to d e d isc os ma gne to-ptico s sea elreemplazo de los tradicionales dis-q ue tes d e 1,44MB; el m s usua l, aun-que ya e n vas de la ob solesce nciatc nica . Ejem plos de disco s ma gne -to-pticos son el MiniDisc de Sony,las unida de s IOm eg a, etc .

El DVD

El p rximo p a so e n la e voluc in d elos me dios de alma c ena miento p ti-

cos es, sin duda alguna, el DVD, si-g las de Disc o Vers til Dig ita l. Este d is-co se fab rica c on la misma tec nolo-ga d e un CD de aud io norma l, perolleva do un pa so a de lante : grac ias ala utilizacin de nuevas tecnologasde fabricacin de diodos lser y alempleo de frecuencias de opera-

cin ms elevadas, es posible redu-

cir aun ms el tamao de los pitsyde l espa c io e ntre p istas de informa-c in; esto p ermite una ma yor densi-da d de informa cin y, po r lo ta nto,un incremento significativo en lacant idad de datos que se puedengrab ar en un solo disco de 12 cm , dehecho, las dimensiones fsicas exter-nas de ambos formatos son las mis-mas.

Un DVD pued e c ontene r hasta 4,7gigabytes, y gracias al desarrollo denoved osos m tod os de escritura po rcapas, esta capacidad puede au-mentar hasta casi 18 gigabytes deinformacin en un solo disco de 12c m.

Esa enorme capacidad de alma-cenamiento podra parecer exage-rad a p ara el usuario de co mp utado -ras; sin embargo, resulta ideal parala d istrib uc in d e pe lc ulas d igitaliza -das, por lo que se calcula que en

pocos aos el DVD se convertir enel medio d e venta de pelculas m spopular, por encima de las cintasVHS, ofreciendo adems la ventajade una c al ida d d e ima gen y sonidosup eriores a la s d e las c intas ana lg i-cas.

Sin duda, los medios pticosconstituyen una alternativa impor-tante en el futuro inmediato, parael reg istro d e c a ntid ad es extra ordi-

narias de informacin. No obstan-te, los medios magnticos tambinse enc uentran en g ran efervesc en-cia; incluso, la vertiente donde sec om binan las tec nologas p tic a ymagnt ica resul ta cada vez msa tra c tiva p ara los usua rios d e c om -putadoras. *****************


Es una publ icacin de Edi tor ia l Quark, compuesta de 24 fascculos ,prepa rad a por el Ing. Horacio D. Vallejo, conta nd o con la colab oracinde docentes y escritores des taca dos en el m bito de la electrnica inter-

na ciona l. Los tem as de es te cap tulo fu eron escritos por Hora cio Vallejo,Felipe Or ozco y Leopoldo Par ra .

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