Curso de Electronica, Con Practicas

Estructura Atmica

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 elemento qumico.

Para aclarar el tema, digamos quetodos los cuerpos estn formadospor elementos qumicos (el agua,por ejemplo, est formada por loselementos qumicos hidrgeno y ox-geno), y que un tomo es la partems pequea a la que puede ser re-ducido un elemento qumico.

Constitucin del tomo: protones, electrones y neutrones

Si se pudiera dividir el tomode un elemento, tendramos pe-quesimas partculas que son lasque dan a los tomos sus particu-lares caractersticas. Debemos sa-ber que un tomo de un elementose diferencia de un tomo de otroelemento en el nmero de ciertaspartculas subatmicas que tienecada uno de ellos, y stos son loselectrones. En el centro del tomoest el ncleo, que tiene dos cla-ses de partculas: los protones ylos neutrones; alrededor del n-cleo giran los electrones en rbi-

tas electrnicas, as como ocurrecon los planetas que giran en tor-no al sol.

Una caracterstica importantsi-ma de los protones y neutrones esque tienen carga elctrica, valedecir: tienen una energa intrnse-ca y natural, puesta de manifiestopor las fuerzas que pueden ejercersobre otras partculas del mismotipo y que originan fenmenos deatraccin y repulsin entre part-culas cargadas elctricamente. Seha constatado que dos electroneso dos protones se repelen entres; es indudable que las dos part-culas tienen cargas elctricas dedistinto signo: se las denomincarga elctrica positiva (+) al pro-

LECCION 1

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TEORIA: LECCION N 1

Qu es la Electricidad yqu la Electrnica?

Con esta leccin damos comienzo a este Curso de Electrnica(parte terica) a distancia, con atencin personalizada, que per-sigue formar al estudiante en los conceptos bsicos y medios deesta disciplina, con el objeto de que pueda graduarse como Tc-nico Reparador de Equipos Electrnicos. A continuacin damosalgunos conceptos fundamentales que es preciso conocer paraencarar el estudio con mayor simplicidad.

tn y, al electrn, carga elc-trica negativa (-). Sin embargo,los neutrones del ncleo sonpartculas que tienen igualcantidad de carga positiva quede negativa; por lo tanto, tie-ne un efecto neutro por laanulacin mutua entre losdos, el neutrn no ejerce fuer-za elctrica sobre un electrno protn y tiene la funcin deseparar los protones que estnen el ncleo. Un tomo eselctricamente neutro y esoquiere decir que la cantidadde electrones es igual al n-mero de protones; ese nmero deelectrones se denomina "NUMEROATOMICO". Los neutrones tienenintervencin en la masa atmica,que est prcticamente en el n-cleo; el resto es espacio vacodonde los electrones giran a gran-des velocidades (figura 1).

Iones positivos y negativos

Cuando por cualquier circuns-tancia un tomo gana o pierdeelectrones, se dice que dicho to-mo se ha ionizado.

Se denomina ION POSITIVOcuando el tomo tiene ms proto-nes que electrones e ION NEGA-TIVO cuando tiene ms electronesque protones. Como cargas dedistinto signo se atraen, cuandoestn cerca iones negativos y posi-tivos, stos se unen, pero tambinpuede ocurrir que solamente sedesprendan los electrones que tie-ne de ms el in negativo y se di-rijan hacia el in positivo paraneutralizar su carga.

Cuando esto ocurre, se diceque el paso de los electrones "neu-tralizadores de carga" constituyenuna CORRIENTE ELECTRICA.

Conductores, semiconductores y aislantes

Existen materiales que permi-ten el paso de los electrones conmayor facilidad que otros. Se de-nomina conductor de la corrienteelctrica a todo aquel material queofrece muy poca resistencia al pa-so de los electrones (cobre, plata,oro, platino, etc.) Un aislante dela corriente elctrica es todo aquelmaterial que ofrece una elevadaresistencia al paso de los electro-nes. Existen otros materiales que,segn como se los trate, se com-portan como conductores o comoaislantes. Dicho de otra manera,son materiales sobre los cuales sepuede "regular" el paso de la co-rriente elctrica; a dichos materia-les se los denomina SEMICON-DUCTORES.

Flujo de electrones

Se denomina corriente elctri-ca al paso de los electronespor un conductor de la co-rriente elctrica (o semicon-ductor). Su unidad es el am-pere (A) y "mide" la cantidadde electrones que atraviesana un elemento en una unidadde tiempo.Para que pueda establecerseuna corriente elctrica tieneque existir algo que impulsea los electrones a circular deun lado a otro.

Diferencia de potencial, tensin, fuerza electromotriz

Como hemos dicho, para quese establezca una corriente elctri-ca debe existir algo que impulse alos electrones para que se mue-van. Por ejemplo, colocando ionesnegativos de un lado de un con-ductor e iones negativos del otro,se establecer una corriente elc-trica que ser ms grande cuantomayor sea la "diferencia de car-gas entre los iones".

Se dice que para que exista unflujo de electrones debemos apli-car "energa al conductor".Cuando la energa proviene deuna fuerza del tipo elctrico, se ladenomina "fuerza electromo-triz" porque permite el desplaza-miento de electrones al despren-derse de los tomos.

Esa fuerza electromotriz puedeoriginarla una batera. Ejemplo: elacumulador de un auto, una pilao un generador para alimentar

QU E E S L A EL E C T R I C I D A D Y Q U E L A EL E C T R O N I C A?

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una ciudad, como los queusan las compaas de electri-cidad. Estas fuentes de ener-ga tienen 2 terminales, o po-los negativo y positivo, y sedice que existe una tensinelctrica o diferencia de po-tencial, que produce la fuerzaelctrica ya mencionada.

Consideremos a una ten-sin o diferencia de potencialcomo un "desnivel" que debeexistir entre 2 puntos de unconductor para que se pro-duzca un movimiento de elec-trones y, entonces, una co-rriente elctrica (figura 2).

Algo parecido es lo que su-cede en un ro, para que ocurra undesplazamiento de agua: el terrenotiene que estar en desnivel; de unamisma forma, si hay una diferenciade potencial en electricidad, staes comparable a una diferencia depresin entre 2 extremos de unacaera que lleva agua o cualquierfluido, y es producida por unabomba. En la atmsfera, el vientoes similar a una corriente elctrica,que se produce por una diferenciade presin que existe entre unazona ciclnica y otra anticiclnica.La unidad denominada VOLT, seutiliza para medir la tensin elctri-ca; se abrevia "V". Una pila de car-bn genera entre bornes una ten-sin de 1,5V, un acumulador deauto genera una tensin de 12V yla que genera la compaa de elec-tricidad es de 220V, en Argentina.Muchas veces, en electrnica usa-remos tensiones ms pequeas queel VOLT, pero en electricidad in-dustrial es comn hablar de KI-LOVOLT (kV), que equivale a1000V.

1 volt = 1.000 milivolt1V = 1.000mV

1 volt = 1.000.000 microvolt1V =1.000.000V

1 volt = 0,001 kilovolt1V = 0,001kV

Corriente elctrica

Un flujo de electrones en mo-vimiento como causa de la apli-cacin de una fuerza elecromotrizo fuente de tensin a un conduc-tor elctrico es lo que llamamoscorriente elctrica. El flujo estformado por electrones libres que,antes de aplicarles la tensin, eranelectrones que estaban sujetos porla atraccin de los ncleos de lostomos que constituyen el con-ductor.

En sus trayectos, los electroneslibres chocan contra los iones po-sitivos del material y retroceden yvuelven a ser acelerados por lafuerza electromotriz. Los choques

son el motivo por el cual elconductor se calienta cuandolleva corriente elctrica, yaque cualquier choque entre 2cuerpos ocasiona un despren-dimiento de energa en formade calor.La corriente elctrica por unconductor se define como "elnmero de electrones libresque pasa una seccin cual-quiera del conductor en unmomento especfico". Loselectrones llevan una cargaelctrica medida en COU-LOMB y podemos decir quela corriente elctrica es la car-ga elctrica transportada por

esos electrones durante el interva-lo de tiempo considerado. Si lacarga elctrica es de 1Cb y eltiempo es de 1s, se obtendr unacorriente elctrica de 1A (inicialde AMPERE, por el fsico francsAMPERE), siendo la unidad de co-rriente elctrica. En electrnica,esta unidad de medicin resultagrande, por tal motivo se utilizanlos submltiplos del ampere.

1mA= 0,001A1A = 1000mA (miliampere)1A = 0,000001A1A = 1.000.000A (microampere)1A = 0,001mA1mA = 1000A

Resistencia elctrica

Definamos la resistencia elctri-ca de un conductor como unapropiedad del material que repre-senta la oposicin del mismo fren-te al paso de la corriente elctrica.La oposicin se origina como con-


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secuencia de los choques en-tre los electrones libres de lacorriente y los iones positivosdel metal. La causa de estoschoques es el calentamientodel conductor, el que, a suvez, lo transmite al medioambiente.

La resistencia se mide enOHM, llamado as por el fsi-co alemn que lo descubri.La resistencia elctrica delmaterial depender detres factores: la longitud,la seccin transversal y laresistividad del material.Veamos cmo es la fr-mula matemtica:

x lR = ______ (ver fig. 3)

S

La resistividad del ma-terial () es un nmero ysu valor nos muestra si esbueno, o no, pequeo ogrande; o sea, cmo es elmaterial como conductorde electricidad, y se mideen x m (fig. 4). Cabe aclararque, normalmente, la resistividadde un metal aumenta con la tem-peratura.

CONDUCTANCIA: sedenomina as a la inver-sa de la resistencia, sesimboliza con la letra Gy se mide en mho (alrevs de ohm) o en SIE-MENS.

1G= ______ =

RLa unidad es:

mho = SIEMENS

CLASIFICACION DE LOS RESISTORES: Veamos una definicin de los

resistores. Son componentes elec-trnicos fabricados especialmente

para que tengan ciertos valo-res de resistencia. En varioscasos, los valores en ohm delos resistores son muy altos,utilizando mltiplos del ohm,como, por ej., el kilo-ohm,igual a 1.000 ohm, que tieneuna abreviatura k, y el mega-ohm, igual a 1.000.000 ohm,que tiene una abreviatura M.Entonces:

1k = 10001M = 1000000 = = 1000k

Podemos agrupar a los re-sistores (figura 5) en:

1) Resistores de compo-sicin de carbn.2) Resistores de pelculametlica.3) Resistores de alam-bre.

1) Estos se fabrican mez-clando polvo de carbn yun aglomerante hasta darle

forma de barrita, para fijar los ter-minales. El conjunto se encapsulacon una resina fenlica o baqueli-ta para protegerlo de la humedad

y la temperatura, tieneun rango de valores deresistencia entre 1 y22M. En electrnica sonlos resistores ms usadospor su bajo costo (figura6).

2) Estos se fabrican depo-sitando una pelcula me-tlica, que est a alta tem-peratura, sobre un tubitode vidrio, al que se fijan


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los terminales y se losencapsula como dijimosanteriormente. Tienen unalto costo y se usan sola-mente cuando se necesitauna gran exactitud en elvalor de resistencia; ejem-plo: instrumentos electr-nicos (figura 7).

3) Se fabrican arro-llando un alambre hechode aleaciones de cromo,nquel, etc., sobre un ci-lindro de cermica. Elconjunto se recubrir debarniz, as se protege elalambre de la influenciade la humedad y tempe-ratura. Estos son grandesy se utilizan para la con-duccin de altas corrien-tes. El rango de valoresde resistencia est entre1 y 100k (figura 8).

CODIGO DE COLORES PARA RESISTORES

Por el cdigo de co-lores se lee el valor deresistencia, que est im-preso sobre el cuerpodel resistor. Cada colorrepresenta un dgito de-cimal: las 2 primerasbandas de colores, queestn ubicadas ms cer-canas de un extremo, re-presentan el valor en ;la 3 banda representa elnmero por el que hayque multiplicar el valor

anterior para obtener elvalor final de resistencia;la 4 banda representa latolerancia, cuyo valor seexplicar ms adelante(figura 9).La correspondencia entreun color y su valor semuestra en la tabla 1.La tolerancia de un resis-tor es un nmero expre-sado en porcentaje, querepresenta el margen su-perior o inferior quepuede tomar un valornominal (por el cdigode colores) del resistor.Ejemplificando, diremosque para resistores decarbn se tienen toleran-cias del 5%, 10% y 20%. Si el valor nominal es de100 y la tolerancia de10%, el valor real estarcomprendido entre 100 y90; finalmente, para unatolerancia de 20%, elvalor real ser entre 120y 80.LA TOLERANCIA NOSMUESTRA HASTACUANTO PUEDE ES-TAR EL VALOR PORENCIMA O POR DEBA-JO DEL COMPONENTE.Es un mtodo prcticodel fabricante para ase-gurar al usuario los lmi-tes mximos y mnimosdel valor de un resistor.Como el proceso de fa-bricacin no permite es-tablecer valores precisoscon anterioridad, en los


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resistores de composicin de car-bn la convencin es sta:

COLOR DE LA TOLERANCIA4 BANDA

DORADO 5 %PLATEADO 10 %SIN COLOR 20 %

La potencia de un resistor noviene impresa en el resistor, perose reconoce por su tamao. Esa

potencia tieneun significadode la mximacantidad de ca-lor que puededar el resistorpor el paso decorriente y, sista excede, sequemar por laalta temperaturaobtenida. Se mi-de en watt (W).Los resistores decarbn se fabri-can de 1/8W;1/4W; 1/2W; 1Wy 2W, y el tama-

o aumenta gradualmente con lapotencia. Para mayores potenciasse utilizan resistores de alambre;los de pelcula metlica puedendisipar hasta 1W. Los resistores decomposicin de carbn se fabri-can con valores nominales de re-sistencia ya normalizados y el n-mero depender del valor de latolerancia. Para una tolerancia del20%, las cifras significativas de losvalores nominales son: 10, 15, 22,33, 47, 68.

Las cifras significativas parauna tolerancia del 10% son: 10,12, 15, 18, 22, 27, 33, 39, 47, 56,68, 82. Para una tolerancia del 5%las cifras significativas de los valo-res nominales 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 figura 10 se danejemplos de valores de resistoresde composicin de carbn me-diante el cdigo de colores. Veaejemplos de valores de resistoresen la figura 10.

Digamos que a los resistores selos puede clasificar tambin envariables; stos estn representa-dos por los potencimetros y lospresets o preajustes (figura 11).

La constitucin de los poten-cimetros se debe a una pista cir-cular de carbn desplazndosepor un contacto mvil (cursor) so-lidario a un eje vertical. Los extre-mos de la pista de carbn y elcursor tienen una conexin a ter-minales, es decir, que la resisten-cia entre uno de los terminales yel cursor depende de la posicinde ste (figura 12).

En el primer caso, los poten-cimetros pueden ser lineales ologartmicos; la variacin de resis-tencia es proporcional al ngulogirado por el cursor, y en el 2 ca-so la variacin es logartmica, estohace que, al comienzo, la resisten-cia vare con rapidez con el ngu-lo de giro; despus la variacinser ms lenta y tendr un uso co-mn en el control de volumen deradios y TV. Llamamos presets alos resistores variables que seajustan una sola vez, hasta lograruna perfecta posicin, y que no


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Tabla 1

COLOR DIGITO MULTIPLICADOR

NEGRO 0 1MARRON 1 10ROJO 2 100NARANJA 3 1000AMARILLO 4 10000VERDE 5 100000AZUL 6 1000000VIOLETA 7 10000000GRIS 8BLANCO 9DORADO 0,1PLATEADO 0,01

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tienen posibilidad de ser va-riados por los usuarios. El ta-mao es reducido y tiene unajuste con un pequeo destor-nillador, que es aplicado auna ranura que tiene el con-tacto mvil.

Pilas y bateras

Los componentes bsicoscapaces de suministrar unatensin continua estable aun circuito electrnico sonlas pilas, con la capacidadde generar una tensinelctrica por medios qumi-cos.

La ms comn est for-mada por un electrolito(sal, cido o base disueltoen agua) y 2 electrodos.Veamos cmo se comportaun electrolito cualquiera,diluido en agua; ej. el clo-ruro de sodio (fig. 13).

La sal es elctricamente neutra,pero cuando se disuelve en elagua se disocia en los iones quela componen, es decir, en ionespositivos de sodio y en iones ne-gativos de cloro. Si sumergimos 2electrodos consistentes en 2 meta-les diferentes A y B, una determi-

nada cantidad de iones negativosser atrada por el electrodo A yotra porcin de iones positivos se-r atrada por el electrodo B; en-tonces, A se carga negativamentey B, positivamente (figura 14).

A la diferencia de carga elctri-ca que existe entre A y B, se la

denomina diferencia de po-tencial o tensin de la pila. Latensin V depender de losmateriales de los electrodos ydel electrolito. Por ejemplo, una pila de cinc-carbn tiene una tensin: V =1,5V.Si conectamos una lamparitaentre los electrodos, sta ilu-minar ya que se producir elpasaje de los electrones desde

A hasta B a travs de ella, yse cerrar el circuito pormedio de la solucin elec-troltica. Mientras este fen-meno sucede, uno de loselectrodos (B) se va consu-miendo, mientras que elotro se va engrosando porla deposicin de materialsobre su superficie. La reac-cin qumica continuarhasta que B se consuma ensu totalidad; en ese momen-to, la lamparita se apagarporque la corriente se detu-

vo (figura 15).En una pila seca, el electrolito

es una pasta hmeda (pilas comu-nes) mientras que se denominanhmedas cuando el electrolito esun lquido (acumulador de plomoutilizado en los autos).

La pila seca ms comn es lade cinc-carbny la desarrollLe Clanch(1869), tieneun bajo costoy es de usogeneral. Perotienen desven-tajas, como,por ejemplo,


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que su capacidad (o ener-ga de pila) depende de lavelocidad de descarga yde la temperatura (debajode la congelacin son ine-ficaces), trabaja mejor enun uso intermitente.

Otras formas de generar tensin

GENERACION POR TEMPE-RATURA: Si ponemos en contacto2 metales distintos, puede habertransferencia de electrones de unoal otro, porque algunos materialesliberan electrones con mayor faci-lidad que otros, mientras otros loaceptan. Hay materiales muy acti-vos que liberan electrones ancon la energa trmica de la tem-peratura ambiente (cobre y elcinc). Si unimos una varilla de co-bre con una de cinc, los electro-nes liberados de los tomos decobre pasarn al cinc; entonces, elcobre queda cargado positivamen-te y el cinc negativamente, laenerga a la temperatura ambientees muy pequea, se puede au-mentar la tensin generada si secalienta la unin de los metales;es a lo que denominamos TER-MOELECTRICIDAD y el dispositi-vo formado por la unin de los 2metales se denomina TERMOCU-PLA, la tensin que sta genera esproporcional a la temperatura dela unin de los metales, es decir,a mayor temperatura, mayor ten-sin. Una aplicacin prctica di-recta de la termocupla es la demedir temperaturas en lugaresinaccesibles para el hombre; ejem-plo: el interior de un horno.

GENERACION POR PRE-SION: Cuando ejercemos una pre-sin sobre determinados materia-les, la fuerza de la presin setransmite a los tomos del mate-rial, saca los electrones de sus r-bitas y los empuja en la direccinde la fuerza. Estos se acumulan enuno de los lados del material ydan origen a cargas elctricas enlos lados opuestos del mismo. Es-te fenmeno se denomina EFEC-TO PIEZOELECTRICO, y es msnotorio en determinados cristalesde cuarzo, llamados sales de Ro-chelle y en ciertos materiales cer-micos (titanato de bario). Paracomprender mejor el efecto pie-zoelctrico mencionemos a lascpsulas fonogrficas, micrfonos,encendedores.

GENERACION POR FRIC-CION: Se denomina, en la mayo-ra de los casos, electricidad estti-ca y se produce cuando se frotan2 materiales diferentes (seda y unavarilla de vidrio); por ejemplocuando la carga elctrica se acu-mula en nuestros zapatos cuandocaminamos sobre una alfombragruesa de lana, y luego tocamosun objeto metlico (lmpara de

pie): el exceso de electro-nes pasar desde nosotroshacia el objeto con acom-paamiento de chispas; es-to es un ejemplo de electri-cidad esttica.

GENERACION POR LUZ:Hay determinados materia-les, como el selenio, germa-nio, sodio, etc., que puedenllegar a liberar electrones

cuando incide sobre ellos la luz,como una forma de energa: el fe-nmeno lo conocemos comoEFECTO FOTOELECTRICO.

Las pilas fotovoltaicas o pilassolares utilizadas en los satlitesartificiales reciben energa del soly la transforman en tensin elc-trica, mantienen as el funciona-miento de diversos equipos elec-trnicos que tiene un satlite; enla actualidad se utiliza para la ca-lefaccin del hogar, y automviles,ste en forma experimental.

GENERACION POR MAGNE-TISMO: Cuando un conductorelctrico se mueve en el campomagntico creado por un imn,aparece una tensin elctrica en-tre los terminales de un conduc-tor, por la energa de magnetismoque transmite al conductor. Se uti-liza para liberar electrones, de talforma que en un extremo tiene unexceso de carga negativa por laacumulacin de electrones, y, enel otro, tiene un exceso de cargapositiva.

La tensin generada dependerdel conductor dentro del campomagntico y de la velocidad conque se moviliza el conductor den-tro del campo magntico. FIN


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Los conductores y los aislantes

El hecho de que algunos cuer-pos pueden retener la electricidady que otros permiten que se esca-pe, nos revela que en la naturale-za existen dos comportamientosde este "fluido" representado porlas cargas. De hecho, los dos gru-pos de cuerpos sern estudiadosen esta leccin. Veremos que enun caso se trata de los denomina-dos aislantes y, en el otro, de losconductores. Los dos tipos de ma-terial tienen igual importancia enla electricidad electrnica moder-nas y son utilizados en una infini-dad de aplicaciones. Conocer las

propiedades de estos materiales esmuy importante en el estudio dela electrnica.

La electricidad como fluido

Ya vimos en las lecciones ante-riores que podemos sacar concierta facilidad electrones de uncuerpo (de sus tomos) y llevarlosa otro que quedar con exceso deestas partculas.

El pasaje de electrones de uncuerpo a otro, cuando puede serestablecido, tiene mucha impor-tancia en nuestro estudio, pues eslo que puede llevar energa de unpunto a otro, as permiten la apli-

cacin prctica de la electricidad.En las lecciones siguientes hare-mos un estudio detallado de estepasaje.

Lo importante para nosotros essaber que las cargas elctricas,constiutidas por los electrones,pueden no slo saltar de un cuer-po a otro en forma de chispas,como vimos en el caso del rayo,sino tambin moverse a travs deciertos materiales, como en el ca-so del cable utilizado en el para-rrayos o de la cadena fijada al ca-min de combustibles (figura 1).

Mientras tanto, existen tambincuerpos en que la electricidadqueda "atrapada", como en el casodel peine frotado, en que los elec-

LECCION 2

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TEORIA: LECCION N 2

Conduccin de laCorriente Elctrica

Vimos en la leccin N 1 que la electricidad puede manifestarseen forma natural o artificial y que esto es debido a la ruptura delequilibrio elctrico de los tomos Sin embargo, los electrones li-berados por alguna causa fluyen en algunos materiales con ma-yor facilidad que en otros. En esta leccin veremos los conducto-res de la corriente elctrica, los aislantes y la relacin existenteentre campo elctrico y corriente elctrica.

trones ganados semantienen en laposicin en queson colocados, ola falta de electro-nes permaneceen el lugar dedonde fueron re-tirados (figura 2).

El movimientode electrones enun cuerpo es po-sible si tienenuna cierta libertaden el interior delmaterial que loconstituye. Luegoveremos de qumodo ocurre sto.

Para nosotros,entonces, es im-portante saberque existen tiposde materiales, enlos que las cargasno se puede mo-ver, que son de-nominados aislantes, y materialesen los que las cargas se muevencon facilidad, que son denomina-dos conductores.

Recuerde: Conductores son materiales

en los que las cargas elctricas sepueden mover con facilidad.

Aislantes son materiales enlos que las cargas no tienen movi-miento libre.

Sabemos que existen materia-les que pueden ser electrizados dediferentes formas (serie triboelc-trica), lo que revela que existentomos que tienen ms dificulta-

des en perder sus electrones queotros.

As, para los materiales en quelos elementos estn firmementeunidos a los tomos, existe muchadificultad para que ocurra un mo-vimento de cargas.

Si sacamos un electrn de unlugar, este lugar quedar libre,

pues aunque elcuerpo posee otroselectrones disponi-bles, sos no pue-den ocupar el lu-gar vaco. Del mis-mo modo, si agre-gamos un electrnal material, se que-dar en ese lugar,pues no tiene faci-lidad para moverse(figura 3).Por otro dado,existen materialesen los que loselectrones son li-bres y puedenmoverse con mu-cha facilidad en suinterior. Esto ocu-rre, por ejemplo,en los metales.Si cargamos uncuerpo metlicocon una ciertacantidad de car-

gas, agregando electrones libres,por ejemplo, estos electrones sepueden mover "saltando de to-mo en tomo hasta distribuirse demanera ms o menos uniforme(figura 4).

Si por otro lado, sacamos unacierta cantidad de electrones ape-nas de un punto de este cuerpo,

CO N D U C C I O N D E L A CO R R I E N T E EL E C T R I C A

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los electrones de las cercanas "co-rren" a llenar el vaco formado yforman "nuevos vacos" en otrospuntos con una distribucin tam-bin uniforme de las cargas positi-vas (vacos). Figura 5.

En este punto el lector debeprestar atencin a este hecho.Cuando hablamos de un cuerpocargado negativamente, las cargasque se mueven o que participandel proceso, los que se puedenmover, son electrones. Pero, cuan-do hablamos de un cuerpo carga-do positivamente, o sea, en queexiste una falta de electrones, enverdad nada existe que se puedamover! Podemos, sin embargo,para ayudarnos en nuestro razo-namiento, hablar de "falta de elec-trones" o lagunas (vacantes o va-cos) que se mueven.

As, mientras en un cuerpo car-gado negativamente los electronesse distribuyen en su superficie, enun cuerpo cargado positivamenteson las lagunas las que se distri-buyen en su superficie (figura 6).

Recuerde:Solamente los electrones pue-

den moverse. Cuando hablamosde cargas positivas, olvidamos quelos protones estn fijos y, razonan-do, decimos que las lagunas semueven.

Volviendo al problema de losmateriales conductores, vemosque la facilidad de movimiento,tanto de los electrones como delas lagunas, es total.

Los electrones pueden saltar detomo en tomo, mientras que laslagunas son llenadas por tomosadyacentes que saltan libremente


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y provocan su desplaza-miento (figura 7).

Entre los materialesconsiderados aislantes, enque los electrones tienengrandes dificultades paramoverse, tenemos: el vi-drio, el papel seco, elplstico, la mica, la por-celana, la cermica, etc.

Entre los materialesconsiderados conductorestenemos: los metales, elgrafito, etc.

Recuerde: Los conductores son

materiales en que los elec-trones tienen movimientolibre. Los conductores po-seen muchos electrones li-bres.

Tipos de conductores

Podemos clasificar los materia-les conductores en tres grupos:

a) SlidosLos materiales slidos que con-

ducen la electricidad, o sea, en losque las cargas se pueden mover,

son los metales (que son los me-jores conductores) y el grafito.

b) LquidosDeterminados lquidos tambin

permiten que las cargas elctricasse muevan. Estas cargas, en ver-dad, se mueven junto al propiotomo que puede "nadar", por as

decirlo, y desplazarse en elmedio lquido. Estos to-mos, que pueden tener fal-ta o exceso de electrones yque se desplazan en unmedio lquido, son deno-minados "iones" (expre-sin griega que traducidaes "caminante"). Los ionespositivos se llaman "catio-nes" y los negativos "anio-nes" (figura 8).El agua pura, formada ex-clusivamente por molcu-las del tipo H2O (agua

destilada) es un aislanteexcelente. Las cargas elctricas no semueven a travs de ella.Sin embargo, si disolvemosen esta agua una sustanciacomo la sal de cocina, queest forma da por tomosde cloro y sodio (NaCI),las partculas de sodio y

cloro se disocian en aniones decloro(CI-) y cationes de sodio(Na+), figura 9.

Con esto, los aniones y catio-nes existentes en solucin pue-den servir de "medio de trans-porte" para las cargas elctricas yel agua en estas condiciones se


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vuelve conductora. Haremos enel futuro experiencias para de-mostrar esto.

Muchas sustancias del tipo sal(cloruro de sodio, bicarbonato desodio, sulfato de cobre), del tipocido (cido sulfrico, cido clor-hdrico, etc.) o bien de tipo base(hidrxido de sodio, o sea sodacustica) cuando se disuelven enagua tambin se disocian y for-man as una solucin conductora.

Vea que, en el total, cuando di-solvemos sal en agua, separamospartculas positivas y negativas,pero en cantidades iguales, losque quiere decir que el agua quetenemos mantiene su neutralidad.

Recuerde: Sales, cidos o bases, cuan-

do son disueltos en agua, la vuel-ven conductora de la electricidad.

El agua pura es un excelen-te aislante.

c) GaseososLos gases, en condiciones nor-

males, o sea neutros, son excelen-tes aislantes y no permiten que lascargas elctricas se muevan confacilidad. Pero, si por medio deuna buena cantidad de energaconseguimos arrancar electronesde los gases, de modo que pasena quedar en un estado de electri-zamiento denominado "ioniza-cin", entonces se convierten enexcelentes conductores.

En los gases ionizados ocurrenfenmenos interesantes, como porejemplo, la emisin de luz, lo quees aprovechado para la fabrica-cin de las lmparas fluorescentes(figura 10).

El aire, que es aislante en con-diciones normales, se vuelve con-ductor por accin de una descargafuerte como la producida por elrayo, que entonces puede atrave-sarlo con facilidad.

Recuerde: Los gases ionizados son ex-

celentes conductores de electrici-dad.

Un poco de clculosHasta ahora dimos interesantes

explicaciones sobre cmo funcio-nan las cosas en lo que se refierea cargas elctricas y su movilidad.El nico valor numrico que vi-mos fue la llamada carga elemen-tal, que era:

e = 1,60 x 10-19 C

A partir de este valor y deotros que daremos a continuacin,vamos a "jugar" un poco con losclculos para aprender cosas inte-resantes sobre la electricidad:

Como vimos, cada tipo de sus-tancia simple (elemento) posee untomo con cantidades diferentesde partculas internas (protones y


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neutrones). As, en funcin de es-ta cantidad podemos saber exacta-mene cuntos tomos de una cier-ta sustancia existe en una cantidadcualquiera que tomamos de ella.

Verificamos entonces que, si di-vidimos esta cantidad de una sus-tancia por el "peso" relativo de laspartculas que forman el tomo,obtenemos un nmero constante.

De este modo 1 gramo de hi-drgeno tiene la misma cantidadde tomos que 16 gramos de ox-geno, que a su vez, tiene la mis-ma cantidad de tomos que 108gramos de plata y 197 gramos deoro (figura 11).

El nmero de partculas (to-mos) es enorme:

n = 6,02 x 1023

Esto significa 6 seguido de 23ceros! Todos esos tomos en ape-nas algunos gramos de material!

Suponiendo que en un metal,como el oro, cada tomo puedacontribuir con un electrn libre,en un trocito de, digamos, 1 gra-mo, tendremos nada ms y nadamenos que 1022 electrones dispo-nibles (10 seguido de 22 ceros,para los que no estn familiariza-dos con la anotacin exponen-cial). Estos electrones forman, enel interior del metal, una especiede "nube" que se est "agitando"constantemente. Verificamos quelos electrones pueden incluso veraumentada su cantidad con la ele-vacin de la temperatura, fenme-no de gran importancia en elec-trnica.

Qu ocurre si multiplicamos lacantidad de electrones libres que

tenemos en un trocito de metal porla carga de cada electrn?

Evidentemente, obtenemos lacarga total, en Coulombs, del pe-dacito de metal en cuestin.

Suponiendo que nuestro trocitode metal tenga 10 electrones yque la carga de cada uno sea e =1,60 x 10-19 C, tenemos:

Q = 1022 x 1,6 x 10-19

Q = 1,60 x 103CQ = 1.600 Coulomb

Ser mucho o poco, esto?, sepreguntar el estudiante.

A ttulo de curiosidad, si lalmpara de su cuarto est encen-dida en este momento consumeenerga a razn de apenas unacarga de 1/Coulomb por segundo.Una carga de 1.600 Coulomb, cier-tamente, quemara esta lmpara ysi los electrones no estuvieran"equilibrados" en el interior delmetal y pudieran revelar toda su"fuerza", bastara que usted tocaraun trocido de oro para morir ins-tantneamente fulminado!

En verdad, en la prctica, nopodemos manejar sino una partemuy pequa de los electrones queestn libres en el metal, para agre-gar o quitar algunos. De ningnmodo podemos contar con todosen los procesos elctricos.

La propia Tierra entera, que esun conductor, si se cargara no po-dra brindarnos una carga mayorque un simple Coulomb!

Campo elctrico y corriente elctrica

Qu hace que las cargas elc-tricas se muevan en un cuerpo?

qu estado especial existe en tor-no de un cuerpo cargado, paraque su influencia se haga sentir adistancia? Qu ocurre cuandouna gran cantidad de cargas elc-tricas se mueve en un materialconductor? Todo esto ser el temade esta leccin. Veremos de qumodo la "influencia" de las cargasen un cuerpo se "propaga" porel espacio y provoca el movimien-to de cargas incluso a la distanciay de qu modo un flujo de cargasforma una corriente, un movi-miento muy especial para las apli-caciones prcticas.

El campo elctrico

Un cuerpo cargado de electrici-dad, ya sea positiva o negativa, secomporta de manera muy espe-cial. Otros cuerpos tambin po-seedores de cargas elctricas, co-locados en las proximidades deaqullos, quedarn sujetos a la ac-cin de fuerzas.

Si las cargas de los cuerposprximos fueran de signos opues-tos, la fuerza ser de atraccin,mientras que si las cargas fuerandel mismo signo, la fuerza ser derepulsin, como ilustra la figura12.

Podemos decir que el espacioen torno de un cuerpo cargadoqueda lleno de algo invisible, algoque corresponde a la accin denaturaleza elctrica sobre los cuer-pos que tambin estn cargados.El espacio en torno de un cuerpocargado goza de propiedades es-peciales que pueden explicarsepor la presencia de una entidad


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llamada "campo elctri-co", normalmente repre-sentada por la letra E.

El campo elctrico noes algo fsico, en el senti-do que podamos verlo,pero s una entidad fsicaque describe un estadoalrededor de un cuerpocargado.

Para representar esteestado usamos entonceslneas imaginarias, deno-minadas lneas de cam-po. El conjunto de estaslneas imaginarias alrede-dor de un cuerpo carga-do representan su campoelctrico.

Por una convencin,las lneas son orientadasque salen de los cuerposcargados positivamente yentrando en los cuerposcargados negativamente,como muestra la figura13.

En el primer caso, te-nemos la representacindel campo de una cargapositiva (a); en el segun-do, el campo de una carga negati-va (b) y, en el tercero, el campoprovocado por dos cargas de sig-nos opuestos prximos, lo que sellama "dipolo".

Recuerde:Las lneas de fuerza de un

campo elctrico son lneas imagi-narias que salen de las cargas po-sitivas y llegan a las cargas nega-tivas.

Vea que las lneas se diluyencuando estn ms lejos de las car-

gas, lo que indica el de-bilitamiento del campo. Una carga elctrica (unelectrn, por ejemplo)colocado en el campoelctrico de una cargacualquiera, queda sujetaa una fuerza que estsiempre orientada en elsentido de coincidir oser tangente (tocar la l-nea de fuerza del campoen el lugar considerado),figura 14.Las propiedades princi-pales que poseen las l-neas de fuerza son:

* Siempre salen de loscuerpos positivos y llegana los negativos.* Nunca se cruzan.* Estn ms concentra-das donde el campo esms fuerte.

Un poco de clculo

La intensidad del campoelctrico en un determi-

nado punto del espacio, a unacierta distancia de la carga que loproduce, puede ser calculada. Es-te clculo tiene gran importanciaen los estudios de electroestticay en consecuencia para la electr-nica.

La frmula usada para realizareste clculo tiene cierta semejanzacon la Ley de Coulomb, como po-demos ver, lo que demuestra elmismo tipo de "accin" para losdos fenmenos.

Teniendo como base la ilustra-cin de la figura 15, la frmula


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que nos permite calcularla intensidad del campoelctrico en el punto P delespacio es:

1 QE = _____ . ___

40 d2

Donde: E es la intensi-dad del campo medida enN/C (Newtons por Cou-lomb)

1/40 es la constante

que vale 9 x 109 N. m2/C2

Q es la carga que pro-voca el campo en Cou-lomb

d es la distancia de la carga alpunto P

Como vimos, una carga elctri-ca colocada en un punto del es-pacio, sujeta a la accin de uncampo, es forzada a moverse. Lafuerza que aparece en el casopuede ser calculada por la expre-sin:

F = Q x E

donde: F es la fuerza en New-tons

Q es el valor de la carga quees colocada en el punto P en

Coulombsd es la distancia en metros has-

ta la carga que produce el campo.Un problema ejemplo de apli-

cacin es el siguiente:

La corriente elctrica

Si tuviramos dos cuerpos car-gados con cargas de signosopuestos, el campo elctrico queexiste en torno de ellos es tal queprocurar mover las cargas de unohacia el otro en el sentido de esta-blecer su neutralidad. Los electro-nes tendern a salir del cuerpo

cargado negativamente y di-rigirse al cuerpo cargadopositivamente (figura 16).Si hubiera un medio con-ductor entre los dos cuer-pos que permita el movi-miento de estas cargas, loselectrones podrn despla-zarse con cierto orden, pa-sando de un cuerpo haciael otro.Los electrones saltarn detomo en tomo, as forma-rn un flujo de cargas.Decimos que el movimien-to ordenado de cargas elc-tricas que ocurre en este

caso se denomina "corrienteelctrica" (figura 17).

RecuerdeCorriente elctrica es el movi-

miento ordenado de cargas elctri-cas.

En el caso especfico que to-mamos de ejemplo, en que elconductor es el metal, el movi-miento real es de cargas negativas(electrones), pero puede ser deotro tipo de partculas, como porejemplo, los iones, en los casosde los gases y soluciones. Estclaro que slo los protones no


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pueden moverse en reali-da, por estar presos en losncleos de los tomos.

Por otro lado, los elec-trones que se mueven deun cuerpo hacia otro, no lohacen todos instantnemen-te. Existe un lmite para lacantidad y la velocidad conque ocurre el pasaje.

La cantidad y la veloci-dad son establecidas por laintensidad del campo y,naturalmente, por la capa-cidad que el conductortenga de permitir que lascargas se muevan.

Si consideramos un in-tervalo de tiempo en queno hay alteracin percepti-ble en la carga total de lasesferas, vemos que el flujode cargas en el conductorse mantiene constante.

Podemos entonces ha-blar de una intensidad paraeste flujo, que va a corres-ponder a la intensidad dela corriente elctrica (figura 18).

La intensidad de una corrientecorresponde entonces a la canti-dad total de carga que pasa en ca-da segundo por un conductor.

Si en 1 segundo la carga quepasa por un determinado puntodel conductor equivale a 1 Cou-lomb, diremos que este conductorest siendo recorrido por una co-rriente de 1 ampere (1A), (figura19).

Recuerde: Una corriente de 1 ampere

(1A) equivale al pasaje de 1 Cou-lomb de cargas elctricas en cada

segundo, por un punto de un con-ductor.

Sera interesante calcular acuntos electrones correspondeeste pasaje:

Sabiendo que la carga elemen-tal vale 1,60 x 10-19, bastar veri-ficar cuntos electrones existen en1 Coulomb de carga:

n = Q/e

Donde: n es el nmero deelectrones

Q es la carga totale es la carga de un electrn

(carga elemental)

Tenemos: n = 1/1,6 x 10-19

n = 6,25 x 1018 electrones!

Piense, amigo estudiante,qu impresionante! Encada segundo, pasa por elfilamento de la lmparaque ilumina su sala, ms omenos la cantidad de 6, se-guida de 18 ceros de elec-trones (tomando comoejemplo una lmpara de100W).

Corriente electrnica y corriente convencional

Observe un hecho intere-sante: como las nicas car-gas que se pueden mover,en realidad, son los elec-trones, las corrientes elc-tricas fluyen desde loscuerpos negativos hacia

los cuerpos positivos (figura 20).Esta corriente se denomina co-

rriente electrnica, pero no siem-pre es considerada en el estudiode la electricidad.

De hecho, sabemos que losnmeros negativos son menoresque los positivos, lo que vuelvemuy extrao decir que el aguafluye de un lugar de menos pre-sin (negativo) hacia uno de ma-yor presin (positivo), cuando enrealidad ocurre todo lo contrario.

Si las cargas que se muevenfueran las positivas, las cosas po-dran ser explicadas del mismomodo y no tendramos este pro-


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2020

blema.Pero, si no podemos

ver los electrones o cargasde ninguna especie, qunos impide "imaginar" elfenmeno como si ocurrie-ra en sentido "contrario"?

De hecho, cuando unacarga negativa sale de uncuerpo (electrn) y va aneutralizar otra positiva enun cuerpo cargado de estemodo, el efecto final es ce-ro, lo mismo que si consi-derramos una carga posi-tiva que sale del que estcargado de este modo y vahacia el otro (figura 21).

En verdad, el efecto deconsiderar que los electro-nes saltan hacia la esferade la derecha, como mues-tra la figura 22, correspon-de exactamente a la formacin de"vacos" o "agujeros" que se des-plazan hacia la izquierda, que asu vez corresponden justamente almovimiento "contrario" de cargaspositivas.

Todo esto significa que pode-mos perfectamente representar co-rrientes elctricas que salen decuerpos positivos (polos positivos)y van hacia cuerpos negativos, sinque esto est equivocado. En ver-

dad, es comn hacer estetipo de represenacin. Eneste caso, decimos que es-tamos representando la co-rriente convencional y nola corriente real o electrni-ca.

Recuerde: Cuando hablamos de co-rriente o convencional nosreferimos al movimiento decargas positivas, que vandel polo positivo (cuerpo po-sitivo) al polo negativo(cuerpo negativo).

Velocidad de la corriente

Usted acciona el interruptorde la luz y zas!, la luz seenciende instantneamente.

Por ms largo que sea el cable,no conseguir notar retraso algu-no entre los dos momentos: el ac-cionamiento del interruptor y elencendido de la lmpara son si-multneos.


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En verdad, lo que ocurre esque el fenmeno de la accin dela electricidad es instantneo,mientras que la velocidad de lascargas en s no lo es.

Analicemos el fenmeno:Cuando usted acciona el inte-

rruptor el establecimiento delcampo elctrico (accin) en elconductor se propaga con una ve-locidad muy grande, del orden delos 300.000 km por segundo... osea la velocidad de la luz! Estaaccin hace que prcticamente to-dos los electrones que tienen mo-vilidad pasen a saltar de tomo entomo en la direccin que corres-ponde a la circulacin de la co-rriente (figura 23).

Pero la velocidad media de loselectrones en este movimiento esmuy pequea, del orden de ape-nas algunos centmetros por se-gundo y hasta menos!

Debemos entonces distinguir laaccin con que la corriente se es-tablece en el conductor, que esmuy rpida, de la velocidad de loselectrones que, en s, es muy pe-quea.

Recuerde:Los electrones se mueven con

una velocidad relativamente pe-quea en los conductores. La ac-cin elctrica, por otra parte, sepropaga con una velocidad enor-me: 300.000 km por segundo.

Los estudiantes ya habrn per-cibido la importancia de los mate-riales conductores en la electrici-dad, ya que pueden llevar la elec-tricidad de un punto a otro.

Aclaraciones

"Existen conductores y ais-lantes perfectos?"

En verdad, no existe aislantealguno que sea perfecto comotampoco existe conductor perfec-to. Incluso en los mejores aislan-tes, siempre existe la posibilidadde que hayan algunos electroneslibres que, pudiendo moverse,sean un medio de transporte paralas cargas. Del mismo modo, notodos los electrones de un con-ductor tienen total libertad de mo-vimiento. La facilidad con que lascargas se mueven en un materiales lo que determina hasta qupunto es un buen conductor.

As, entre los metales tenemosconductores mejores, como el oro,la plata y el cobre y conductorespeores, como el zinc, el aluminio,el hierro.

Podemos expresar el hecho deque un metal es mejor conductorque otro por una magnitud llama-da "conductividad" o bien por lamovilidad de los electrones. Al fi-nal de esta leccin damos una ta-bla de informacin.

"No entiendo bien cmo tra-bajar con potencias de 10. C-mo entender lo que significannmeros como 10-19 1022?"

Las potencias de 10 son usa-das cuando trabajamos con nme-ros muy grandes o muy peque-os. En lugar de tener que escribirmuchos ceros antes o despus deun nmero, indicamos en formade una potencia de 10 cuntosson estos ceros. Si quisiramos re-presentar el nmero 1.000.000 por

ejemplo, vemos que en realidad,significa 10 x 10 x 10 x 10 x 10 x10, o sea un 10 para cada ceroque el nmero tiene. Como son 6ceros o 6 veces 10 x 10, escribi-mos simplemente 106. En el casode un nmero como 2.500.000, elprocedimiento es el mismo. En es-te caso podemos escribir 2,5 x1.000.000 o simplemente 2,5 x 106.

Para los nmeros menores de1, se hace lo mismo. Para escribir0,000.001 (un millonsimo), tene-mos que vale 1/10 x 1/10 x 1/10x 1/10 x 1/10 x 1/10.

Escribimos entonces simple-mente 10-6 porque la fraccin 1/10es usada 6 veces. Vea que el ex-ponente negativo corresponde alnmero de casas o lugares haciala derecha que tenemos que co-rrer la coma para tener el nmeroentero 1.

Igualmente, un nmero como0,000.003 puede ser escrito como3 x 10-6.

"Por qu toda esta confu-sin de corriente electrnica ycorriente convencional, que cir-culan en sentidos opuestos?

En verdad, el gran problemasurge por haberse llegado en unprincipio a la convencin de quelos electrones son negativos. Nadanos indica que sean realmente"negativos". Sabemos que se com-portan de modo opuesto a losprotones y para diferenciar estecomportamiento, se lleg al acuer-do de decir que unos eran negati-vos y otros positivos. Desgraciada-mente, si as podemos decir, ha-bran tal vez menos dificultadespara la comprensin de los fen-


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menos elctricos, en mu-chos casos, si la eleccin,a la hora de "bautizar" es-tos nuevos conceptos, hu-biese sido hecha al revs.Pero esto no debe consti-tuirse en un problema pa-ra el estudiante. Imagine,al analizar un circuito enque la corriente sea laconvencional, que son las cargaspositivas las que se mueven y to-do estar resuelto, aunque en rea-lidad usted sepa que no es lo queocurre realmente.

"Por qu en la definicin decorriente elctrica debemos su-poner que las cargas de loscuerpos cargados, interconecta-dos, permanecen constantes?"

Esto es necesario, porque sicon el flujo de cargas de uno parael otro, fuese ocurriendo su neu-tralizacin y su consiguiente dis-minucin, la fuerza responsabledel flujo de electrones ira dismi-nuyendo. De este modo, la co-rriente no sera constante, sinoque ira decreciendo a medidaque la propia carga de los cuer-pos fuera disminuyendo.

Es un artificio que usamos parala explicacin, pero que se usarcuando queramos tener una co-rriente permanente.

Qu es un circuito elctrico?La aplicacin de cargas

elctricas con signo contrarioa los extremos de un conduc-tor no es suficiente para lo-grar una corriente elctricaconstante, pues solo se logra-

ra la circulacin, por un momen-to, de flujo de corriente elctrica,hasta que las cargas de los extre-mos se hayan neutralizado, tal co-mo se muestra en la figura 24.

Para que en un conductor hayacorriente elctrica, los electroneslibres debern moverse constante-mente en una misma direccin, loque se consigue por medio deuna fuente de energa para aplicarlas cargas de signo contrario a losextremos del conductor; las cargasnegativas sern atradas por lascargas positivas del otro extremo.Por cada electrn que d la fuenteal conductor por el lado negativo,existir otro en el lado positivo;entonces la corriente fluir de ma-nera constante mientras se man-tengan aplicadas al conductor lascargas elctricas de la fuente deenerga, llamndose, as, circuitocerrado o completo (figura 25).

Un claro ejemplo de fuentes deenerga elctrica son las bateras y

las pilas. Para que haya flu-jo constante de corriente, elcircuito deber estar cerra-do o completo. Ahora, siun circuito se interrumpeen cualquier punto, la co-rriente dejar de fluir y sedice que es un circuitoabierto; ste puede abrirsedeliberadamente por medio

de un interruptor, u ocurrir comoconsecuencia de fallas o desper-fectos en un cable o una resisten-cia quemada, por ejemplo. Por logeneral se usan fusibles comoproteccin del circuito contra ex-cesos de corrientes que puedanperjudicar la fuente de tensin.Sepamos que el fusible tiene lafuncin de abrir el circuito cuandola corriente excede el valor lmite,ya que en un circuito serie abiertono hay flujo de corriente, y nohay cada de tensin sobre las re-sistencias que forman la carga.

En el circuito de corriente con-tinua, la resistencia es lo nicoque se opone al paso de la co-rriente y determina su valor. Si elvalor de la resistencia fuera muypequeo, la corriente a travs delcircuito sera demasiado grande.Por lo tanto, el cortocircuito es lacondicin de resistencia muy bajaentre los terminales de una fuentede tensin. Se dice que un circui-

to est en corto cuando la re-sistencia es tan baja que elexceso de corriente puedeperjudicar los componentesdel circuito; los fusibles y lostipos de interruptores autom-ticos protegen a los circuitoscontra el peligro de los corto-circuitos. FIN


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2424

AL APLICAR CAR-GAS ELECTRICAS AUN CONDUCTOR,SE PRODUCE UNACORRIENTE ELEC-TRICA QUE DESA-PARECE CUANDOSE NEUTRALIZANDICHAS CARGAS

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I - CORRIENTELAMPARA(CARGA)

BATERIA(TENSION)

El efecto trmico de la corriente

Segn estudiamos, existen ma-teriales conductores y aislantes.Pero no existen ni conductoresperfectos ni aislantes perfectos. Enel caso del conductor, siempreexiste una pequea "dificultad"para el paso de la corriente elc-trica, de manera que para lograrlo,las cargas se ven obligadas a gas-tar una cierta cantidad de energa.

Se puede "medir" la energadisponible en el circuito por sutensin en relacin a una referen-cia.

Es as que si conectamos unconductor entre los polos de unapila, veremos que circula una co-rriente que est determinada porsus caractersticas.

El hecho es que para pasar poreste conductor, como muestra lafigura 1, habr que gastar energa,lo que significa que en cada pun-

to el potencial "cae" hasta alcanzarel mnimo cuando se ha completa-do el recorrido.

Adnde va la energa gastadaen este caso?

Un conductor como el indica-do convierte la energa elctricaen calor.

El "esfuerzo" de las cargas pa-ra pasar por el conductor provocala agitacin de sus tomos, lo quese traduce, en funcin del efecto,

LECCION 3

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TEORIA: LECCION N 3

Los efectos de la Corriente Elctrica

El desplazamiento de las cargas elctricas por un medio determina-do, o sea la circulacin de la corriente elctrica, puede ser respon-sable de diversos efectos. La energa comprendida en el movimientode las cargas puede sufrir transformaciones y emplearse para pro-ducir trabajo. Se dice que una fuerza realiza un trabajo cuandopuede usarse para alterar el estado de un cuerpo. Cuando eleva-mos un cuerpo de un nivel a otro, alterando as su estado (energapotencial), estamos realizando un trabajo; lo mismo sucede cuandocomprimimos un resorte o calentamos un cuerpo. Veremos tambinen esta leccin de qu modo los diversos efectos de la corriente elc-trica pueden usarse en aplicaciones prcticas, en la construccinde algunos dispositivos.

como calor.Un cuerpo con "poca agi-

tacin" de sus tomos est auna temperatura ms baja queel que tenga "mucha agita-cin".

La cantidad de "calor" ge-nerado en un conductor porel pasaje de corriente depen-de de dos factores: de la ten-sin existente entre los extre-mos y de la corriente circu-lante. (La corriente dependede un tercer factor que se es-tudiar ms adelante.)

Aplicaciones prcticas: Podemos aprovechar este

efecto trmico de la corrientepara construir diversos dispo-sitivos. Podemos citar los ca-lefones elctricos, que seusan en lugares donde no lle-ga el gas natural, las canillaselctricas y los calefactores deambientes.

En stos hay un cable denicromo (aleacin de nquel ycromo) que, al ser recorridopor la corriente, se calientabastante y produce el calorque nos rporporcionan esosaparatos (figura 2).

Se usa nicromo para dificultarel pasaje de la corriente, yaque facilita la produccin decalor y porque resiste tempe-raturas altas.

El efecto trmico de la co-rriente consiste en la trans-

formacin de energa elctri-ca en calor.

El efecto luminoso

Si se calienta un cuerpo atemperatura muy alta, puedeemitir luz visible. Si se calien-ta una barra de hierro, llegahasta el punto en que se po-ne "incandescente" y emiteluz rojiza. Si se calienta ms,la luz se vuelve blanca.Al aire libre resulta muy difcilcalentar un cuerpo a tempera-tura muy alta sin que resultedestruido. Lo que ocurre esque llega un punto en que eloxgeno de la atmsfera "ata-ca" el material y reacciona conl para producir nuevas sus-tancias. Decimos que el cuer-po "se quema".La combustin de un cuerpono es ms que la reaccin deloxgeno del aire con la mate-ria del cuerpo (figura 3).Si deseamos usar un trozo demetal calentado por una co-rriente, para producir luz, de-bemos evitar la accin del ox-geno ambiente.Thomas Alva Edison pensen eso al encerrar en un bul-bo de vidrio la primera lmpa-ra incandescente.

LO S EF E C TO S D E L A CO R R I E N T E EL E C T R I C A

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Edison quit todo el aire delbulbo para que no pudiera atacarel filamento de carbono que utili-z (figura 4).

Las lmparas modernas poseenun filamento de un metal que so-porta temperaturas muy elevadas,que es el tungsteno y tambin tie-ne la atmsfera del interior delbulbo sustituida por gases inertes,o sea gases que no atacan el me-tal.

Ahora no se hace ms el vaco,como haca Edison al quitar todoel aire, porque de esa manera setiene una presin exterior muygrande contra una presin muybaja (casi nula) interior. Cualquiergolpe o esfuerzo mecnico podaproducir la "explosin" de la lm-para (figura 5).

La lmpara incandescente, co-mo se la llama, "se quema" por di-versos motivos: uno de ellos es laentrada gradual de aire, que llevael oxgeno que ataca lentamenteel filametno hasta que se rompe.Otra causa es la evaporacin gra-dual del metal del filamento quese va "afinando" hasta que se par-te. Por lo tanto, una lmpara co-mn tiene una "vida til" limitada.

Se debe tener presente que: En la lmpara incandes-

cente, el pasaje de corrientepor el filamento lo calienta yproduce luz.

En el interior de la lm-para no puede haber oxgeno.

Pero no slo haciendo pasaruna corriente por un metal pode-mos producir luz.

Cuando estudiamos las mani-festaciones naturales de la electri-cidad, vimos que una de ellas erauna enerome fuente de luz. Nosreferimos al rayo. Una descargaelctrica muy intensa puede hacerque el aire se vuelva "luminoso"y hacer que emita luz.

Podemos obtener el mismo fe-nmeno en otros gases para loque basta que estn en ciertascondiciones de presin. Si colo-camos en un tubo gases como elargn, el xenn, etc. (gases no-bles), podemos tener los mismosefectos.

La aplicacin de una tensinelevada en el tubo hace que searranquen los electrones de lascapas ms externas de los tomosy cuando vuelven a su estado

normal, se emite luz. Decimosque los gases se ionizan y, condu-ciendo la corriente en ese proce-so, emiten luz (figura 6).

Es lo que ocurre con las lm-paras de nen y las lmparas fluo-rescentes (figura 7).

En las lmparas de nen seproduce luz anaranjada, caracters-tica del gas, mientras que en laslmparas fluorescentes, en reali-dad la luz emitida es "invisible",es decir: la mayor parte del espec-tro que no vemos, que es la ultra-violeta. Una fina capa de tinte es-pecial se pasa por la cara interiordel tubo para que la luz ultravio-leta incidente se convierta en luzvisible.


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La ionizacin de los gaseses acompaada por la emisin

de luz.

Un poco de fsica y de clculos

El grado de agitacin de laspartculas de un cuerpo nos dauna magnitud que se llamatemperatura. Cuanto ms agita-das estn las partculas de uncuerpo, mayor ser su tempera-tura.

Para medir la temperaturautilizamos los instrumentos de-nominados termmetros, de loscuales, el ms comn es el demercurio, mostrado en la figura8. Este se basa en la dilata-cin del metal (mercurio)que es lineal (o aproxima-damente) en la franja enque se usa.

La escala de temperaturaque usamos es la de gra-dos Celsius o centgrada,en la que se fijan dos pun-tos (fusin del hielo y ebu-llicin del agua) que co-rresponden a 0 y 100.

Pero para la fsica, sa

no es una escala ideal. Cero gra-dos no corresponde al punto enque cesa la agitacin de las part-culas de un cuerpo.

La temperatura a que eso ocu-rre corresponde a -273C. A esatemperatura no existe agitacin delas partculas del cuerpo. Es elfro "absoluto" pues no existe mo-vimiento ms lento de agitacinque la "detencin"!

Una escala mejor para la fsicasera aqullas que tuviera el cerogrados en ese punto.

Esa escala existe y es la de losgrados Kelvin (K). El 0K corres-ponde a -273C y el 0C corres-ponde a 273K. En la figura 9mostramos las dos escalas compa-radas.

Para convertir una temperaturaen grados centgrados a gradosKelvin basta sumar "273". Porejemplo, 100C corresponden a373K.

Para convertir grados Kelvin (oabsolutos) en centgrados (o Cel-sius) basta restar 273. Por ejem-plo, 300K corresponden a 27C.

Existen otras escalas importan-tes usadas para medir temperatu-ras y una de ellas es la de los gra-dos Farenheit (F). En esta escala,el punto de ebullicin del aguacorresponde a 212 y el de fusindel hielo a 32 (figura 10).

Para convertir una temperatura,de C en F se puede estableceruna frmula (1), tal como semuestra en la misma figura.

La temperatura es el gra-do de agitacin de las part-

culas de un cuerpo.

Puede preguntarse lo siguiente:Por qu las lmparas incan-

descentes suelen quemarse gene-ralmente cuando las encende-mos?Este es un hecho interesante,

que tal vez hayan notado mu-chos lectores. Usted ya sedio cuenta de que en lamayor parte de los casoslas lmparas se queman enel momeno exacto en queusted acciona el interruptorpara encenderlas. No es una simple casuali-dad. En ese momento el fi-lamento est fro y por con-siguiente contrado. Si estu-viera gastado o con cual-quier problema, en el mo-mento en que se establece


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la corriente el impacto es ma-yor y, por lo tanto, la proba-bilidad de que se rompa tam-bin es mayor.

Qu es lo que realmentese quema?

La combustin es lareaccin entre el oxgeno yotro elemento (o sustancia).El oxgeno "oxida" y este fe-nmeno puede acompaarsecon la produccin de luz ycalor, formando entonces unallama. Para que haya com-bustin es preciso un com-bustible (sustancia que sequema) y un comburente(oxgeno).

En una atmsfera en queno exista oxgeno, no puedehaber combustin.

Existe el cero absoluto de tem-peratura?.

Si la temperatura est dadapor la agitacin de las molculas de

un cuerpo, si no hubiera materia nohabra temperatura. Se puede decirentonces que en el espacio vaco,donde haya vaco absoluto, la tem-peratura ser el cero absoluto por-que no existe materia. Pero en los

laboratorios se han alcanzadotemperaturas prximas al ceroabsoluto. A esa temperaturatan baja ocurren cosas intere-santes en los materiales. Eloxgeno se convierte en slidoy los metales se hacen con-ductores perfectos que se lla-man "superconductores".En la tabla 1 tenemos elnombre y la composicin dealgunas aleaciones usadas enla fabricacin de elementosde calefaccin de aparatoselctricos y su temperaturamxima de operacin.En la tabla 2 damos los pun-tos de fusin de algunos me-tales.

El efecto qumico de la corriente

Estudiamos que determinadassustancias, cuando se disuelvenen agua, pueden originar cargascapaces de transportar electrici-dad. Esos conductores, denomina-dos soluciones inicas, como elagua y la sal, al conducir la co-


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Tabla 1

Constantan(58,8% Cu; 40% Ni; 1,2% Mn) ......................................................500C

Fechral(80% Fe: 14% Cr; 6% Al) ..............................................................900C

Plata alemana(65% Cu; 20% Zn; 15% ni) ....................................................150-200C

Manganina(85% Cu; 12% Mn; 3% Ni)Niquelina(54% Cu; 20% Zn; 26% Ni)....................................................150-200C

Nicromo(67% Ni; 15% Cr; 16% Fe; 1,5% Mn) 1.000C

Reostan(84% Cu; 12% mn; 4% Zn) ....................................................150-200C

Tabla 2

Aluminio.....................658,7CBronce ...........................900CHierro ............1.100 a 1.200CCobre ..........................1.083COro .............................1.063CPlomo ............................327CMercurio ......................-38,9CNquel .........................1.452CPlata ............................960,5CAcero .............1.300 a 1.400CEstao .........................231,9C

rriente elctrica mani-fiestan ciertos fenme-nos producidos.

Debemos entoncesdistinguir dos tipos defenmenos: los fsicosy los qumicos.

Se dice que ocurreun fenmeno fsicocuando no se altera lanaturaleza de la mate-ria que lo manifiesta.Cuando calentamos unpedazo de hierro tene-mos un fenmeno fsi-co, pues tanto fro co-mo caliente, el mate-rial es hierro.

En un fenmenoqumico se produce laalteracin de la natura-leza de la materia.Cuando algo se que-ma, por ejemplo, antestenemos madera ydespus tenemos ceni-zas y gases de natura-leza completamente diferente (fi-gura 11).

Qu tipo de alteracin puedeocurrir cuando una corrienteelctrica pasa por una solucinconductora?

Podemos tomar como ejemploel caso ms importante que es laelectrosis del agua.

Si agregamos al agua pura unpoco de cido sulfrico (H2SO2)

el agua se vuelve conductora (fi-gura 12).

Conectando dos cables a esasolucin de manera que median-te una batera podamos hacer cir-cular corriente, notaremos que

ocurre un fenmeno de naturalezaqumica.

En los extremos pelados de loscables aparecen burbujas de gas

que se desprenden.Podemos recoger lasburbujas en tubos in-vertidos como mues-tra la figura 13.Analizando los gasesrecogidos, veremosque en un tubo tene-mos hidrgeno (H2) y

en el otro, oxgeno(O2).

De dnde sale el gas?Por la proporcin delos gases que recoge-mos vemos que tene-mos doble volumende hidrgeno respec-to del volumen deoxgeno.

Qu sustancia tieneen su composicin elhidrgeno y el oxge-no en la proporcinde 2 a 1 que no sea elagua?

Lo que ocurre entonces, cuan-do pasa la corriente elctrica, es laseparacin de los elementos queforman el agua, o sea la descom-


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posicin del agua segn laecuacin qumica:

2H2O = 2H2 + O2

En la electrlisis del aguaocurre la separacin de suscomponentes. El cido sulfri-co permanece inalterado y sir-ve slo para movilizar las car-gas que forman la corriente.

Otro fenmeno en quese manifiesta el efecto qu-mico de la corriente es lagalvanoplastia.

En la figura 14 se mues-tra de qu modo una co-rriente elctrica puede usar-se para depositar una finapelcula de metal sobre uncuerpo unido al polo nega-tivo de una batera.

La solucin que se em-plee depende del material(metal) que se quiere depo-sitar, como por ejemplo elnquel (caso del niquelado)o el cromo (para el croma-do) o el oro (para el dora-do), etc.

El efecto fisiolgico

Podemos decir que nuestrocuerpo es una solucin conducto-ra. En l existe un medio acuosocon muchas sales minerales di-sueltas.

Por otra parte, nuestro sistemanervioso funciona sobre la basede corrientes elctricas que lleganal cerebro y partiendo de l, traeny llevan informaciones.

Las clulas nerviosas, cuyo as-pecto se muestra en la figura 15,son las que conducen los impul-sos nerviosos.

Los impulsos entran por termi-naciones denominadas dendritas ysalen por una terminacin llamadaaxn. Una verdadera red de clu-las de este tipo informa al cerebrosobre todo lo que pasa en nuestro

cuerpo. son nuestros sensoreselctricos. Podemos tomar un caso ima-ginario para describir el fun-cionamiento del sistema ner-vioso:Supongamos que, sin darsecuenta, usted apoya la manosobre un cigarrillo encendido(figura 16).El calor generado, que puedequemarle la piel, es detectado

por una terminacin nervio-sa que se encarga de trans-mitir al cerebro una sealde peligro. Esta seal pasapor una serie de nervioshasta llegar al cerebro quees la "central de procesa-miento" de las informacio-nes, as llega al departa-mento "competente" quedeber tomar la decisin so-bre la accin a seguir enese caso.Es evidente que la decisines la de retirar la mano deah. Los impulsos de retor-no ordenan contraer losmusculos que mueven elbrazo y la mano para reti-rarla del lugar y entonces serealiza la accin.En la prctica todo esotoma solamente 0,1 se-gundo.

Vemos entonces que corrienteselctricas llevan y traen las infor-maciones que hacen funcionarnuestro organismo.

Por supuesto que las corrientesque "vienen de afuera" pueden in-terferir fcilmente con el funciona-miento de nuestro organismo ycausar sensaciones desagradables,dolores y muerte.


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Es el caso del shock elc-trico. Cuando usted toca uncable, una corriente puedecircular a travs del cuerpo,en procura, normalmente,de llegar a tierra que se en-cuentra a un potencial msbajo (figura 17).

Diversos factores dete-rminan la intensidad de lacorriente como, por ejem-plo, el hecho de que la pielest hmeda o no.

Si la corriente fuera dbil,la sensacin es un hormi-gueo desagradable, que estimulael sistema nervioso. Si fuera muyfuerte puede producir dolor, que-maduras y lo que es peor: lamuerte.

Una corriente muy intensapuede paralizar el sistema

nervioso causando la muerte.

Un hecho importante quepuede suceder es la parli-sis de la persona en el mo-mento del shock. La perso-na no puede moverse y tie-ne la sensacin de estar"pegada" al cable y al apa-rato que produce el shock.Por otra parte, puede haberun fuerte estmulo que ac-tuando sobre los msculoshace que stos se contrai-gan o distiendan y arrojenlejos a la persona. El indivi-duo dir entonces que fue

rechazado violentamente por laelectricidad, cuando en realidadfue el estmulo que produjo la dis-tensin de sus msculos.

La intensidad de la corrienteque puede causar la muerte pue-de obtenerse con facilidad a partirde las tensiones disponibles en lared local de alimentacin y enmuchos aparatos electrnicos. De-be tenerse sumo cuidado cuandose manejan esas fuentes de ener-ga.

El efecto magntico

Un profesor dinamarqus de laescuela secundaria llamado HansChristian Oersted observ quecolocando una aguja imantadacerca de un cable conductor,cuando se estableca la corrienteen el conductor, la aguja se des-plazaba hasta tomar una posicinperpendicular al cable, como semuestra en la figura 18.

Como deben saber los lectores,las agujas imantadas procuranadoptar una posicin determina-da, segn el campo magntico te-


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rrestre, dando origen a labrjula (figura 19).

El movimiento de la agujaimantada slo revela que lascorrientes elctricas produ-cen campos magnticos ytambin facilita el estableci-miento exacto de la orienta-cin de este campo, o sea sumodo de accin.

Como en el caso de loscampos elctricos podemos re-presentar los campos magnti-cos por lneas de fuerza. En unimn, como se muestra en la fi-gura 20, esas lneas salen delpolo norte (N) y llegan al polosur (S).

Para la corriente elctricaque fluye en el conductor, veri-ficamos que las lneas de fuer-za lo rodean como muestra lafigura 21.

Representando con una fle-cha la corriente que fluye del po-sitivo hacia el negativo, tenemosuna regla que permite determinarcmo se manifiesta el campo.

Con la flecha que entra en lahoja (corriente entrante), las lneasson concntricas, con orientacinen el sentido horario (sentido delas agujas del reloj).

Para la corriente que sale, laslneas se orientan en el sentidoantihorario (figura 22).

El hecho importante esque, disponiendo de maneradeterminada conductores re-corridos por corrientes deformas determinadas, pode-mos obtener camps magn-ticos muy fuertes, tiles enla construccin de diversosdispositivos.

En la figura 23 mostramos al-gunos aparatos que funcionanaprovechando el efecto magnticode la corriente elctrica.

Debe tener en cuenta que:Una corriente elctrica siempre

genera un campo magntico.Esto es importante pues nos

indica que este fenmeno es elnico que se manifiesta siempre.

Basta que haya corriente,no importa dnde ni cmopara que exista un campomagntico asociado.

Clculos importantes

Es muy importante sabercmo suceden las cosas en

trminos elctricos pero mu-cho ms importante para elproyectista es saber calcular aqu intensidad de corrienteocurre el fenmeno.Para el efecto qumico de lacorriente existen dos leyes quenos permiten determinar lacantidad de sustancia liberadao depositada por una corrienteelctrica. Son las Leyes de Fa-raday para electrlisis y lagalvanoplasta.

Primera Ley de Faraday

Esta ley establece que la masade sustancia liberada en un elec-trodo durante una electrlisis, esproporcional a la cantidad de car-gas elctricas (Q) que pasan porel electrolito (que es la sustanciaconductora o sea la solucin for-

mada por el agua y unasustancia que se disocia eniones).

La frmula es:

m = K . Q (3)

Donde: m es la masa de sustancia


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liberada,Q es la cantidad de cargas

en Coulombs que pasa por la so-lucin,

K es el equivalente elec-troqumico de la sustancia que secalcula mediante la segunda Leyde Faraday.

La Segunda Ley de Faraday

La segunda ley establece queel equivalente electroqumico deuna sustancia (k) es proporcionalal equivalente qumico que es larelacin entre el peso atmico y lavalencia o A/Z.

La constante c que aparece enla frmula tiene siempre el mismovalor.

Esa constante est dada por la

relacin C = 1/F en la que F es lacantidad de carga que al pasarpor la solucin libera un equiva-lente de la sustancia deseada. Esacantidad F equivale a 96.500 Cou-lombs y se llama "Faraday".

As ya podemos escribir la fr-mula final para calcular la canti-dad m de sustancia liberada:

Q . Am = ___________

96.500 . Z

Donde: Q es la can-

tidad de cargas quepasa por la solu-cin,

A es el pesoatmico de la sus-tancia liberada,

Z es la valencia.Vamos a dar un ejemplode la aplicacin de estafrmula.

EjemploCul es la cantidad deoxgeno liberada en unaelectrlisis en que unacorriente de 2A circuladurante 1 minuto?En este caso comenza-mos a calcular la canti-dad total de carga. Paraeso multiplicamos la co-rriente por el tiempo:

Q = l . tQ = 2 . 60Q = 120 Coulomb

Despus, recordandoque para el oxgeno Z =2 y A = 16, aplicamos la

frmula:

Q . Am = ___________

96.500 . Z

120 . 16m = ___________

96.500 . 2


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2323

Tabla 3

Ion K Ion KH+ 0,0104 CO3-- 0,3108O-- 0,829 Cu++ 0,3297AI+++ 0,936 Zn++ 0,3387OH- 0,1762 CI- 0,3672Fe+++ 0,1930 SO4-- 0,4975Ca++ 0,2077 NO3- 0,642Na+ 0,2388 Cu+ 0,6590Fe++ 0,2895 Ag+ 1,118

m = 1.920/293.000

m = 0,00655 g

Como el lector puedepercibir, la cantidad libera-da, en peso, no es de lasmayores.

Una pregunta muy comn"Lo que mata en un

shock elctrico, es la co-rriente o la tensin?"

Segn ya vimos, la tensines la causa y la corriente un fac-tor. No hay corriente, por lo tanto,no hay shock, sin que haya ten-sin.

La corriente es realmente laque mata pues es la que produce

el efecto que estudiamos, pero s-lo existe si hay tensin.

Informacin til

En la tabla 3 damos los equiva-lentes qumicos de algunos iones y

el factor K de la 1 Ley de Faraday.(Los signos + y - indican la

carga y la valencia, es decir el n-mero de cargas elementales trans-portadas por cada ion.)

Por ltimo, en la figura 24 tene-mos los efectos de la corrienteelctrica en el cuerpo humano. ***


2424

La resistencia elctrica

La cantidad de aguaque sale de un cao, co-mo se muestra en la figu-ra 1, depende de la alturadel tanque (comparable ala "presin" o tensin) ydel espesor del cao. Laanaloga elctrica de estefenmeno se estudiar en-seguida.

Pensando en la analo-ga con un depsito deagua, vemos que el flujopor el cao depende engran parte del espesor delmismo. En un cao ms

grueso el agua encuentra menor"resistencia" y puede fluir con

ms facilidad. El resultado es unflujo mucho ms intenso y por

consiguiente una cantidadmayor de agua. con laelectricidad ocurre lo mis-mo.Si tenemos una fuentecualquiera de energaelctrica capaz de propor-cionar cargas en cantida-des limitadas, que a lavez hace de tanque, launin con un cable con-ductor entre los polos dela fuente hace que la co-rriente pueda fluir y esonos lleva a un comporta-miento semejante al del

LECCION 4

1

TEORIA: LECCION N 4

Resistencia ElctricaEstudiaremos que una corriente puede circular por un medio con-ductor solamente si hay una causa; en nuestro caso, una fuerza denaturaleza elctrica que "empuja" las cargas y que es la tensin. Pe-ro la intensidad de corriente que circula por un cable est limitadapor diversos factores. Podemos comparar la intensidad de la co-rriente que fluye de una pila (o de otra fuente de energa) al aguaque sale de un tanque. Veremos una analoga prctica para ilustrarmejor el tema. Tambin veremos los resistores comerciales y losefectos de la denominada Ley de Joule.

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tanque de agua (figura 2).La intensidad de la co-

rriente que va a fluir, es de-cir, el nmero de "amperes"no depende slo de la ten-sin de la fuente sino tam-bin de las caractersticasdel conductor.

Estudiamos que los ma-teriales se comportan demodo diferente en relacina la transmisin de cargas.No existen conductores per-fectos. Y adems, el cableconductor puede ser fino ogrueso, largo o corto.

Si el cable fuera fino ylargo, de material mal con-ductor de la electricidad, elflujo ser muy pequeo. Lacorriente encontrar unagran "resistencia" u "opo-sicin" a su circulacin. Siel cable fuera de un buen ma-terial conductor, corto y grue-so, la oposicin al pasaje decorriente ser mnima y la co-rriente intensa (figura 3).

El efecto general de un ca-ble o de un cuerpo cual-quiera que es recorridopor una corriente se denomi-na Resistencia Elctrica.

Podemos definir la resis-tencia elctrica como:

"Una oposi-cin al pasaje dela corriente."

La resistenciaelctrica de unconductor dependede diversos facto-res, como la natu-

raleza del material de queest hecho el conductor ydel formato (longitud, espe-sor, etc.).

Unidad deresistencia

Si conectamos un conductora un generador (pila) u otrafuente de energa que esta-blezca una tensin de 1V yverificamos que es un reco-rrido por una corriente de1A (1 ampere) de intensi-dad, podemos decidir en-tonces que el conductorpresenta una resistencia de1 ohm ().El ohm, abreviado , es launidad de resistencia. La le-tra griega omega mayscula

se utiliza para la abreviatura(figura 4).Podemos, como en el caso dela corriente y la tensin, usarmltiplos y submltiplos delohm para representar resisten-cias grandes y chicas. Es mscomn el uso de mltiplos.Es as que si tuviramos unaresistencia de 2.200 ohms, po-demos, en lugar de ese n-mero, escribir 2k2 2,2k,

donde k significa"kilo" o 1.000ohms. Vea quepodemos usarlo alfinal del nmero oen lugar de la co-ma decimal.Del mismo modo,si tuviramos unaresistencia de

RE S I S T E N C I A EL E C T R I C A

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22

1.500.000 ohm pode-mos escribir 1M5 1,5M donde M signi-fica "Mega" o millonesde ohm.

Vea en este casoque tambin la letraM puede usarse al fi-nal del nmero o enlugar de la coma de-cimal.

La Ley de Ohm

Una de las leyes ms importan-tes de la electricidad es la Ley deOhm.

Para enunciarla, conectemos a

la fuente de energa elctrica queestablezca tensiones diferentes, uncable conductor que presente cier-ta resistencia y midamos las co-rrientes correspondientes, compro-baremos que se dan determinadassituaciones que permitirn verifi-car esta importante ley (figura 5).

Lo que hacemos en-tonces es aplicar alconductor diferentestensiones y anotar lascorrientes correspon-dientes.Si tenemos una ten-sin de 0V la corrienteser nula.Si tenemos una ten-sin de 1V, la corrien-

te ser de 0,2A.Si tenemos una tensin de 2V,

la corriente ser de 0,4A.Podemos ir anotando sucesiva-

mente las tensiones y las corrien-tes correspondientes para esteconductor determinado y formaruna tabla (tabla 1).


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Tensin (V)..Corriente (A)0 ............................................01 .........................................0,22 .........................................0,43 .........................................0,64 .........................................0,85 .........................................1,06 .........................................1,27 .........................................1,48 .........................................1,69 .........................................1,810 .......................................2,0

Analizando la tabla sacamosdos concluisones importantes:

1) Dividiendo la tensin porcualquier valor de la corriente ob-tenemos siempre el mismo nme-ro:

1/0,2 = 55/1,0 = 58/1,6 = 5

El "5", valor constante, es justa-mente la resistencia.

La resistencia depende,por lo tanto, de la tensiny de la corriente y puedecalcularse dividiendo latensin (V) por la corriente(I). (En las frmulas repre-sentamos las tensiones porE o V y las corrientes porI).

Podemos establecer laimportante frmula que ex-presa la Ley de Ohm:

VR = ____ (1)

I

Para calcular la resisten-cia de un conductor (o de

otro elemento cualquiera) bastadividir la tensin entre sus extre-mos por la corriente que circulaen el elemento.

De la frmula obtenemos otrasdos:

V = R x I (2)I = V/R (3)

La primera nos permite calcularla "cada de tensin en un ca-ble" o cuntos volt cae la tensina lo largo de un conductor enfuncin de su resistencia.

La segunda nos da la corriente,cuando conocemos la tensin y laresistencia de un conductor.

2) Graficando los valores delas tensiones y corrientes de unconductor obtenemos la represen-tacin siguiente (figura 6).

Unidos los puntos obtenemosuna recta inclinada. Esta recta esla "curva caractersticas de una re-sistencia".

Si se tienen dos conductorescon otras resistencias, podemoshacer los grficos y obtener "cur-vas" con inclinaciones diferentes(figura 7).

La inclinacin de la "curva" semide por la tangente (tg) del n-gulo.

Esa tangente es justamente elvalor dado de la tensin por lacorriente correspondiente, comomuestra la figura 8.

La tangente del ngulo A (tgA)corresponde entonces a la resis-tencia del conductor.

Es importante que recuerde que:- El cociente de la tensin y la

corriente en un conductor es suresistencia.

- En un conductor la corrientees directamente proporcional a latensin.

- La "curva caracterstica" deun conductor que presente unacierta resistencia, es una recta.


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Vea que todos los con-ductores presentan curvascomo las indicadas. Los com-ponentes o elemento quepresentan este tipo de com-portamiento se denominan"dipolos lineales" y pode-mos citar a los resistores y alos conductores como ejem-plos. Existen tambin dipolosno lineares cuyas "curvas"pueden presentar configura-ciones diferentes como se veen la figura 9.

Resistividad

Como vimos la resisten-cia de un conductor depen-de de tres factores: longi-tud, espesor y tipo de mate-rial. Dejando de lado la longitud yel espesor, podemos analizar losdiversos materiales en funcin deuna magnitud que caracteriza alos conductores de la electricidad.

Es as que decimos que el co-bre es mejor conductor que el

aluminio, en el sentido de que sipreparramos un cable de cobre yotro de aluminio, de la mismalongitud y espesor, el cable de co-bre presentar menor resistencia(figura 10).

Existe entonces una magnitud,la "resistividad" que caracteriza

el material de que est he-cho el conductor elctrico yque no depende de las di-mensiones del cuerpo finalque formar, sea un cable,una barra, una esfera, etc.La resistividad se representacon la letra griega (ro) yal final de esta leccin sedar una tabla comparativade resistividades de los me-tales comunes.Vemos entonces que, res-pecto de las resistividades,al del aluminio es de:

0,028 ohm. mm2/m

y la del cobre es bastantemenor:

0,017 ohm.mm2/m


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Qu significanesos valores?

Sifnifica que si ha-cemos un alambre decobre de 1 m de lon-gitud y 1 mm2 de sec-cin, tendr una resis-tencia de 0,0175 ohm.

La seccin recta esel rea del corte trans-versal del alambre co-mo muestra la figura11.

Vea que tenemos alambres concorte circular y tambin con cortecuadrado. Si sus superficies fueraniguales, en el clculo son equiva-lentes.

La frmula que permite calcu-lar la resistencia de un cable demetal cualquieira, conociendo suresistividad, es:

lR = . _____ (4)

S

Donde: es la resistividad en

ohms. mm2/ml es la longitud del cable

en metrosS es la superficie de la

seccin transversal en mm2

Si el cable fuera de seccin cir-cular, la superficie puede calcular-se en funcin del dimetro me-diante la frmula siguiente:

D2

S = _____

4

Donde: D es el dimetro del cable

en mm.

La resistividad es una mag-nitud inherente al material,

que lo caracteriza como bueno mal conductor de la electrici-

dad.

Qu es lo que realmente causala resistencia de un material, unmetal, por ejemplo?

La oposicin al pasaje de lacorriente elctrica por el material,o sea que la resistencia dependede la cantidad de electrones libresque el material posee, adems dela existencia de fuerzas que pue-den alterar su movimiento.

En un metal, por ejemplo, lacantidad de electrones libres de-pende, en parte, de su temperatu-ra, pero la misma temperatura ha-ce que la agitacin de las partcu-las aumente, esto dificulta el mo-vimiento de las cargas. Entonces,tenemos para los metales una ca-racterstica importante: como laagitacin de las partculas (to-mos) predomina en relacin a laliberacin de las cargas, la resisti-vidad aumenta con la temperatu-ra.

Para los metales puros, el coe-ficiente de temperatura, o sea la

manera en que au-menta la resistividad,est cerca del coefi-ciente de expansintrmica de los gasesque es 1/273 =0,00367.

Qu significa decirque la corriente es di-retamente proporcio-nal a la tensin, en elcaso de la Ley de

Ohm? Tiene mucha importancia

entender ese significado pues apa-rece en muchas leyes fsicas relati-vas a la electricidad. Decir queuna corriente es directamente pro-porcional a la tensin significaque a cualquier aumento o dismi-nucin de la tensin (causa) co-rresponde en relacin directa unaumento o disminucin de co-rriente. En el caso de aumentar latensin el 20%, la corriente au-mentar en la misma proporcin.En la relacin de proporcin di-recta, las magnitudes que intervie-nen aparecen siempre con el ex-ponente "1".

En este caso, la tensin y lacorriente en la Ley de Ohm no es-tn elevadas al cuadrado ni a otroexponente como sucede en otrostipos de relacin.

En la relacin X = Y2, porejemplo, existe una relacin deproporcin directa al cuadrado.Puede decirse en este caso que"X es directamente proporcio-nal al cuadrado de Y".

Vea que todos los valores estnen el numerador.

En la relacin X = 1/Y2 puede


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1111

decirse que X es inversamenteproporcional al cuadrado de Y,pues Y est al cuadrado y en eldenominador.

En la figura 12 se muestrancurvas que representan relacionesdirectamente proporcionales alcuadrado e inversamente propor-cionales al cuadrado.

Ahora bien, siempre que hayauna tensin y un cable va acircular corriente?

La respuesta es NO. Paraque circule corriente y severifique la Ley de Ohm,debe existir un circuito ce-rrado; por ello, veamos quenos dice la Ley de Ohmdesde otro enfoque.

Circuito elctrico

La aplicacin de cargaselctricas con signo contra-rio a los extremos de unconductor no es suficientepara lograr una corrienteelctrica constante, pues so-lo se lograra la circulacin,por un momento, de flujode corriente elctrica, hasta

que las cargas de los extremos sehayan neutralizado, tal como semuestra en la figura 13.

Para que en un conductor hayacorriente elctrica, los electroneslibres debern moverse constante-mente en una misma direccin, loque se consigue por medio deuna fuente de energa para aplicarlas cargas de signo contrario a los

extremos del conductor; las cargasnegativas sern atradas por lascargas positivas del otro extremo.Por cada electrn que d la fuenteal conductor por el lado negativo,existir otro en el lado positivo;entonces la corriente fluir de ma-nera constante mientras se man-tengan aplicadas al conductor lascargas elctricas de la fuente deenerga, llamndose as, circuitocerrado o completo (figura 14).

Un claro ejemplo de fuentes deenerga elctrica son las bateras ylas pilas. Para que haya flujoconstante de corriente, el circuitodeber estar cerrado o completo.Ahora, si un circuito se interrum-pe en cualquier punto, la corrien-te dejar de fluir y se dice que esun circuito abierto; ste puedeabrirse deliberadamente por me-dio de un interruptor, u ocurrircomo consecuencia de fallas o

desperfectos en un cable ouna resistencia quemada,por ejemplo. Por lo generalse usan fusibles como pro-teccin del circuito contraexcesos de corrientes quepuedan perjudicar la fuentede tensin. Sepamos que elfusible tiene la funcin deabrir el circuito cuando lacorriente excede el valor l-mite, ya que en

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