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Nociones y unidades bsicas de electricidad.

La unidad bsica de la materia es el tomo, el cual es la parte ms pequea de un elemento que conserva las propiedades de ste. Se compone de varias partculas: protones y neutrones en su ncleo y uno o varios electrones girando en diferentes planos y rbitas alrededor del ncleo.

Los protones tienen carga positiva, los neutrones no tienen carga elctrica y los electrones son partculas con carga negativa que giran alrededor del ncleo.La Ley de Coulomb dicta que cargas elctricas de signos iguales se repelen (positivo-positivo, o negativo-negativo) y cargas elctricas de signo contrario se atraen (positivo-negativo).Sin embargo, en el ncleo del tomo, a pesar de que los protones tienen carga positiva y estn juntos, se mantienen unidos debido a una fuerza muy fuerte que ejercen los neutrones para que se mantengan unidos.La fuerza con que giran los electrones alrededor del ncleo les impide caer hacia ste, ya que son de signos contrarios.Los electrones giran alrededor del ncleo en diferentes rbitas, la ms alejada del ncleo es llamada la rbita de valencia y es de donde se toman electrones para formar el flujo elctrico (o flujo de electrones), ya que en esta rbita los electrones estn dbilmente atrados por la carga positiva del ncleo y pueden ser desplazados de su rbita al ser atrados por otros tomos o por un fuerte campo elctrico.La electricidad esttica.Al conjunto de electrones que son liberados de su ltima rbita mediante la aplicacin de alguna fuerza externa y que permanecen temporalmente en un sitio o superficie, se les denomina electricidad esttica.Esta electricidad esttica formada por electrones (en tomos inestables cargados negativamente) puede ser transferida a cualquier objeto o superficie que se le acerque produciendo una descarga elctrica.Normalmente las descargas electrostticas son molestas pero inofensivas para el ser humano, pero puede daar los equipos electrnicos como las computadoras.Clasificacin de los materiales segn su conductividad elctrica.La materia, desde el punto de vista elctrico, se puede clasificar en conductora, semiconductora y aislante.Un material conductor es aqul que conduce fcilmente la corriente elctrica, por ejemplo, todos los metales, las aleaciones y el agua ionizada. Esto se debe a su estructura atmica donde los electrones de las ltimas rbitas estn dispuestos a ser atrados por otros tomos, no estn fuertemente unidos al ncleo.Un semiconductor es aqul material que se opone al paso de la corriente elctrica pero no lo suficiente como para que no haya ningn flujo de electrones pasando por l cuando se le aplique un voltaje. Ejemplos de semiconductores son : el carbn, el silicio, el germanio y la aleacin de arseniuro de galio (GaAs). Los materiales aislantes no conducen la electricidad, ya que son materiales que poseen estructuras atmicas muy estable. Salvo que se le aplique un voltaje excesivo que supere el coeficiente de aislamiento, conducen la electricidad pero esto lleva a que en la mayora de los casos el material se destruya o se ionice (paso del rayo a travs del aire) . Algunos materiales aislantes son: la cermica, el vidrio, la madera seca, los plsticos, el caucho, el hule, el papel, la fibra de vidrio, la mica y el aire.Unidades elctricas.Para poder utilizar la accin de la electricidad eficientemente segn el propsito que sea, se necesita medirla. Para esto se utilizan varias unidades de medicin elctrica que son el voltaje, la corriente y la resistencia.Voltaje. ( o tensin).El voltaje es una clase de fuerza, es la fuerza electromotriz(fuerza que se genera a partir de la diferencia de cargas elctricas o diferencia de potencial), que forza a los electrones a desplazarse de un punto a otro. Para ello cada uno de los puntos debe tener diferente potencial elctrico, un punto respecto al otro. En dos puntos con igual potencial (voltaje) prcticamente no hay desplazamiento de cargas elctricas.El voltaje se puede crear por friccin, reacciones qumicas, magnetismo o por luz(materiales fotoelctricos).La unidad de medida para el voltaje es el voltio, que se representa con la letra V o con la letra E.Corriente elctrica.La corriente elctrica es un flujo de electrones. Esta corriente de electrones, o corriente elctrica, fluye desde el punto ms negativo(exceso de electrones) hacia el punto ms positivo (carencia de electrones), siempre y cuando se conecten esos puntos por medio de una material conductor o resistivo.La corriente elctrica se representa por la letra I, y su unidad de medida es el Amperio.Resistencia elctrica.Los materiales ofrecen diferente resistencia al paso de la corriente elctrica como se anot en los diferentes tipos de materiales segn conduzcan fcilmente o no conduzcan la electricidad.La resistencia elctrica se representa por la letra R, y la unidad de medida es el ohmio ().

Corriente alterna y corriente continua.Segn fluya la corriente elctrica en un solo sentido o en ambos sentidos recibe el nombre de corriente continua o corriente alterna respectivamente.El valor de la corriente alterna vara con el tiempo, cambiando su valor, su polaridad o su direccin. Esta es la electricidad que recibimos de la compaa elctrica que brinda el servicio (electricidad comercial).La corriente continua fluye en una sola direccin y vara o no su valor (I), siendo su polaridad siempre la misma. Tpica de las bateras de los telfonos celulares, las bateras de los automviles, etc.

Ley de ohm.La Ley de Ohm.Esta ley relaciona las tres variables elctricas de voltaje, corriente y resistencia, segn se muestra en el siguiente grfico.V: voltaje (Voltios), I: corriente (Amperios), R: resistencia (Ohmios).Circuito elctrico.Un circuito elctrico es un sistema que contiene algn o algunos tipos de componentes elctricos como circuitos integrados, componentes discretos, cables, resistencias, etc., y donde, por la presencia de voltaje, fluye, o puede fluir, corriente elctrica. Por ejemplo, un televisor, un horno de microondas, una plancha, una cocina, una lavadora, un foco, un telfono, todos tienen circuitos elctricos en su interior. Algunos son muy complejos y con muchos componentes (televisor, computador) y otros pueden ser muy simples (refrigeradora, foco, plancha).Aunque haya presencia de voltaje, si no hay un circuito cerrado por donde la corriente pueda fluir, no habr circulacin de corriente elctrica.Concepto de Tierra ( ).Se denomina tierra al punto elctrico que est conectado a un punto de masa (carcaza, chasis). Este punto, en general, se une a la carcaza del equipo para proteger de descargas elctricas al personal, principalmente, y proteger tambin el equipo de daos debido a esas descargas. Cuando as sucede, se dice que el equipo est aterrizado. Hay otros conceptos de tierra, como la tierra flotante en los equipos de cmputo. Pero, en general, esta definicin del concepto es suficiente.En un circuito elctrico la corriente seguir siempre en mayor grado por el camino que le ofrezca menos resistencia y se bifurcar en menor grado por los caminos que le ofrezcan mayor resistencia elctrica.Normalmente las conexiones en los circuitos elctricos se realizan mediante conductores de cobre, ya sea en circuitos impresos o en cables, esto por ser el cobre un metal que ofrece alta conductividad de la corriente elctrica.

En un tomacorriente elctrico polarizado, (que es el que se debe de utilizar siempre), encontramos tres terminales de salida: el redondo al centro es el terminal de tierra, que debe estar aterrizado, el terminal en forma de ranura menos largo, es el terminal vivo, fase o positivo. El terminal en forma de ranura ms largo es el terminal de neutro. Las conexiones deben cumplir con esos requisitos para asegurar una buena conexin elctrica.

El trmino aterrizado se refiere a que efectivamente el punto est conectado a un terminal de masa.Para determinar, en un tomacorrientes activo, si las conexiones estn bien realizadas se puede utilizar un multmetro, aunque un aparato muy prctico y fcil de usar sin tener mayor conocimiento elctrico es el que se muestra en la siguiente imagen, llamado medidor de polaridad. ste tiene tres LEDs que dependiendo de la combinacin de estos que se ilumine indica si todos los cables estn bien , si hay inversin o falta la conexin de alguno (tierra abierta, neutro y vivo invertidos, etc.).El multmetro o polmetro.Un multmetro es un aparato construido especialmente para medir las variables elctricas como son el voltaje, la corriente y la resistencia elctrica.El multmetro, cualquiera que sea, puede ser automtico (autorango) o manual, tiene una serie de escalas para medir las variables mencionadas.Se debe ser cuidadoso en el uso de este aparato, ya que si no se pone en la variable correcta se puede daar el aparato o producir averas en el circuito que se est revisando.Esto es, si se est midiendo voltaje, se debe conmutar la perilla respectiva a voltaje. Si lo que se va a medir es resistencia, conmutar la perilla respectiva a resistencia.La variable ms comnmente a medir es el voltaje. En menos medida la corriente y en mucho menos medida es la resistencia. Aunque esto puede variar dependiendo de la naturaleza del equipo y de la prueba que se est realizando.La continuidad entre dos puntos tambin es una medicin muy frecuentemente realizada (que es una clase de medicin de la resistencia).

Multmetro analgico.

Multmetro digital.Un multmetro digital muestra el valor medido en dgitos. Un multmetro analgico requiere que uno determine el valor dado por una aguja en una escala numrica . En este ltimo se debe buscar siempre que la aguja quede lo ms cerca del centro de la pantalla para que haya mayor precisin.

Multmetro digital con auto rango. Auto rango significa que la perilla se debe posicionar en la variable a medir y el aparato mostrar el valor medido sin tener que poner la escala de la variable.

Detector de nen tipo desatornillador para medir si en un punto hay presencia de voltaje alterno.

Prctico medidor digital de voltaje alterno o directo, tipo desatornillador.

Ampermetro digital de gancho.Se utiliza para la medicin de corriente elctrica por induccin, aunque tambin trae terminales para medir voltaje.Seales analgicas y seales digitales.El trmino seal hace referencia a las variaciones que experimenta el valor de un el voltaje o de una corriente con respecto al tiempo. Aunque hay otros tipos de seales, como las electromagnticas, las de audio, etc., en este apartado se va a tratar solamente de seales de voltaje y corriente. Si se quiere ver y medir la seal de voltaje en un punto se utiliza un equipo llamado osciloscopio.Para determinar si en un punto determinado hay presencia de voltaje analgico, alterno o directo, utilizamos el multmetro, ya sea analgico o digital. Lo mismo para medir si hay corriente. Con este aparato no podemos ver la seal, slo medir el valor numrico de la variable.Seal analgica.Una seal analgica es una seal continua en el tiempo y su nivel vara gradualmente. La voz es un ejemplo de seal analgica de audio. Para el caso lo que se va a medir son seales analgicas de voltaje y corriente elctrica.

El voltaje alterno es un tipo de seal analgica que presenta las caractersticas de amplitud y frecuencia. La amplitud se refiere al nivel de voltaje, positivo o negativo, que tiene la seal en un instante dado respecto a una referencia, normalmente de tierra (voltaje 0). La frecuencia se refiere a la repeticin que presenta el voltaje pico de cresta o el paso de la seal por el nivel de voltaje cero (ciclo completo: dos inversiones de polaridad). La unidad de medida en este caso es el ciclo por segundo (c/s) o Hertz. Se dice que una seal tiene tantos Hertz o ciclos por segundo, por ejemplo el voltaje alterno comercial puede ser de 50 o de 60 Hz(Hertz) y de 110, 115 o 220 Voltios alternos.

Seal u Onda Senoidal (Seal de voltaje alterno).

Ejemplo de una seal analgica. (Cisco System, Inc. Pg.124)Si una seal presenta un nivel de voltaje fijo y continuo se dice que es una seal de voltaje directo. Este nivel podra decaer o aumentar con el tiempo de forma continua, por ejemplo, una batera produce un voltaje continuo, el que va a decaer segn se obtenga energa elctrica de la misma.

Grfico de la descarga de una batera segn el material empleado. El eje Y se refiere al voltaje de la pila y el eje X al porcentaje de carga.Seal digital.Una seal digital es una seal discontinua en el tiempo. En un instante la seal tiene voltaje y un instante despus puede estar en cero. El tiempo en que la seal tiene un voltaje puede ser igual o no al tiempo en que la seal no tiene voltaje. Las seales digitales no son normales en la naturaleza, son producto de la tecnologa. Las seales elctricas de comunicacin que podemos encontrar en un equipo de cmputo son seales digitales.Las seales digitales se miden con aparatos especiales, el ms simple es la punta lgica, pero hay otros que presentan en una pantalla lcd las seales medidas. Son aparatos muy caros y delicados y de uso muy especializado, un ejemplo son los equipos que se utilizan para certificar las redes estructuradas.Con un multmetro se puede medir la seal digital, pero el valor medido no es un valor correcto.El nivel de voltaje de la sea digital se ubica en dos valores nicamente.Cuando el valor de la seal tiene un voltaje determinado se dice que hay un 1 lgico y cuando la seal tiene valor de voltaje igual a cero se dice que hay un 0 lgico. Se puede utilizar esta lgica de forma invertida, se llama lgica negativa.

Las seales digitales cambian de un estado a otro instantneamente.(Cisco System, Inc. Pgina 124) La seal digital tiene un rango de variacin de voltajes para ser interpretada como un 1 lgico o un 0 lgico segn se muestra el grfico a continuacin.

TTL: Se refiere a una tecnologa de construccin de los circuitos lgicos que proviene del nombre Transistor-Transistor-Logic. El nivel de operacin lgico es 5vcd para el 1 lgico. Es la primera tecnologa empleada en circuitos digitales.CMOS: Del ingls Complementary metal oxide semiconductor, es otra tecnologa de construccin para circuitos digitales. Los voltajes varan entre 3 y 15 voltios y entre 2 a 6 vdc segn la serie.HC: Es una de las ltimas tecnologas que utilizan dispositivos CMOS de alta velocidad compatibles con TTL.

Cuanto ms sea la presencia del pulso , tanto ms ser la potencia transmitida. Principio bsico de las fuentes conmutadas de los equipos de cmputo (ancho de pulso modulado: PWM).

La sealizacin digital tiene ventajas sobre la sealizacin analgica:-Es menos costosa la construccin de los circuitos para la transmisin de seales digitales.-Menos afectadas por interferencias. Ofrecen una mayor seguridad, ms rendimiento y una fiabilidad ms alta.Las seales analgicas tienen tambin algunas ventajas sobre las digitales :-son menos vulnerables a la prdida de seal por atenuacin por la distancia.-Se pueden combinar para aumentar el ancho de banda.

Transmisin de las Seales Digitales.Las seales digitales se pueden transmitir en tres modalidades:-Transmisin unidireccional: en un solo sentido.-Transmisin semiduplex: en ambos sentidos, pero slo uno a la vez.-Trasmisin duplex: en ambos sentidos a la vez.