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Colegio Nacional de Educación profesional Técnica
Aplicación e Corriente Directa
Manual Teórico Práctico del
Módulo Autocontenido Transversal:
Aplicación de Corriente Directa
Para las carreras de Profesional Técnico-Bachiller en:
Mantenimiento de Sistemas
Automáticos
Sistemas Electrónico s de
Aviacion
Mantenimiento de Motores
y Planeadores
e-cbcc
Capacitado por:
Educación-Capacitación
Basadas en Competencias
Contextualizadas
Mantenimiento de Sistemas Automaticos, Mantenimeinto de Motores y Planeadores y Sistemas Electroniocs de Aviacion
1
Colegio Nacional de Educación profesional Técnica
Aplicación e Corriente Directa
PARTICIPANTES
Suplente del Director General
Joaquín Ruiz Nando
Secretario de Desarrollo Académico y de Capacitación
Marco Antonio Norzagaray
Director de Diseño de Curricular de la Formación Ocupacional
Gustavo Flores Fernández
Coordinadores de Área:
Jaime G. Ayala Arellano
Grupo de Trabajo para el Diseño del Módulo
Especialistas de Contenido
Asociacion Mexicana de Ingenieros Mecanicos y Electricistas A.C
Especialista Pedagógico
Asociacion Mexicana de Ingenieros Mecanicos y Electricistas A.C
Revisor del Contenido
----------------Revisión Pedagógica
-----------------Revisores de Contextualización
Agustín Valerio
Guillermo Prieto Becerril
Manual del curso – módulo Autocontenido Transversal “Aplicación de
Corriente DIrecta”
Mantenimiento de Sistemas Automáticos, Mantenimiento de motores y
planeadores y Sistemas electronicos de aviación.
D.R. © 2003 CONALEP.
Prohibida la reproducción total o parcial de esta obra, incluida la portada,
por cualquier medio sin autorización por escrito del CONALEP. Lo contrario
representa un acto de piratería intelectual perseguido por la Ley Penal.
E-CBCC
Av. Conalep N° 5, Col. Lázaro Cárdenas, C.P. 52140 Metepec, Estado de
México.
Índice
I.
II.
III.
IV.
V.
VI.
Mensaje al alumno
Como utilizar este manual
Propósito del módulo autocontenido
Normas de competencia laboral
Especificaciones de evaluación
Mapa curricular del módulo autocontenido
5
6
9
10
11
12
Mantenimiento de Sistemas Automaticos, Mantenimeinto de Motores y Planeadores y Sistemas Electroniocs de Aviacion
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Capitulo 1
Introducción a la Electricidad
1.1 Teoría del electrón
1.1.1 Estructura molecular de aislantes, semiconductores y conductores
1.2 Electroestática
1.2.1 Conducción de electricidad en solidos, líquidos, gases y en el vació
1.3 Terminología Eléctrica
1.3.1 Ley de Ohm
16
17
22
25
33
35
42
Capitulo 2
Generación de Electricidad
2.1 Producción de electricidad
2.1.1 Producción de electricidad por magnetismo o electromagnética
2.2 Resistencia y resistores
2.2.1 Operación, construcción y uso
2.2.2 Cálculo de resistencias
2.3 Capacitancia
2.3.1 Capacitor
2.3.2 Calculo de capacitancia y tensión en circuitos
45
47
55
56
67
70
71
74
83
Capitulo 3
Introducción al magnetismo
3.1 Teoría del magnetismo
3.1.1 Propiedades de un magneto
3.2 Inductor / Inductancia
3.2.1 Fuerza de electromotriz (FEM) autoinduccion
3.3 Fuerza magnetomotriz
87
89
93
97
109
121
Capitulo 4
Fuentes de alimentación eléctrica de corriente directa
4.1 Construcción y acción química básica de celdas
4.1.1Costruccion y operación
4.2 Generadores de corriente directa
4.2.1 Estructura del generador de corriente continua
4.3 Motores de corriente directa
4.3.1 Clasificación de los motores de corriente continua
4.3.2 Potencia nominal de motores de corriente continua
124
126
155
156
159
162
173
174
Practicas y Lista de Cotejo
Autoevaluacion de Conocimientos
Respuestas a la autoevaluacion de conocimientos
Referencias documentales
176
278
279
281
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I. MENSAJE AL ALUMNO
¡CONALEP TE DA LA BIENVENIDA AL CURSOContextualizadas, con el fin de ofrecerte una
MÓDULO AUTOCONTENIDO TRANSVERSAL
alternativa efectiva para el desarrollo de
MANEJO DEL PROCESO ADMINISTRATIVO!
conocimientos, habilidades y actitudes que
contribuyan a elevar tu potencial productivo
EL CONALEP, a partir de la Reforma
y, a la vez que satisfagan las demandas
Académica 2003, diseña y actualiza sus
actuales del sector laboral, te formen de
carreras, innovando sus perfiles, planes y
manera integral con la oportunidad de
programas de estudio, manuales teóricorealizar estudios a nivel superior.
prácticos, con los avances educativos,
Esta modalidad requiere tu participación y
científicos, tecnológicos y humanísticos
que te involucres de manera activa en
predominantes en el mundo globalizado,
ejercicios y prácticas con simuladores,
acordes a las necesidades del país para
vivencias y casos reales para promover un
conferir una mayor competitividad a sus
aprendizaje integral y significativo, a través de
egresados, por lo que se crea la modalidad de
experiencias. Durante este proceso deberás
Educación y Capacitación Basada en
mostrar evidencias que permitirán evaluar tu
Competencias
Contextualizadas,
que
aprendizaje y el desarrollo de competencias
considera las tendencias internacionales y
laborales y complementarias requeridas.
nacionales de la educación tecnológica, lo
El conocimiento y la experiencia adquirida se
que implica un reto permanente en la
verán reflejados a corto plazo en el
conjugación de esfuerzos.
mejoramiento de tu desempeño laboral y
social, lo cual te permitirá llegar tan lejos
Este manual teórico práctico que apoya al
como quieras en el ámbito profesional y
módulo autocontenido, ha sido diseñado
laboral.
bajo la Modalidad Educativa Basada en
Competencias
Mantenimiento de Sistemas Automaticos, Mantenimeinto de Motores y Planeadores y Sistemas Electroniocs de Aviacion
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II. CÓMO UTILIZAR ESTE MANUAL
Las
instrucciones
generales
que
a
continuación se te pide que cumplas, tienen
la intención de conducirte a vincular las
competencias requeridas por el mundo de
trabajo con tu formación de profesional
técnico.
Redacta cuáles serían tus objetivos personales
al estudiar este curso-módulo autocontenido.
Analiza el Propósito del curso-módulo
autocontenido que se indica al principio del
manual y contesta la pregunta ¿Me queda
claro hacia dónde me dirijo y qué es lo que
voy a aprender a hacer al estudiar el
contenido del manual? Si no lo tienes claro,
pídele al docente te lo explique.
Revisa el apartado Especificaciones de
evaluación, son parte de los requisitos por
cumplir para aprobar el curso-módulo. En él
se indican las evidencias que debes mostrar
durante el estudio del mismo para considerar
que has alcanzado los resultados de
aprendizaje de cada unidad.
Es fundamental que antes de empezar a
abordar los contenidos del manual tengas
muy claros los conceptos que a continuación
se
mencionan:
competencia
laboral,
competencia central, competencia básica,
competencia clave, unidad de competencia
(básica, genéricas específicas), elementos de
Analiza la Matriz de contextualización del
autocontenido transversal operación de
Herramientas de Cómputo. Puede ser
entendida como la forma en que, al darse el
proceso de aprendizaje, el sujeto establece
una relación activa del conocimiento y sus
habilidades sobre el objeto desde un contexto
científico, tecnológico, social, cultural e
histórico que le permite hacer significativo su
aprendizaje, es decir, el sujeto aprende
durante la interacción social, haciendo del
conocimiento un acto individual y social.
competencia, criterio de desempeño, campo
de aplicación, evidencias de desempeño,
evidencias de conocimiento, evidencias por
producto, norma técnica de institución
educativa, formación ocupacional, módulo
autocontenido, módulo integrador, unidad
de aprendizaje, y resultado de aprendizaje. Si
desconoces el significado de los componentes
de la norma, te recomendamos que consultes
el apartado Glosario, que encontrarás al final
del manual.
Analiza el apartado Normas Técnicas de
Competencia Laboral, Norma Técnica de
Institución Educativa.
Revisa el Mapa Curricular del módulo
autocontenido transversal operación de
Herramientas de Cómputo. Esta diseñado
para
mostrarte esquemáticamente las
unidades y los resultados de aprendizaje que
te
permitirán
llegar
a
desarrollar
paulatinamente las competencias laborales
requeridas por la ocupación para la cual te
estás formando.
Revisa la Matriz de Competencias del
autocontenido transversal operación de
Herramientas de Cómputo. Describe las
competencias laborales, básicas y claves que
se contextualizan como parte de la
metodología que refuerza el aprendizaje lo
integra y lo hace significativo
En el desarrollo del contenido de cada
capítulo, encontrarás ayudas visuales como
las siguientes, haz lo que ellas te sugieren. Si
no lo haces no aprendes, no desarrollas
habilidades, y te será difícil realizar los
ejercicios de evidencias de conocimientos y
los de desempeño.
Mantenimiento de Sistemas Automaticos, Mantenimeinto de Motores y Planeadores y Sistemas Electroniocs de Aviacion
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Realiza la lectura del contenido de cada
capítulo y las actividades de aprendizaje que
se te recomiendan. Recuerda que en la
educación basada en normas de competencia
laborales la responsabilidad del aprendizaje es
tuya, pues eres quien desarrolla y orienta sus
conocimientos y habilidades hacia el logro de
algunas competencias en particular.
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IMÁGENES DE REFERENCIA
Estudio
Individual
Investigación
documental
Consulta
con el docente
Redacción
de trabajo
Comparación del
resultado con otros
compañeros
Repetición del
ejercicio
Trabajo
en equipo
Sugerencias
o notas
Realización del
Ejercicio
Resumen
Observación
Consideraciones
sobre seguridad e
higiene
Investigación
de campo
Portafolio
de evidencias
III. Propósito del módulo autocontenido
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Este módulo está diseñado para desarrollar habilidades en el manejo de electrónica básica, que los alumnos
de la carrera de P.T.-B. en Mantenimiento de Sistemas Automáticos, requieren para instalar, operar y dar
mantenimiento a controles y sistemas de automatización. Resulta de vital importancia el estudio de éste
módulo dentro de la carrera, debido a que los módulos restantes aplicarán las competencias desarrolladas en
este módulo.
El propósito dará como resultado un desarrollo incremental del alumno para competir en el ambiente laboral
de este país, contribuyendo el buen desarrollo y desempeño del puesto que tenga a su cargo, destacando
por el conocimiento que este obtenga con el modulo aquí presentado.
Este modulo basado en lo que se denomino competencias contextualizadas crea en el alumno una base de
los conocimientos que se deben de tomar en cuenta para así facilitar al alumno el porque de cada tema y
porque la importancia de este.
Como se ha mencionado a lo largo de este contexto el propósito principal de este modulo es que el alumno
obtenga el mayor beneficio que pueda para así sobresalir y que este destaque por sus habilidades y que de
mayor confianza a todo aquel alumno que egrese del CONALEP.
Además de que los conocimientos adquiridos gracias a este modulo sirvan para que el individuo aplique lo
que aprendió durante el transcurso de su vida, y que por lo tanto forme parte de su formación como técnico
y como persona.
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IV. NORMAS TÉCNICAS DE COMPETENCIA LABORAL
Para que analices la relación que guardan las
partes o componentes de la NTCL o NIE con
el contenido del programa del curso–módulo
autocontenido de la carrera que cursas, te
recomendamos consultarla a través de las
siguientes opciones:
Acércate con el docente para que te permita
revisar su programa de estudio del cursomódulo autocontenido de la carrera que
cursas, para que consultes el apartado de la
norma requerida.
Visita la página WEB del CONOCER en
www.conocer.org.mx en caso de que el
programa de estudio del curso - módulo
ocupacional esta diseñado con una NTCL.
Consulta la página de Intranet del CONALEP
http://intranet/ en caso de que el programa
de estudio del curso - módulo autocontenido
está diseñado con una NIE
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V. ESPECIFICACIONES DE EVALUACIÓN
Durante el desarrollo de las prácticas de
ejercicio también se estará evaluando el
desempeño. El docente, mediante la
observación directa y con auxilio de una lista
de cotejo, confrontará el cumplimiento de los
requisitos en la ejecución de las actividades y
el tiempo real en que se realizó. En éstas
quedarán registradas las evidencias de
desempeño.
Las autoevaluaciones de conocimientos
correspondientes a cada capítulo, además de
ser
un
medio
para
reafirmar
los
conocimientos sobre los contenidos tratados,
son también una forma de evaluar y recopilar
evidencias de conocimiento.
Al término del curso-módulo deberás
presentar un Portafolios de Evidencias1, el
cual estará integrado por las listas de cotejo
correspondientes a las prácticas de ejercicio,
las autoevaluaciones de conocimientos que se
encuentran al final de cada capítulo del
manual y muestras de los trabajos realizados
durante el desarrollo del curso-módulo, con
esto se facilitará la evaluación del aprendizaje
para determinar que se ha obtenido la
competencia laboral.
Deberás asentar datos básicos, tales como:
nombre del alumno, fecha de evaluación,
nombre y firma del evaluador y plan de
evaluación
1
El portafolio de evidencias es una compilación de documentos que le permiten al evaluador, valorar los
conocimientos, las habilidades y las destrezas con que cuenta el alumno, y a éste le permite organizar la
documentación que integra los registros y productos de sus competencias previas y otros materiales que
demuestran su dominio en una función específica (CONALEP. Metodología para el diseño e instrumentación de la
educación y capacitación basada en competencias, Pág. 180).
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VI. Mapa curricular del módulo ocupacional
Aplicación de
Corriente Directa
108 Hrs.
ód l
Unidad de
Aprendizaje
Resultado de
aprendizaje
Resultado de
aprendizaje
1. Introducción
a la
Electricidad.
2. Generación
de
Electricidad.
3. Introducción
al
Magnetismo
4.
Fuentes de
Alimentación
Eléctrica de
Corriente
Directa.
1.1 Identificar la estructura molecular del átomo de los diferentes elementos
5 hrs.
aislantes y conductores.
1.2 Identificar la conducción de la electricidad a través de sólidos, líquidos y en
4 hrs.
el vacío.
46 Hrs.
21 Hrs.
26 Hrs.
1.3 Identificar
voltaje, corriente y resistencia para la
15 Hrs.la diferencia entre
6 hrs.
aplicación de la Ley de Ohm en los diferentes circuitos eléctricos.
2.1 Identificar las diferentes formas de producir electricidad para alimentar los
16 hrs.
equipos eléctricos.
2.2 Identificar los tipos y características de los resistores para su operación en
15 hrs.
los diferentes circuitos donde se aplican.
2.3 Identificar las características y tipos de los condensadores para su
15 hrs.
operación en los diferentes circuitos.
3.1 Identificar las propiedades y tipos del magnetismo para su empleo en los
7 hrs.
equipos eléctricos.
3.2 Identificar los principios, efectos y factores de inducción que se emplean en
7 hrs.
los circuitos eléctricos para aplicarlas en las leyes de Faraday y Lenz.
3.3 Identificar los términos de permeabilidad, ciclo de histéresis, y retentividad
para utilizarlos en los diferentes equipos y circuitos donde se utiliza la 7 hrs.
fuerza magnetomotriz.
4.1 Identificar la construcción y acción química de las celdas para los diferentes
tipos de baterías empleadas en los circuitos y equipos eléctricos.
4.2 Identificar la estructura del generador de corriente directa para su
funcionamiento con otros componentes eléctricos donde se aplican.
4.3 Identificar su clasificación y sus partes de los motores de corriente directa
para su funcionamiento en los diferentes circuitos y equipos eléctricos.
8 hrs.
9 hrs.
9 hrs.
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1
INTRODUCCIÓN A LA ELECTRICIDAD
Al finalizar la unidad, el alumno identificara
la estructura molecular del átomo, la
conducción de la electricidad y la diferencia
entre voltaje, corriente y resistencia.
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Mapa curricular del módulo ocupacional
Aplicación de
Corriente Directa
108 Hrs.
Módul
Unidad de
Aprendizaje
Resultados de
aprendizaje
1. Introducción
a la
Electricidad.
2. Generación
de
Electricidad.
3. Introducción
al
Magnetismo
4.
Fuentes de
Alimentación
Eléctrica de
Corriente
Directa.
1.1 Identificar la estructura molecular del átomo de los diferentes elementos 5 hrs.
aislantes y conductores.
1.2 Identificar la conducción de la electricidad a través de sólidos, líquidos y en
4 hrs.
46 Hrs.
21 Hrs.
26 Hrs.
el vacío.
1.3 Identificar la diferencia entre voltaje, corriente y resistencia para la
6 hrs.
aplicación de la Ley de Ohm en los diferentes circuitos eléctricos.
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Aplicación e Corriente Directa
I Introducción a la electricidad
Sumario
Teoría del electrón
Electrostática
Ley de Coulomb
Terminología eléctrica
Flujo de electrones
Ley de Ohm
RESULTADO DE APRENDIZAJE
1.1 Identificar la estructura molecular del átomo de los diferentes elementos aislantes y conductores.
1.2 Identificar la conducción de la electricidad a través de sólidos, líquidos y en el vacío.
1.3 Identificar la diferencia entre voltaje, corriente y resistencia para la aplicación de la Ley de Ohm en los
diferentes circuitos eléctricos.
gracias a estos se presentan ciertos fenómenos,
como el de poner en movimiento motores
Propósito de la Unidad I
eléctricos, el estudio de la fuerza con la que giran
y como la corriente que pasa por algún conductor
El propósito de esta unidad es el saber utilizar el
presenta ciertos fenómenos muy curiosos que
principio de los materiales eléctricos así como
gracias a estos hay un sin numero de aplicaciones
identificar su comportamiento eléctrico, sus
en la vida cotidiana.
características y algunos de los parámetros que
caracterizan
su
comportamiento,
aquellos
Sin embargo todo esto tiene una cierta explicación
conocidos como elementos conductoras que
es por eso que se complementa con el uso y
gracias a estos componentes como son capaces
aplicación de ciertas técnicas de análisis
de lograr el flujo eléctrico. Entender su
importancia en el ahorro de tal, pues sin ella, no
Aplicación de Corriente Directa
existiría
iluminación
conveniente,
ni
comunicaciones de radio y televisión, ni servicio
Introducción a la Electricidad.
telefónico, y las personas tendrían que prescindir
de aparatos eléctricos que ya llegaron a constituir
parte integrante del hogar.
Además, sin la
La electricidad es una de las principales formas de
energía usadas en el mundo actual. Sin ella, no
electricidad el campo del transporte no seria lo
que es en la actualidad. De hecho, puede decirse
existiría
iluminación
conveniente,
ni
que la electricidad se usa en todas partes.
comunicaciones de radio y televisión, ni servicio
telefónico, y las personas tendrían que prescindir
Otro aspecto importante que abarca esta unidad y
de aparatos eléctricos que ya llegaron a constituir
parte integrante del hogar.
Además, sin la
que es indispensable que se estudie para un
electricidad el campo del transporte no sería lo
entendimiento posterior son los fenómenos como
los campos eléctricos y campos magnéticos, que
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que es en la actualidad. De hecho, puede decirse
que la electricidad se usa en todas partes.
Identificar la estructura molecular del átomo de los
diferentes elementos aislantes y conductores.
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electrones y aprovecha la energía de su
movimiento para conseguir el efecto deseado: luz,
calor, etc.
•
Estructura y distribución de carga
eléctrica.
•
Ley de las cargas eléctricas
1.1 Teoría del electrón.
La teoría del electrón indica que la corriente fluye
de una carga negativa a una carga positiva.
Este hecho, en principio contradictorio, se debe a
razones históricas: Las teorías básicas que explican
el funcionamiento de la electricidad, son anteriores
al conocimiento de la existencia de los electrones.
En todas estas teorías y estudios iniciales se tomó,
por convenio (acuerdo entre todos los científicos),
que este era el sentido de circulación de la
corriente eléctrica.
Para crear y mantener la corriente eléctrica
(movimiento de electrones), deben darse dos
condiciones indispensables:
1. Que haya una fuente de electrones o
dispositivo
para
su
generación
(generador), pila, batería, fotocélula, etc.
2. Que exista un camino, sin interrupción, en
el exterior del generador, por el cual,
circulen los electrones. A este Camino se
le conoce como conductor.
Además de estas dos condiciones indispensables,
en la mayoría de los casos, existe un elemento
llamado receptor, que es el que recibe los
La carga, negativa de un electrón es igual, pero
opuesta, a la carga positiva de un protón. Las
cargas de un electrón y un protón se llaman
cargas electrostáticas. Las líneas de fuerza
asociadas con cada partícula producen campas
electrostáticos.
Debido a la forma en que
interactúan estos campos, las partículas cargadas
pueden atraerse o repelerse entre si. La ley de las
cargas eléctricas dice que las partículas que
tienen cargas del mismo tipo se repelen y las que
tienen cargas diferentes, se atraen.
Un protón (+) repele a otro protón (+)
Un electrón (-) repele a otro electrón (-)
Un protón (+) atrae a un electrón (+)
Debido a que los protones son relativamente
pesados, tiene poco efecto la fuerza de repulsión
que ejercen entre si dentro del núcleo de un
átomo.
•
Cargas atómicas.
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15
Normalmente, un átomo contiene el mismo
número de electrones y protones, de manera que
las cargas iguales y o puestas,1 es decir las
negativas y positivas, se equilibran entre sí y hacen
que el átomo sea eléctricamente neutro. Ahora
bien, según ya se explicó, lo que le da al átomo de
un elemento sus propiedades características, es el
número de los protones que tiene en el núcleo;
pero el número de electrones puede variar. Si un
átomo
contiene
menos
electrones
que
protones, tendrá una carga positiva. Si tiene más
electrones que protones tendrá una carga
negativa. Los átomos cargados reciben el nombre
de iones.
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Aplicación e Corriente Directa
Si en lugar de 'una varilla de caucho negativa se
usa una varilla de vidrio positiva, los electrones de
la superficie de la varilla de cobre al ser atraídos le
darán una carga positiva.
•
•
Materiales eléctricamente cargados
Cuando en un trozo eléctricamente neutro
muchos átomos pierden o ganan electrones, el
material quedara cargado. Hay muchas maneras
de producir estos cambios en los átomos, el
método que descubrieron los antiguos griegos fue
el de la fricción. Por ejemplo, si se frota una varilla
de vidrio con un trozo de seda, la varilla de vidrio
le donara algunos electrones a la seda. La varilla se
cargara positivamente y la seda quedara
negativamente. Se puede cargar negativamente
una varilla de caucho frotándola con piel.
Mediante esta varilla de caucho cargada, ahora se
pueden cargar otros materiales, por ejemplo
cobre, con sólo tocarlos. Este método recibe el
nombre de carga por contacto, y se basa en el
hecho de que la carga negativa de la varilla tiende
a repeler electrones de la superficie de la varilla.
Los electrones en la superficie de la varilla de
caucho pasarán a la superficie de la varilla de
cobre suspendida para darle una carga negativa.
Carga por inducción
Debido a que los electrones y los protones tienen
fueras, de atracción y repulsión, un objeto se
puede cargar sin que lo toque el cuerpo cargado,
por ejemplo, si la varilla de caucho cargada
negativamente le acerca a una pieza de aluminio,
la fuerza negativa de la varilla de caucho repelara
los neutrones de la varilla del aluminio hacia el
otro extremo. Un extremo de la varilla será
entonces negativo y el otro positivo. Cuando se
aleja la varilla de caucho, los electrones, en la
varilla de aluminio se redistribuirán para
neutralizar la carga de la varilla. Si se desea que el
aluminio permanezca cargado, hay que acercar
nuevamente la varilla de caucho y luego tocar con
el dedo el extremo negativo.
Entonces, los
electrones saldrán de la varilla a través del cuerpo
del operario. (La carga son sumamente pequeñas,
de manera que no se tiente nada) Después, si se
retira el dedo antes de alejar la varilla de caucho,
la varilla de aluminio permanecerá cargada. Este
método se llama el de carga por inducción.
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Aplicación e Corriente Directa
aluminio, el cobre, plata, oro y mercurio. En
efecto, existen poco más de 100 elementos
conocidos, 92 de los cuales son naturales y los
demás son artificiales, o hechos por el hombre. En
los últimos años, se han obtenido varios de estos
elementos nuevos y se espera que el hombre los
irá produciendo en número aún mayor.
Todo lo que nos rodea está formado de elementos
pero ellos mismos no pueden ser producidos por
la simple combinación química ni por la
separación de otros elementos.
•
Neutralización de una carga
Después de frotar el vidrio con la seda, ambos se
cargan con electricidad. Pero, si la varilla de vidrio
y la seda se juntan nuevamente entonces por la
atracción de los iones positivos en la varilla los
electrones salen de la seda, hasta que ambos
materiales queden de nuevo eléctricamente
neutros. Los cuerpos cargados también pueden
conectarse con un alambre para descargarlos.
Pero, si las cargas en ambos materiales son
suficientemente grandes, pueden descargarse a
través de un arco, como sucede en el caso del
rayo. Suponga que se tienen dos varillas: una de
vidrio que esta cargada positivamente, después de
frotarla con seda y una varilla de caucho que se
froto con piel para darle carga negativa. A
continuación se experimenta con el vidrio, caucho
seda y piel, pero sin que se toquen y se observa
que:
Desde luego, hay mucho más materiales que
elementos. Esto se debe a que los elementos
pueden combinarse para producir materiales cuyas
características son totalmente distintas de las que
tienen los elementos constitutivos. El agua, por
ejemplo, es un compuesto formado por los
elementos: hidrogeno y oxigeno; la sal de mesa
ordinaria está formada por los elementos sodio y
cloro. Cabe notar que el hidrógeno y el oxígeno,
aunque son gases, pueden producir el agua que es
un líquido.
Cargas similares se repelen.
Cargas diferentes se atraen.
•
Composición del átomo, molécula e iones.
•
Los elementos y compuestos
Elementos son los materiales básicos que
constituyen toda la materia. El oxígeno y el
hidrógeno son elementos, lo mismo que el
•
La molécula
La molécula es la partícula más pequeña a la que
puede reducirse un compuesto, antes de que se
descomponga en sus elementos. Por ejemplo, si
se tomara un gramo de sal de mesa y se le
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17
dividiera sucesivamente en dos, hasta obtener el
trocito más pequeño posible, seguiría siendo sal v
el trocito sería una molécula de sal.
Si
nuevamente se lograra dividirlo en dos, la sal se
descompondría en sus elementos. El átomo es la
partícula más pequeña a la que se puede reducir
un elemento y que conserva las propiedades de
ese elemento. Si una gota de agua se reduce a su
tamaño mínimo, se producirá una molécula de
agua. Pero si la molécula se redujera aún más,
aparecerían átomos de hidrógeno y oxígeno.
•
Estructura del átomo
Ahora bien, si el átomo de un elemento se divide
aún más, este elemento deja de existir entre las
partículas que quedan. Estas partículas más
pequeñas, que el átomo son encuentras presentes
en todos los átomos de los diferentes elementos.
El átomo de un elemento difiere del átomo de otro
elemento sólo en virtud de que los dos contienen
números
diferentes
de
estas
partículas
subatómicas. Básicamente, un átomo está
formado de tres tipos de partículas subatómicas
que son de interés en el estudio de la electricidad:
electrones, protones y neutrones. Los protones y
neutrones se localizan en el centro, o núcleo del
átomo y los electrones giran en órbitas alrededor
del núcleo.
Colegio Nacional de Educación profesional Técnica
Aplicación e Corriente Directa
El núcleo es la parte central de un átomo.
Contiene los protones y neutrones del átomo. E!
número de protones en el núcleo determina la
forma en que el átomo de un elemento difiere de
otro. Por ejemplo. e! núcleo de un átomo de
hidrógeno contiene un protón, el oxígeno con
tiene 8, el cobre 29, la plata 47 y el oro 79. De
hecho, ésta es la forma en que se identifican los
diferentes elementos, es decir, por sus números
atómicos, como lo muestra la tabla de los
elementos pasada. El número atómico es el
número de protones que contiene cada átomo en
su núcleo.
Aunque un neutron, en realidad, a una partícula
en si, generalmente se la considera como la
combinación de un electrón y un protón y es
eléctricamente neutro. Puesto que los neutrones
son eléctricamente neutros, no son muy
importantes en el estudio de la naturaleza eléctrica
de los átomos.
•
El protón es muy pequeño. Se estima que tiene
1.778 trillonésimas de milímetro de diámetro; el
protón mide la tercera parte del diámetro de un
electrón, pero tiene casi 1,840 veces la masa de un
electrón; es decir, el protón es casi 1,840 veces
más pesado que el electrón. Es muy difícil
desalojar el protón del núcleo de un átomo. Por lo
tanto, en la teoría eléctrica, se considera que los
protones son partes permanentes del núcleo. Los
protones no toman parte activa en el flujo o
transferencia de energía eléctrica. El protón tiene
una carga eléctrica positiva. Las líneas de fuerza
de esta carga irradian desde el protón en toda
dirección.
•
•
El núcleo
El protón
El electrón
Según se ha explicado anteriormente, el electrón
tiene un diámetro tres veces mayor que el del
protón,
o
sea,
aproximadamente
5.588
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18
trillonésimas de milímetro; pero es 1,840 veces
más ligero que el protón. Los electrones son más
fáciles de mover. Son las partículas que participan
activamente en el flujo o transferencia de energía
eléctrica. Los electrones giran en órbitas alrededor
del núcleo de un átomo y tienen cargas eléctricas
negativas. Las líneas de fuerza de estas caigas
vienen desde todas partes, en forma radial,
directamente hacia el electrón.
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•
1.1.1
Estructura
molecular
semiconductores y conductores.
•
de
aislantes,
Conductores
La capa de valencia puede contener hasta ocho
electrones y cualquier energía que se aplique a
uno de ellos se reparte entre todos los electrones
de valencia. Por lo tanto, los átomos que tienen
menos electrones de valencia, les dejarán liberarse
más fácilmente. Los materiales cuyos electrones se
liberan fácilmente se llaman conductores. Los
átomos de los conductores tienen sólo 1 ó 2
electrones de valencia. Los que sólo tienen 1
electrón de valencia, son los mejores conductores
eléctricos. Si se examina la tabla de los elementos
en la página 1-25 pueden determinarse los
buenos conductores. Todos tienen un electrón en
su capa exterior. La mayor parte de los metales
son buenos conductores Los mas conocidos son:
cobre (núm. 29), plata (núm. 47) y oro (núm. 79).
Aislantes
Los aisladores son materiales que no dejan que sus
electrones se liberen fácilmente. Los átomos de
los aisladores tienen capas de valencia que están
llenas con 8 electrones o bien llenas a más de la
mitad. Cualquier energía que se aplique uno de
estos átomos se distribuirá entre un número de
electrones relativamente grande. Además, estos
átomos se resisten a desprenderse de sus
electrones debido a un fenómeno que se conoce
como estabilidad química.
Un átomo es completamente estable cuando su
capa exterior está completamente saturada o
cuando tiene ocho electrones de valencia. Un
átomo estable resiste cualquier tipo de actividad.
En efecto, no se combinará con ningún otro
átomo para formar compuestos. Existen seis
elementos que son naturalmente estables: helio,
neón, argón, kriptón, xenón y radón.
A éstos se les conoce como gases inertes.
Todos los átomos que tienen menos de 8
electrones de valencia, tienden a alcanzar el estado
estable. Los que están llenos a menos de la mitad
(los conductores), tienden a liberar los electrones
para vaciar la capa inestable. Pero los que están
llenos a más de la mitad (los aisladores) tienden a
recoger electrones para llenar la capa de valencia.
Así pues, no solamente es difícil liberar a sus
electrones, sino que los átomos de aisladores
también se opondrán a la producción de
electricidad debido a su tendencia a atrapar a
cualesquiera electrones que puedan ser liberados.
Los átomos con siete electrones de valencia, son
los que tratan más activamente de llenar la capa
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19
de valencia y constituyen excelentes aisladores
eléctricos.
•
Compuestos como aisladores.
La tendencia de los átomos a volverse estables es
un factor fundamental para determinar cómo se
combinan los átomos de los elementos para
formar las moléculas de un compuesto. Los
átomos tienden a combinarse de manera que la
molécula contenga 8 electrones de valencia.
Por ejemplo, considérese el agua: su fórmula es
H2O. Esto significa que, en una molécula de agua
hay dos átomos de hidrógeno y uno de oxigeno. Si
se observan los elementos 1 y 8 de la tabla vista de
elementos y capas atómicas se vera que cada uno
de los átomos de hidrógeno tiene un electrón de
valencia y el átomo de oxigeno tiene 6, lo cual da
un total de 8 electrones de valencia. Cada átomo
de hidrogeno comparte su electrón de valencia
con el átomo de oxigeno. Los electrones
compartidos unen los átomos para formar la
molécula H2O. Este tipo de unión se llama
covalente. El agua pura, por lo tanto, es un buen
aislante. En otros compuestos' por ejemplo el
cloruro de sodio (NaCÍ), un átomo entrega un
electrón para volverse ion positivo y el otro toma
este electrón para convertirse en ion negativo;
entonces los dos iones quedan ligados por
atracción Este tipo de unión se conoce como
unión iónica o electrovalente. La molécula
completa tiene 8 electrones de valencia lo que la
hace estable Debido a la tendencia hacia la
estabilidad que tienen los átomos cuando se
combinan la mayor parte de los compuestos, por
ejemplo, vidrio: madera, caucho, plástico, mica,
etc., constituyen buenos aislantes. Sin embargo,
cabe notar que no existe tal cosa como un aislador
perfecto Simplemente es muy difícil liberar
electrones de tales materiales.
•
Semiconductores
Puesto que los conductores tienen sus capas de
valencia llenas a menos de la mitad, y los
aisladores tienen las suyas llenas a más de la
mitad, las substancias que tienen átomos con
cuatro electrones de valencia reciben el nombre de
semiconductores. Estos conducen mejor que los
aisladores, pero no tan bien como los
conductores. Algunos ejemplos son: el germanio,
el silicio y el selenio. Sin embargo, cuando se
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combinan los átomos de los semiconductores,
comparten sus electrones de tal manera que se
llenan las capas de valencia. Por lo tanto, los
materiales semiconductores, puros, también
tienden a ser buenos aisladores. Pero eso sólo
ocurre a la temperatura del cero absoluto, porque
a temperaturas altas y aun a la temperatura
ambiente normal, la energía ocasiona la liberación
de numerosos electrones de valencia de manera
que el material se comporta como semiconductor.
Por otra parte, muchos compuestos que tienden a
ser estables, generalmente contienen impurezas
que facilitan la conducción eléctrica. Por lo tanto,
si el agua y el óxido de cobre contienen impurezas,
no son ya aisladores, sino semiconductores. De
hecho, el óxido de cobre se fabrica con cantidades
controladas de impurezas, de manera que se
pueda usarlo como rectificador semiconductor de
circuitos de potencia. Los compuestos que
conservan las características de buenos aisladores,
son los que están menos afectados por la
temperatura y sólo contienen pequeñas cantidades
de impurezas.
•
Comparación de los conductores
Algunos metales son mejores conductores que
otros. Por ejemplo, aun cuando los átomos de
cobre, plata y oro tienen, cada uno, un solo
electrón de valencia que puede liberarse
fácilmente, la plata es el mejor conductor. Le sigue
el cobre y luego el oro. Esto se debe al hecho de
que en una cantidad dada de material la plata
tiene más átomos que los demás metales y por
consiguiente, se dispone de un mayor número de
electrones libres.
•
Comparación
de
los
conductores,
aisladores y semiconductores
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20
Los conductores son materiales que tienen
electrones cuya liberación fácil. La mayor parte de
los metales que son buenos conductores electos,
generalmente se describen como materiales con
muchos electrones “libres".
Los aisladores más usados son el vidrio, hule,
plástico, madera y cerámica. Es muy difícil liberar
los electrones en estos materiales. Por ello se dice
que contienen muy pocos electrones libres. Los
semiconductores son materiales con mayor
número de electrones libres que los aisladores
pero menor que los conductores.
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•
Electricidad estática y distribución de
carga.
La electricidad estática es el exceso de cargas
eléctricas que acumulan determinados materiales,
normalmente por rozamiento (por ejemplo al
frotar un bolígrafo con el cabello humano), y que
no puede escapar de ellos.
La electricidad estática recibe este nombre porque
se refiere a electrones que se mueven de un lugar
a otro, más que a los que fluyen en una corriente.
En un objeto sin carga de electricidad estática,
todos los átomos tienen un número normal de
electrones. Si alguno de los electrones se transfiere
a otro objeto, por ejemplo, al frotar o cepillar con
fuerza, el otro objeto se carga negativamente en
tanto que el objeto que pierde sus electrones se
carga positivamente. Entonces se crea un campo
eléctrico alrededor de cada objeto.
Resumen
Analizar y resumir el comportamiento de las cargas
eléctricas en los diferentes elementos
Identificar la conducción de la electricidad a
través de sólidos, líquidos y en el vacío para
conocer la
1.2 Electrostática.
La electrostática se encarga del estudio de las
cargas eléctricas, las fuerzas que se ejercen entre
ellas y su comportamiento en los materiales
Las fuerzas eléctricas provienen de las partículas
que componen los átomos, esto es los protones
(con carga +), los electrones (con carga -) y los
neutrones (con carga neutra, por lo que no atrae
ni rechaza a los electrones ó a los protones).
La carga permite que exista el comportamiento de
atracción y repulsión. La regla fundamental y
básica que subyace a todo fenómeno eléctrico nos
dice:
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21
"LAS CARGAS ELÉCTRICAS IGUALES SE REPELEN;
LAS CARGAS OPUESTAS SE ATRAEN".
•
Ión: Este nombre lo recibe cualquier átomo
con carga, puede ser negativo (si ha ganado
electrones), ó positivo (si ha perdido
electrones).
Todo objeto cuyo número de electrones sea
distinto al de protones tiene carga eléctrica. Si
tiene más electrones que protones, la carga es
negativa. Si tiene menos electrones que protones,
la carga es positiva.
Los electrones no se crean ni se destruyen, sino
simplemente se transfieren de un material a otro.
LA CARGA SE CONSERVA.
Un punto importante, es que un átomo siempre va
a perder ó ganar electrones, nunca protones, ya
que son los electrones los que se mueven de un
material a otro.
•
¿Que es la corriente eléctrica?
En el material presentado hasta ahora, se explicó
lo que es la electricidad y cómo se producen las
cargas eléctricas. En particular, se estudiaron
temas relativos a la electricidad estática, es decir, a
la carga eléctrica en reposo. Pero, por lo general,
una carga eléctrica estática no puede desempeñar
una función útil. Si se quiere usar energía eléctrica
para realizar algún trabajo, es preciso que la
electricidad se "ponga en marcha". Esto sucede
cuando se tiene una corriente eléctrica. La
corriente se produce, cuando en un conductor
hay muchos electrones libres que se mueven en
la misma dirección. Como se verá más adelante,
todo electrón tiene cierta energía que puede
producir determinados efectos. Los electrones
suelen moverse en diversas direcciones, de manera
que tales efectos se anulan. Pero cuando se hace
que los electrones se muevan en la misma
dirección, es decir, hay una corriente que fluye,
entonces sus efectos se suman y la energía que
liberan puede aprovecharse para realizar algún
trabajo. Además, mientras mayor sea el número
de electrones que se mueven en la misma
dirección, mayor será el flujo de corriente y se
dispondrá de mayor energía para efectuar algún
trabajo. Por lo tanto, las corrientes mayores o
menores, las produce un número mayor o menor,
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respectivamente
de electrones "puestos en
marcha", en la misma dirección.
•
Electrones libres
Para comprender cómo pueden los electrones
producir corriente eléctrica, será útil ilustrar la
forma en que los átomos de un buen conductor,
por ejemplo el cobre, están unidos en un trozo del
metal en estado sólido. Todos los materiales deben
tener sus átomos (o moléculas) unidas en alguna
forma, pues de lo contrario se desintegrarían.
Existen diferentes tipos y formas de uniones; por
eso, unos elementos son gases, algunos son
líquidos y otros sólidos. Además, existen varias
formas en que los átomos de los sólidos están
unidos, y por esta razón algunos metales son
suaves y otros duros. El tipo de unión que nos
interesa para el estudio de la electricidad básica es
la unión metálica.
En un conductor de cobre cada uno de los átomos
tiene un electrón de valencia, que apenas se
mantiene en órbita. Además, los átomos están tan
próximos, uno del otro, que las órbitas exteriores
se sobreponen. Al girar el electrón de un átomo,
puede ser atraído por otro átomo e incorporarse a
la órbita de éste. Aproximadamente al mismo
tiempo, un electrón en el segundo átomo se
desprende y pasa a la órbita de otro átomo.
La mayor parte de los electrones exteriores
continuamente cambian de órbita en esta forma,
de manera que los electrones de valencia en
realidad no están asociados con ningún átomo
particular. Más bien, todos los átomos comparten
a todos los electrones de valencia y así se unen
entre sí. Los electrones están "libres" para moverse
al azar. La acción es continua, de manera que
todo átomo siempre tiene un electrón, cada
electrón siempre está en un átomo. Por lo tanto,
no hay carga eléctrica, pero el conductor tiene un
gran número de electrones libres.
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22
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•
Movimiento de los electrones
Para producir una corriente eléctrica, los electrones
libres en el conductor de cobre deben moverse en
la misma dirección, y no al azar. Esto se puede
hacer aplicando cargas eléctricas en cada
extremo del alambre de cobre; una carga
negativa en un extremo y una carga positiva en el
otro.
Puesto que estos electrones son negativos, la
carga negativa los repele y los atrae la positiva.
Debido a ello, no pueden pasar a aquellas órbitas
que los harían moverse contra las cargas eléctricas.
En cambio, se desplazan de órbita en órbita hacia
la carga positiva, haciendo que se produzca una
corriente eléctrica en 'esta dirección. Se puede ver
en el diagrama que la densidad de los átomos en
el alambre de cobre es tal que las órbitas de
valencia de cada átomo se superponen
de
manera que los electrones pasan fácilmente de
un átomo a otro. La trayectoria que recorre el
electrón depende de la dirección de las órbitas que
el electrón encuentra en el camino que lo lleva
hacia la carga positiva. Puede verse que no siguen
una línea recta. Pero en los extremos del
conductor, donde las cargas son más intensas,
éstas ejercen mayor control sobre cada electrón,
de modo que sigue una trayectoria más próxima a
la recta y se mueve con mayor rapidez a través del
conductor.
•
Flujo de corriente
Aunque a veces es más fácil considerar que los
electrones que sen mueven libremente constituyen
la corriente eléctrica, es importante recordar que
esto no es exacto. El movimiento del electrón libre
produce la corriente. Esto se entiende mejor, si se
compara la velocidad de un electrón con la de la
corriente. La velocidad del electrón puede variar,
según el material conductor y el número de cargas
eléctricas usadas. Pero la velocidad de la corriente
siempre será la misma.
El electrón libre que se mueve al azar, lo hace con
rapidez relativa debido a que está únicamente bajo
la influencia de las fuerzas atómicas orbítales; su
velocidad puede ser de unos cuantos cientos de
kilómetros por segundo.
El electrón libre que se encuentra bajo la influencia
de las cargas electrostáticas tiene que oponerse a
alguna de las fuerzas orbítales atómicas de
manera
que
su
velocidad
disminuye
considerablemente. 'En ciertos casos avanza
velocidades que pueden medirse en centímetros
por segundo. Esto es sumamente lento, en
comparación con la velocidad de la corriente
eléctrica, que es igual a la de la luz: 300,000
kilómetros por segundo.
•
El impulso de corriente
La corriente eléctrica, en realidad es el impulso de
energía eléctrica que transmite un electrón a otro,
al cambiar de órbita. Cuando se aplica energía a
un electrón y éste se desprende de su órbita, al
salir de ella, tiene que toparse con alguna órbita
de otro átomo, ya que todas las órbitas exteriores
se superponen y obstruyen el paso libre del
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23
electrón. Cuando el electrón liberado entra a la
nueva órbita, su carga negativa reacciona con la
carga negativa del electrón que se encontraba en
la órbita antes de él. El primer electrón repele al
otro, expulsándolo de la órbita y, a la vez,
trasmitiéndole su energía. El segundo electrón,
al encontrarse en la órbita siguiente, repite lo que
hizo el primero. Este proceso continúa en todo el
alambre. El impulso de energía, transferido de un
electrón al siguiente, constituye la corriente
eléctrica.
•
las cargas eléctricas de la fuente de energía. A esto
se llama circuito completo o cerrado. Una batería
es un típica fuente de energía eléctrica. El circuito
debe ser completo o cerrado para que fluya la
corriente.
Velocidad de la comente eléctrica
Puesto que los átomos están muy próximos uno
de otro y las orbitas se superpone, el electrón
liberado no tiene que ir muy lejos para encontrar
una orbita nueva. El momento en que entra a la
nueva orbita, transfiere su energía al siguiente
electrón, liberándolo. La acción es casi instantánea
lo mismo ocurre con todos los electrones en
movimiento, de manera que aunque cada electrón
se mueve con relativa lentitud, el impulso de la
energía eléctrica se transfiere a través de la línea
de átomos a una velocidad muy grande: 300,000
kilómetros por segundo Se considera que los
electrones libres son portadores de corriente.
Una buena analogía de esta transferencia de
impulso seria una larga hilera de bolas de billar.
Cuando la bola que juega choca con la que esta
en el extremo de la fila, su fuerza se transmite de
una bola a la siguiente hasta que salga disparada a
la bola en el otro extremo. La última bola se
separa de la fila casi en el mismo instante en que
es tocada la primera.
•
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•
Circuito abierto
Si el alambre se rompiera en cualquier punto,
entonces, en la parte conectada al lado negativo
de la batería, los electrones se acumularían en el
extremo en que se rompió el alambre, mientras
que, en la otra parte, el lado positivo de la batería
atraería los electrones hacia si. Así se establecerla
una carga en la apertura, suspendiéndose el
movimiento de los electrones. La corriente cesaría
de fluir. Un circuito abierto no conducirá corriente.
El circuito completo (cerrado)
Si se aplicara una carga negativa en un extremo
del alambre, esta carga repelería a los electrones
libres del otro extremo del alambre. La debido a
que todo quedaría, en reposo. Para tener una
corriente eléctrica, los electrones libres deben
mande energía para aplicar cargas opuestas a ¡os
dos extremos del alambre. Entonces, la carga
negativa repelerá los electrones en todo el
alambre. En el lado positivo, los electrones serán
atraídos a la fuente; pero por cada electrón que
entre en la fuente, habrá otro electrón que ésta
suministrará al alambre por el lado negativo. Por
consiguiente, la corriente seguirá fluyendo a
través del alambre en tanto se continúe aplicando
•
Ley de Coulomb.
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24
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La expresión matemática de la ley de Coulomb es:
En donde q y q' corresponden a los valores de las
cargas que interaccionan tomadas con su signo
positivo o negativo, r representa la distancia que
las separa supuestas concentradas cada una de
ellas en un punto y K es la constante de
proporcionalidad correspondiente que depende
del medio en que se hallen dichas cargas.
El hecho de que las cargas aparezcan con su signo
propio en la ecuación anterior da lugar a la
existencia de dos posibles signos para la fuerza Fe,
lo cual puede ser interpretado como el reflejo de
los dos tipos de fuerzas, atractivas y repulsivas,
características de la interacción electrostática. Así,
cargas con signos iguales darán lugar a fuerzas
(repulsivas) de signo positivo, en tanto que cargas
con signos diferentes experimentarán fuerzas
(atractivas) de signo negativo. Consiguientemente
el signo de la fuerza en la ecuación anterior
expresa su sentido atractivo o repulsivo.
La constante de proporcionalidad K toma en el
vacío un valor igual a
K = 8,9874 · 109 N · m2/C2
Esa elevada cifra indica la considerable intensidad
de las fuerzas electrostáticas. Pero además se ha
comprobado experimentalmente que si las cargas
q y q' se sitúan en un medio distinto del aire, la
magnitud de las fuerzas de interacción se ve
afectada. Así, por ejemplo, en el agua pura la
intensidad de la fuerza electrostática entre las
mismas cargas, situadas a igual distancia, se
reduce en un factor de 1/81 con respecto de la
que experimentaría en el vacío. La constante K
traduce, por tanto, la influencia del medio.
•
Campos electrostáticas
Las fuerzas de atracción y repulsión entre los
cuerpos cargados se deben a las líneas de fuerza
electrostática que existen alrededor de los mismos.
En un objeto cargado negativamente, las líneas de
fuerza de los electrones que hay en exceso, se
suman para producir un campo electrostático, el
cual consta de líneas de fuerza que llegan al
objeto desde todas direcciones.
En un objeto cargado positivamente faltan
electrones y esto ocasiona que las líneas de fuerza
de los protones que quedaron en exceso, se
sumen para producir un campo electrostático
cuyas líneas de fuerza salen del objeto, hacia todas
direcciones. Estos campos electrostáticos pueden
ayudarse o bien oponerse para atraer o repeler.
La intensidad de la fuerza de atracción o repulsión
depende de dos factores: 1) la cantidad de carga
que está en cada objeto, y 2) la distancia entre los
objetos. Cuanto mayor sean las cargas eléctricas
en los objetos, mayor será la fuerza electrostática.
Y cuanto más próximos estén entre sí los objetos
cargados, mayor será la fuerza electrostática. La
fuerza de atracción o repulsión se debilita si
disminuye alguna de las cargas o bien los objetos
se alejan uno del otro.
Durante el siglo XVIII, un hombre de ciencia
llamado Coulomb experimentó con cargas
electrostáticas, gracias a lo cual pudo formular la
ley de atracción electrostática, que se conoce
comúnmente como Ley de las
cargas
electrostáticas de Coulomb. La ley postula que
la fuerza de atracción o repulsión electrostática es
directamente proporcional al producto de las dos
cargas e inversamente proporcional al cuadrado de
la distancia que las separa.
Por supuesto,
mientras más electrones en exceso tengan un
objeto cargado, mayor será su carga negativa; y
mientras más electrones le falten, mayor será su
carga positiva.
Finalmente, la variación con el inverso del
cuadrado de la distancia indica que pequeños
aumentos en la distancia entre las cargas reducen
considerablemente la intensidad de la fuerza, o en
otros términos, que las fuerzas electrostáticas son
muy sensibles a los cambios en la distancia r.
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25
•
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Atracción y repulsión.
Suponga que se tienen dos varillas: una de vidrio
que esta cargada positivamente, después de
frotarla con seda y una varilla de caucho que se
froto con piel para darle carga negativa. A
continuación se experimenta con el vidrio, caucho
seda y piel, pero sin que se toquen y se observa
que:
potencial bajo y el positivo es un potencial alto. La
corriente eléctrica de un alambre siempre va del
potencial bajo al alto. Esto también significa que la
corriente fluirá de un potencial positivo bajo a un
potencial positivo alto, así como entre dos
potenciales negativos.
Cargas similares se repelen.
Cargas diferentes se atraen.
•
Unidades de carga
La unidad con la cual se mide la carga eléctrica es
el coulomb (C), en honor a Charles Coulomb.
Corresponde a la siguiente carga:
1 Coulomb = 6,25x10 18 electrones
de donde podemos decir que la carga del electrón
es igual a
Para cargas
submúltiplos:
más
pequeñas
se
usan
los
1 coulomb = 3x10 9 stat-coulomb (stc)
1 milicoulomb = 1mC = 0,001 C = 1x10 –3 C
1 microcoulomb = 1?C = 0,000001 C = 1x10 – 6 C
•
Trabajo en equipo
Comparación de resultados
con otros compañeros
Elaborar el mapa conceptual de electrostática y
formulario.
Unidades eléctricas de medida
Ahora puede verse que existen dos condiciones
para que haya flujo de corriente: 1) cargas
eléctricas para mover a los electrones libres, y 2)
un circuito completo por el que pueda fluir la
corriente eléctrica. Se pueden usar diferentes
cantidades de carga eléctrica y pueden producirse
diferentes cantidades de corriente. Para medir
todos estos valores, existen unidades apropiadas.
La carga eléctrica que adquiere un objeto se llama
potencial eléctrico, debido a que los electrones
desplazados acumulan energía potencial que se
puede utilizar para mover a otros electrones.
Puesto que se necesitan dos cargas para completar
un circuito, la diferencia de potencial entre estas
dos cargas es lo que proporciona la fuerza
eléctrica. Se considera que el negativo es un
1.2.1
•
Conducción y electricidad estática.
Conducción eléctrica de los materiales
No todos los materiales conducen la electricidad
de la misma forma. Para diferenciarlos, decimos
que algunos presentan mayor “resistencia” que
otros a conducir la electricidad.
La resistencia eléctrica es una medida cuantitativa
respecto de cuán buen conductor es un material.
La resistencia eléctrica se mide en ohmios, en
honor a Georg Simon Ohm (1787-1854), que
desarrolló los principios agrupados en la ley de
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26
Ohm. A los materiales que presentan baja
resistencia eléctrica se les llama buenos
conductores eléctricos. A su vez, a aquellos que
poseen alta resistencia eléctrica se les denomina
malos conductores eléctricos. Cambios en la
resistencia ¿Qué puede hacer cambiar la
resistencia eléctrica en un material conductor?
Volvamos a nuestro modelo del “juego de las
manzanas verdes”. Si permitimos que más
individuos se incorporen al juego y, de este modo,
aumentamos la longitud del grupo en relación al
campo de juego, ¿qué sucederá con la conducción
de las manzanas? Pues bien, dado que ahora
existe una mayor cantidad de individuos a través
de los cuales debe pasar cada manzana,
observaremos que la conducción cambia. Esto,
pues habiendo una mayor cantidad de personas,
aumenta el número de manzanas que se caen al
suelo, o bien el número de ellas que son
mordisqueadas, lo que trae como consecuencia
que la conducción empeore.
Por otra parte, si en vez de aumentar la longitud
del grupo, aumentamos el espacio por donde
pasarán las manzanas es decir, aumentamos el
ancho, incorporando más jugadores distribuidos
en el campo de juego, también observaremos que
la conducción cambia. Puesto que, si bien en este
caso, al aumentar la cantidad de individuos, es
mayor la cantidad de manzanas que se caen al
suelo o son mordisqueadas, a su vez es mayor
también la cantidad de manzanas que circulan por
el grupo, dado que al aumentar el ancho de este
hay más personas sacando manzanas desde los
cajones, con lo cual observaremos -contrario al
caso anterior, donde solo saca manzanas quien
está al comienzo de la fila de jugadores que la
conducción de manzanas mejora.
Análogamente a nuestro modelo, en un material
conductor la resistencia eléctrica aumenta
mientras mayor sea el largo del conductor por el
cual circula una corriente, y disminuye cuando
aumenta el área de este.
•
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lugar. Un ejemplo: Si usted frota en su ropa un
globo inflado (de preferencia un suéter de lana) o
en su propio cabello, puede poner el globo contra
la pared y ahí permanecerá. ¿Por qué? Cuando es
frotado, el globo toma electrones del suéter o del
cabello y adquiere una ligera carga negativa, la
cual es atraída por la carga positiva de la pared.
Ahora, de la manera indicada, frote usted dos
globos inflados, a cada uno de ellos áteles un hilo
y trate de que se acerquen uno al otro. ¿Qué
ocurre? Los globos evitan tocarse entre sí. ¿Por
qué? La explicación es que ambos tienen cargas
negativas y éstas se repelen. Las cargas positivas se
repelen y las cargas negativas también. En cambio,
las cargas diferentes se atraen. Esto mismo ocurre
con los polos de cualquier imán: el "norte" tiende a
unirse con el "sur", pero los polos iguales siempre
se repelen entre sí.
La electricidad estática puede ocasionarnos
descargas o lo que llamamos "toques". Si usted
camina sobre una alfombra o tapete, su cuerpo
recoge electrones y cuando toca algo metálico,
como es el picaporte de la puerta o cualquier otra
cosa con carga positiva, la electricidad produce
una pequeña descarga entre el objeto y sus dedos,
lo que, además de sorpresivo, a veces, resulta un
tanto doloroso.
Otra manifestación de la electricidad estática son
los relámpagos y truenos de una tormenta
eléctrica: las nubes adquieren cargas eléctricas por
la fricción de los cristales de hielo que se mueven
en su interior, y esas cargas de electrones llegan a
ser tan grandes que éstos se precipitan hacia el
suelo o hacia otra nube, lo cual provoca el
relámpago y éste el trueno. El relámpago viaja a la
velocidad de la luz (más de 300 mil kilómetros por
segundo) y el trueno a la velocidad del sonido
(poco más de 300 metros por segundo). Por esta
razón es que primero vemos el relámpago y
después escuchamos el trueno.
•
Electricidad estática.
La corriente eléctrica fluye, es decir, que se mueve
de un lugar a otro a través de un conductor, y lo
hace a una gran velocidad; pero hay otro tipo de
energía eléctrica, que es la electricidad estática, la
cual, como su nombre lo indica, permanece en un
Conducción de electricidad en sólidos,
líquidos, gases y en el vacío.
Cuando fluye una corriente eléctrica por un
conductor metálico, el flujo sólo tiene lugar en un
sentido, ya que la corriente es transportada en su
totalidad por los electrones. En cambio en los
líquidos y gases, se hace posible un flujo en dos
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27
sentidos debido a la ionización. En una solución
líquida, los iones positivos se mueven en la
disolución de los puntos de potencial más alto a
los puntos de potencial más bajo; los iones
negativos se mueven en sentido opuesto. De
forma similar, en los gases —que pueden ser
ionizados por radiactividad, por los rayos
ultravioletas de la luz solar, por ondas
electromagnéticas o por un campo eléctrico muy
intenso— se produce un movimiento de iones en
dos sentidos que produce una corriente eléctrica a
través del gas.
•
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del material de que estuviera hecho el
cátodo.
Trabajo en equipo
Conducción de electricidad en el vació
Tal como se había observado antes para
un vacío pobre, Plucker vio cómo se
iluminaba todo el tubo al aplicar
electricidad a las placas. Sin embargo,
cuando casi todo el gas era evacuado
notó que esa luz desaparecía quedando
tan sólo un resplandor verdoso en el
vidrio cercano a la zona de la placa
conectada a la terminal positiva de su
fuente de electricidad (el ánodo); la
imagen luminosa no dependía mucho de
la posición de ese electrodo. Más bien,
parecía como si la luminosidad en esa
zona fuera producida por algún tipo de
rayos emitidos por la placa conectada al
cátodo, y que viajaban de una placa a la
otra a través del vacío. Plucker también
observó que la posición de la imagen
luminosa podía ser modificada si se
acercaba un imán a la zona del ánodo. Un
alumno de Plucker, J. W. Hittorf, encontró
que al interponer objetos entre el cátodo
y el ánodo se producían sombras en la
imagen luminosa, con lo que reforzó la
idea del origen catódico para esos rayos.
El nombre de rayos catódicos fue
introducido años después por el
investigador alemán Eugen Goldstein,
quien además demostró que las
propiedades de esos rayos no dependían
Analizar las diferencias entre conducción y
electricidad estática.
Identificar la diferencia entre voltaje, corriente y
resistencia para la aplicación de la Ley de Ohm en
los diferentes circuitos eléctricos.
1.3 Terminología eléctrica.
Dentro de la terminología eléctrica se utilizan estas
unidades y conversiones:
•
Unidades de tensión
Una carga de 1 Coulomb = 6,25x10 18 electrones
Una fem de 1 volt (v) = 1 Coulomb que electrón un
trabajo de 1 joule
1microvolt (µV) 0 1/1,000,000 volts
1 milivolts (mV) = 1/1000 volt
1 Kvolts (kV) = 1000 volt
1 Megavolts (Mvolts) = 1,000,000 volts
•
Fuerza electromotriz (FEM).
La carga eléctrica que adquiere un objeto está
determinada por el número de electrones que
pierde o gana. Puesto que el número de electrones
que se mueven así es sumamente grande, se usa
una unidad llamada coulomb para indicar la
carga. Si un objeto tiene una carga negativa de 1
coulomb, esto indica que ha ganado 6.28 X 10"
(trillones) de electrones extras.
Esto es
6,280,000,000,000,000, 000 electrones.
Cuando dos cargas tienen una diferencia de
potencial, la fuerza eléctrica resultante se llama
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28
fuerza electromotriz (fem). La unidad que se usa
para indicar la intensidad de la fem es el volt.
Cuando una diferencia de potencial causa el paso
de 1 coulomb de comente para producir 1 Joule
de trabajo, la fem es un volt. Algunas tensiones
típicas que probablemente conoce el lector son:
1.5 volts para una pila de batería de mano; 6 volts
para las baterías de automóviles antiguos- 12 volts
para las mas modernas; 115 volts en el hogar; 220
volts para potencial industrial, etc. De hecho, los
voltajes varían desde microvolts (millonésimas de
volt) a megavolts (millones de volts). Los términos
potencial, fuerza electromotriz (fem) y tensión o
voltaje con frecuencia se usan indistintamente.
La fuente de potencia produce energía eléctrica
por medios químicos, magnéticos u otros. Esta
energía generalmente tiene la forma de una
diferencia de potencial eléctrico entre las
terminales de salida de la fuente y se le llama
fuerza electromotriz. Generalmente, se utiliza la
abreviatura fem en lugar de la expresi6n fuerza
electromotriz. La fem se mide en volts por lo que a
la fuente que la produce también se le llama
fuente de voltaje o fuente de tensión. La polaridad
de la fuente de tensión determina la dirección en
la que habrá de fluir la corriente en el circuito y la
cantidad de tensi6n suministrada por la fuente,
determina cuál será el valor de la corriente que
fluya.
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trasladar la unidad de carga positiva desde un
punto al otro punto.
El potencial eléctrico es una magnitud escalar y sus
dimensiones son la de un trabajo por unidad de
carga. Se mide en volts (V).
El potencia V en un punto, expresado en voltios
(V), debido a una carga electrica q, en culombios
(C), a una distancia r, en metros (m), viene dado
por:
V = k q/r
•
Usos prácticos de la electricidad
En realidad, cuando un alambre que es buen
conductor se pone en contacto con las dos
terminales de una batería o generador, se produce
un corta circuito, porque así circula mucha más
corriente de la que puede suministrar la batería o
generador. La batería o generador puede
quemarse y el alambre se calentara excesivamente.
Por esta razón se utilizan fusibles protectores.
Cuando fluye demasiada corriente, éstos se funden
y "abren" el circuito. El alambre sirve para llevar
corriente a otros elementos que van a realizar
algún trabajo. Por ejemplo, conduce corriente que
calienta el filamento de un foco eléctrico, para que
emita luz; suministra energía eléctrica para hacer
girar un motor, sonar una campana, calentar un
tostador, etc.
•
Unidades eléctricas de medida
Ahora puede verse que existen dos condiciones
para que haya flujo de corriente: 1) cargas
eléctricas para mover a los electrones libres, y 2)
un circuito completo por el que pueda fluir la
corriente eléctrica. Se pueden usar diferentes
cantidades de carga eléctrica y pueden producirse
diferentes cantidades de corriente. Para medir
todos estos valores, existen unidades apropiadas.
•
Diferencia de potencial.
La diferencia de potencial entre dos puntos de un
campo eléctrico es el trabajo necesario para
La carga eléctrica que adquiere un objeto se llama
potencial eléctrico, debido a que los electrones
desplazados acumulan energía potencial que se
puede utilizar para mover a otros electrones.
Puesto que se necesitan dos cargas para completar
un circuito, la diferencia de potencial entre estas
dos cargas es lo que proporciona la fuerza
eléctrica. Se considera que el negativo es un
potencial bajo y el positivo es un potencial alto. La
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29
corriente eléctrica de un alambre siempre va del
potencial bajo al alto. Esto también significa que la
corriente fluirá de un potencial positivo bajo a un
potencial positivo alto, así como entre dos
potenciales negativos.
•
Flujo de electrones.
Cuando los electrones abandonan uno de los
extremos de un conductor, este adquiere carga
positiva, haciendo que todos los electrones libres
del conductor se muevan en esa dirección. Este
movimiento, que se produce simultáneamente en
todo el conductor, aleja a los electrones del otro
extremo de este y permite la entrada de nuevos
electrones en ese punto; a este movimiento se le
conoce como flujo de electrones o flujo de
corriente.
•
¿Que es la corriente eléctrica?
En el material presentado hasta ahora, se explicó
lo que es la electricidad y cómo se producen las
cargas eléctricas. En particular, se estudiaron
temas relativos a la electricidad estática, es decir, a
la carga eléctrica en reposo. Pero, por lo general,
una carga eléctrica estática no puede desempeñar
una función útil. Si se quiere usar energía eléctrica
para realizar algún trabajo, es preciso que la
electricidad se "ponga en marcha". Esto sucede
cuando se tiene una corriente eléctrica. La
corriente se produce, cuando en un conductor hay
muchos electrones libres que se mueven en la
misma dirección.
Como se verá más adelante, todo electrón tiene
cierta energía que puede producir determinados
efectos. Los electrones suelen moverse en diversas
direcciones, de manera que tales efectos se
anulan. Pero cuando se hace que los electrones se
muevan en la misma dirección, es decir, hay una
corriente que fluye, entonces sus efectos se suman
y la energía que liberan puede aprovecharse para
realizar algún trabajo. Además, mientras mayor
sea el número de electrones que se mueven en la
misma dirección, mayor será el flujo de corriente y
se dispondrá de mayor energía para efectuar algún
trabajo. Por lo tanto, las corrientes mayores o
menores, las produce un número mayor o menor,
respectivamente de electrones "puestos en
marcha", en la misma dirección.
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•
Electrones libres
Para comprender cómo pueden los electrones
producir corriente eléctrica, será útil ilustrar la
forma en que los átomos de un buen conductor,
por ejemplo el cobre, están unidos en un trozo del
metal en estado sólido. Todos los materiales deben
tener sus átomos (o moléculas) unidas en alguna
forma, pues de lo contrario se desintegrarían.
Existen diferentes tipos y formas de uniones; por
eso, unos elementos son gases, algunos son
líquidos y otros sólidos. Además, existen varias
formas en que los átomos de los sólidos están
unidos, y por esta razón algunos metales son
suaves y otros duros. El tipo de unión que nos
interesa para el estudio de la electricidad básica es
la unión metálica.
En un conductor de cobre cada uno de los átomos
tiene un electrón de valencia, que apenas se
mantiene en órbita. Además, los átomos están tan
próximos, uno del otro, que las órbitas exteriores
se sobreponen. Al girar el electrón de un átomo,
puede ser atraído por otro átomo e incorporarse a
la órbita de éste. Aproximadamente al mismo
tiempo, un electrón en el segundo átomo se
desprende y pasa a la órbita de otro átomo.
La mayor parte de los electrones exteriores
continuamente cambian de órbita en esta forma,
de manera que los electrones de valencia en
realidad no están asociados con ningún átomo
particular. Más bien, todos los átomos comparten
a todos los electrones de valencia y así se unen
entre sí. Los electrones están "libres" para moverse
al azar. La acción es continua, de manera que
todo átomo siempre tiene un electrón, cada
electrón siempre está en un átomo. Por lo tanto,
no hay carga eléctrica, pero el conductor tiene un
gran número de electrones libres.
•
Movimiento de los electrones
Para producir una corriente eléctrica, los electrones
libres en el conductor de cobre deben moverse en
la misma dirección, y no al azar. Esto se puede
hacer aplicando cargas eléctricas en cada extremo
del alambre de cobre; una carga negativa en un
extremo y una carga positiva en el otro.
Puesto que estos electrones son negativos, la
carga negativa los repele y los atrae la positiva.
Debido a ello, no pueden pasar a aquellas órbitas
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30
que los harían moverse contra las cargas eléctricas.
En cambio, se desplazan de órbita en órbita hacia
la carga positiva, haciendo que se produzca una
corriente eléctrica en 'esta dirección.
Se puede ver en el diagrama que la densidad de
los átomos en el alambre de cobre es tal que las
órbitas de valencia de cada átomo se superponen
de manera que los electrones pasan fácilmente de
un átomo a otro. La trayectoria que recorre el
electrón depende de la dirección de las órbitas que
el electrón encuentra en el camino que lo lleva
hacia la carga positiva. Puede verse que no siguen
una línea recta. Pero en los extremos del
conductor, donde las cargas son más intensas,
éstas ejercen mayor control sobre cada electrón,
de modo que sigue una trayectoria más próxima a
la recta y se mueve con mayor rapidez a través del
conductor.
•
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La corriente eléctrica, en realidad es el impulso de
energía eléctrica que transmite un electrón a otro,
al cambiar de órbita. Cuando se aplica energía a
un electrón y éste se desprende de su órbita, al
salir de ella, tiene que toparse con alguna órbita
de otro átomo, ya que todas las órbitas exteriores
se superponen y obstruyen el paso libre del
electrón. Cuando el electrón liberado entra a la
nueva órbita, su carga negativa reacciona con la
carga negativa del electrón que se encontraba en
la órbita antes de él. El primer electrón repele al
otro, expulsándolo de la órbita y, a la vez,
trasmitiéndole su energía. El segundo electrón, al
encontrarse en la órbita siguiente, repite lo que
hizo el primero. Este proceso continúa en todo el
alambre. El impulso de energía, transferido de un
electrón al siguiente, constituye la corriente
eléctrica.
Flujo de corriente
Aunque a veces es más fácil considerar que los
electrones que sen mueven libremente constituyen
la corriente eléctrica, es importante recordar que
esto no es exacto. El movimiento del electrón libre
produce la corriente. Esto se entiende mejor, si se
compara la velocidad de un electrón con la de la
corriente. La velocidad del electrón puede variar,
según el material conductor y el número de cargas
eléctricas usadas. Pero la velocidad de la corriente
siempre será la misma.
El electrón libre que se mueve al azar, lo hace con
rapidez relativa debido a que está únicamente bajo
la influencia de las fuerzas atómicas orbítales; su
velocidad puede ser de unos cuantos cientos de
kilómetros por segundo.
El electrón libre que se encuentra bajo la influencia
de las cargas electrostáticas tiene que oponerse a
alguna de las fuerzas orbítales atómicas de
manera
que
su
velocidad
disminuye
considerablemente. 'En ciertos casos avanza
velocidades que pueden medirse en centímetros
por segundo. Esto es sumamente lento, en
comparación con la velocidad de la corriente
eléctrica, que es igual a la de la luz: 300,000
kilómetros por segundo.
•
El impulso de corriente
•
Velocidad de la comente eléctrica
Puesto que los átomos están muy próximos uno
de otro y las orbitas se superpone, el electrón
liberado no tiene que ir muy lejos para encontrar
una orbita nueva. El momento en que entra a la
nueva orbita, transfiere su energía al siguiente
electrón, liberándolo. La acción es casi instantánea
lo mismo ocurre con todos los electrones en
movimiento, de manera que aunque cada electrón
se mueve con relativa lentitud, el impulso de la
energía eléctrica se transfiere a través de la línea
de átomos a una velocidad muy grande: 300,000
kilómetros por segundo Se considera que los
electrones libres son portadores de corriente.
Una buena analogía de esta transferencia de
impulso seria una larga hilera de bolas de billar.
Cuando la bola que juega choca con la que esta
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31
en el extremo de la fila, su fuerza se transmite de
una bola a la siguiente hasta que salga disparada a
la bola en el otro extremo. La última bola se
separa de la fila casi en el mismo instante en que
es tocada la primera.
•
Circuito abierto
Si el alambre se rompiera en cualquier punto,
entonces, en la parte conectada al lado negativo
de la batería, los electrones se acumularían en el
extremo en que se rompió el alambre, mientras
que, en la otra parte, el lado positivo de la batería
atraería los electrones hacia si. Así se establecerla
una carga en la apertura, suspendiéndose el
movimiento de los electrones. La corriente cesaría
de fluir. Un circuito abierto no conducirá corriente.
•
cantidades conocidas son todos los demás
términos de la ecuación. Estos se encuentran a la
derecha del signo de igualdad.
El circuito completo (cerrado)
Si se aplicara una carga negativa en un extremo
del alambre, esta carga repelería a los electrones
libres del otro extremo del alambre. La debido a
que todo quedaría, en reposo. Para tener una
corriente eléctrica, los electrones libres deben
mande energía para aplicar cargas opuestas a ¡os
dos extremos del alambre. Entonces, la carga
negativa repelerá los electrones en todo el
alambre. En el lado positivo, los electrones serán
atraídos a la fuente; pero por cada electrón que
entre en la fuente, habrá otro electrón que ésta
suministrará al alambre por el lado negativo. Por
consiguiente, la corriente seguirá fluyendo a
través del alambre en tanto se continúe aplicando
las cargas eléctricas de la fuente de energía. A esto
se llama circuito completo o cerrado. Una batería
es una típica fuente de energía eléctrica. El circuito
debe ser completo o cerrado para que fluya la
corriente.
•
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Tensión, corriente y resistencia.
Probablemente en determinado momento sea
necesario calcular la corriente que fluye en un'
circuito. Se sabe que esto se puede hacer
mediante la ley de Ohm, de manera que lo
primero es decidir cuál de las ecuaciones de la ley
de Ohm puede usarse. Una buena práctica que
conviene establecer en este punto, es pensar en
función de cantidades conocidas e incógnitas. En
toda ecuación, la incógnita es el término cuyo
valor se quiere encontrar. Siempre es el término
que está a la izquierda del signo igual. Las
En el problema indicado, se trata de encontrar el
valor de la corriente, la ecuación de la ley de Ohm
en la cual I es la incógnita es
I = E/R
Por lo tanto, ésta es la ecuación que debe usarse
cuando se calcula la corriente en un circuito
mediante la ley de Ohm.
El diagrama del circuito de la izquierda muestra un
resistor de 20 ohms usado como carga en un
circuito con una batería de 100 volts, como fuente
de tensión. Si el resistor tiene una capacidad de
corriente máxima nominal de 8 amperes, ¿se
excederá su capacidad al cerrar el interruptor?
Después de leer la pregunta anterior y estudiar el
diagrama, -puede concluirse que en realidad son
dos preguntas: 1) ¿Qué cantidad de corriente se
produciría al aplicar una tensión de 100 volts a
través de una resistencia de 20 ohms?, y 2) ¿Es
esta corriente desconocida mayor de 8 amperes?
Para contestar la primera pregunta, la incógnita es
la corriente, por lo que se usa la ecuación
I = E/R
I = E/R = 100 volts/20 ohms = 5 amperes
La segunda pregunta se puede contestar entonces
con una simple comparación. Puesto que sólo
fluye una corriente de 5 amperes, no se excede la
capacidad de 8 amperes en el resistor.
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32
¿Qué pasará ahora si se usa un resistor de 10
ohms, también con capacidad máxima de 8
amperes? Se usa nuevamente la ecuación 1 = E/R.
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I = E/R = 100 volts/10 ohms = 10 amperes
La corriente resultante de 10 amperes excede al
límite de 8 amperes. El resistor probablemente se
quemará.
•
Flujo convencional de corriente.
Según la ley de Ohm, la resistencia se calcula por
medio de la ecuación:
R = E/I
Debe aplicarse esta ecuación a fin de seleccionar el
resistor de tamaño adecuado para conectar en un
circuito o determinar la resistencia de \ID resistor u
otra carga ya en el circuito.
En el circuito del diagrama fluye una corriente de 3
amperes cuando el reóstato se ajusta a la mitad de
su rango. ¿A cuánto debe ascender la resistencia
del circuito? Lo que en realidad se pregunta aquí
es lo siguiente: Cuál es la resistencia que, si se le
aplica una tensión de 60 volts, produciría una
corriente de 3 amperes? Puesto que la resistencia
es la incógnita, se emplea la ecuación:
R = E/l.
R = E/l = 60 volts/3 amperes = 20 ohms
En el circuito anterior, ¿cuánta resistencia tendría
que añadir el reóstato al circuito para aumentar la
corriente a 6 amperes? También en este caso, la
resistencia es la incógnita y se usa la ecuación
R = E/I
R = E/I = 60
volts/6 amperes =
10 ohms
Así pues, para duplicar el valor de la corriente, el
de la resistencia debe reducirse a la mitad.
•
Conductancia de carga
La tensión se calcula por medio de la ley de Ohm,
mediante la ecuación:
E = IR
Si el foco del circuito del diagrama tiene una
resistencia de 100 ohms y una corriente de 1
ampere en el circuito cuando se cierra el
interruptor, ¿cuál es la tensión de salida de la
batería?
Después de estudiar el diagrama del circuito se
puede ver que, en realidad, la pregunta es la
siguiente: ¿Cuál será la tensión producida por el
flujo de una corriente de 1 ampere a través de una
resistencia de 100 ohms? La tensión es la
incógnita, de manera que se aplica la ecuación
E = IR = 1 ampere X 100 ohms = 100 volts
Si la batería ilustrada en el circuito se desgasta de
manera que sólo se tienen 0.5 amperes len el
circuito, ¿cuál es la tensión de salida de la
batería?; Nuevamente se aplica la ecuación de
tensión.
E = IR = 0.5 ampere X 100 ohms = 50 volts
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33
De esto se puede concluir que, cuando la tensión
de la fuente disminuyó a la mitad, también la
corriente se redujo a la mitad.
1.3.1
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Ley de Ohm
A principios del siglo XIX, el físico alemán Georgy
Simon Ohm efectuó numerosos experimentos con
electricidad e hizo algunos de los primeros
descubrimientos importantes acerca de la
naturaleza de la resistencia eléctrica. En su honor,
la unidad de resistencia se ha llamado ohm. Se
dice que un conductor tiene una resistencia de 1
ohm cuando una fem de 1 volt produce el flujo de
una corriente de 1 ampere a través de ese
conductor. Naturalmente, si 1 volt produce
solamente % ampere de corriente, entonces el
conductor tiene 2 veces la resistencia o sea 2
ohms. Gracias a esta relación, es posible
determinar la resistencia exacta de todos los tipos,
tamaños y formas de conductores. La resistencia
puede variar desde fracciones de 1 ohm hasta
kilohms (1,000 ohms) y megohms (1.000,000
ohms). Suele usarse la letra griega omega (n)
como símbolo del ohm.
Según ya se ha indicado, puesto que la tensión
produce el flujo de corriente en un circuito cerrado
y la resistencia se opone al, flujo de ella, existe una
relación entre tensión, corriente y resistencia. Esta
relación fue determinada primeramente en una
serie de experimentos efectuados por Georg Simon
Ohm quien, según se recordará de la página 2-16
es el científico en cuyo honor se ha dado nombre
a la unidad de resistencia.
Ohm encontró que si la resistencia en un
circuito se mantenía constante y aumentaba la
tensión de la fuente, se produciría un aumento
correspondiente en la corriente. Asimismo, una
disminución en tensión produciría una
disminución en la corriente. Expresado de otra
manera,
Ohm observó que en un circuito de cc, la
corriente es directamente proporcional a la
tensión. Ohm también descubrió que si la
tensión de la fuente se mantenía constante, en
tanto que la resistencia del circuito aumentaba,
la corriente disminuía. En forma similar, una
disminución en la resistencia tendría por
resultado un aumento en la corriente. En otras
palabras, la corriente es inversamente
proporcional a la resistencia. Esta relación entre
corriente, tensión y resistencia, en un circuito
de cc se conoce como ley de Ohm y se puede
resumir como sigue: en un circuito de cc, la
corriente es directamente proporcional a la
tensión e inversamente proporcional a la
resistencia. Hablando estrictamente la ley de
Ohm es un enunciado de proporción y no una
ecuación matemática. Sin embargo, si se da la
corriente en amperes, la tensión en volts y la
resistencia en ohms, entonces la ley de Ohm se
puede expresar según la ecuación;
I = E/R
que indica que la corriente (I) es igual a ]a tensión
(E) dividida entre la resistencia (R). Hay dos formas
de esta ecuación que son muy útiles para analizar
circuitos de cc;
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34
R = E/I
que indica que ]a resistencia (R ) es igual a la
tensión (E) dividida entre ]a corriente (1) y
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orden,
limpieza,
responsabilidad.
eficiencia
y
E = IR
que establece que ]a tensión (E) es igual a la
corriente (1) multiplicada por la resistencia (R).
Gracias a estas tres ecuaciones, cuando se
conocen dos de los tres elementos del circuito, el
tercero se puede encontrar fácilmente. Es muy
importante memorizar estas tres ecuaciones. Se
usarán repetidas veces al estudiar y trabajar con
circuitos.
Realización del ejercicio
Elaborar formulario y realizar ejercicios de ley de
Ohm.
Sugerencias o Notas
Consideraciones sobre
seguridad e higiene
Realizar el trabajo en forma eficiente y
oportuna.
Practicas de Ejercicio y listas de
cotejo
Portafolio
de evidencias
El alumno, realizará los ejercicios y
prácticas incluidas en este manual con
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35
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2
GENERACIÓN DE ELECTRICIDAD
Al finalizar la unidad, el alumno identificara las
diferentes formas de producir electricidad, las
características de los resistores y condensadores
para su operación en los diferentes circuitos.
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Mapa curricular del módulo ocupacional
Aplicación de
Corriente Directa
108 Hrs.
Módul
Unidad de
Aprendizaje
Resultado de
aprendizaje
1. Introducción
a la
Electricidad.
2. Generación
de
Electricidad.
3. Introducción
al
Magnetismo
4.
Fuentes de
Alimentación
Eléctrica de
Corriente
Directa.
2.1 Identificar las diferentes formas de producir electricidad para alimentar
16 hrs.
los equipos eléctricos.
46 Hrs.
21 Hrs.
26 Hrs.
2.2 Identificar los tipos y características de los resistores para su operación
15 hrs.
en los diferentes circuitos donde se aplican.
2.3 Identificar las características y tipos de los condensadores para su
15 hrs.
operación en los diferentes circuitos.
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2. Generación de Electricidad
Sumario
Producción de electricidad
Resistencia y resistores
Capacitancia
RESULTADO DE APRENDIZAJE
2.1 Identificar las diferentes formas de producir electricidad para alimentar los equipos eléctricos.
2.2 Identificar los tipos y características de los resistores para su operación en los diferentes circuitos donde se
aplican.
2.3 Identificar las características y tipos de los condensadores para su operación en los diferentes circuitos.
carga negativa. Los iones de cinc se combinan con
iones de sulfato y los neutralizan, de manera que
Identificar las diferentes formas de producir
ahora la solución de iones de sulfato tienen más
electricidad para alimentar los equipos
cargas positivas. Los iones positivos de hidrógeno
eléctricos.
atraen a electrones libres de la barra de cobre para
neutralizar nuevamente la solución. Pero ahora la
2.1 Producción de electricidad por acción química
barra de cobre tiene una deficiencia de electrones,
por lo que presenta una carga positiva.
Las substancias químicas pueden combinarse con
ciertos metales para iniciar una actividad química
en la cual habrá transferencia de electrones,
produciéndose cargas eléctricas. Esta es la forma
en que funciona una batería ordinaria. El proceso
se basa en el principio de la electroquímica. "Un
ejemplo es la pila húmeda básica. Cuando en un
recipiente de cristal se mezcla ácido sulfúrico con
agua (para formar un electrolito} el ácido sulfúrico
se separa en componentes químicos de hidrógeno
(H) y sulfato (SO,), pero debido a la naturaleza de
• Pilas
la acción química, los átomos de hidrógeno son
iones positivos (Ht) y los átomos de sulfato son
Otra fuente de energía usada comúnmente es la
iones negativos (S04-2). El número de cargas
acción química de las pilas eléctricas.
positivas y negativas son iguales, de manera que
toda la solución tiene una carga neta nula. Luego,
La pila suele usarse para obtener corriente eléctrica
cuando se introducen en la solución barras de
portátil o para casos de emergencia. Toda linterna
cobre y cinc, estas reaccionan con ella.
o equipo eléctrico portátil emplea pilas como
fuente de energía. Las pilas constituyen la principal
El cinc se combina con los átomos de sulfato; y
fuente de electricidad de los submarinos
puesto que esos átomos son negativos, la barra de
modernos. Además existe una amplia gama de
cinc transmite iones de cinc positivos (Zn+); los
equipos que utilizan pilas como fuente de energía
electrones procedentes de los iones de cinc
normal o de emergencia. Una de las causas
quedan en la masa de cinc de manera que la barra
comunes de falla en los equipos son las pilas
de cinc tiene un exceso de electrones, o sea, un
“descargadas”, fallas que pueden ser muy graves.
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38
Las pilas secas y baterías se dividen en dos tipos:
pilas primarias y pilas secundarias.
Observando las partes de la pila y los electrones
dentro de ella vería que el líquido, que se
denomina electrolito, lleva electrones a una placa y
los saca de la otra. Esta acción da como resultado
la acumulación de un exceso de electrones o carga
negativa en una de las placas de manera que al
conductor adherido a .esa placa se lo denomina
terminal negativa. La otra placa pierde electrones
.Y adquiere carga positiva, de modo que el
conductor adherido a ella se llama terminal
positiva.
La acción del electrolito al llevar electrones de una
placa a otra es en realidad una reacción química
entre el electrolito y las dos placas. Esta acción
convierte la energía química en cargas eléctricas en
las placas y terminales de la pila.
Si las terminales de la pila no están conectadas,
verá que los electrones se acumulan en la placa
negativa hasta que no caben más. El electrolito
tomará de la placa positiva una cantidad de
electrones igual a la que acumuló en la placa
negativa. Entonces ambas placas estarán cargadas
al máximo y no habrá movimiento de electrones
entre ellas.
Al conectar un conductor entre las terminales
negativa y positiva de la pila, los electrones de la
terminal negativa la abandonan y viajan por el
conductor hasta la terminal positiva. Dado que
ahora habrá más lugar en la terminal negativa, el
electrolito transportará más electrones desde la
placa positiva a la negativa. Mientras los electrones
sigan abandonando la terminal negativa podrá
viajar a la terminal positiva por fuera de la pila, el
electrólito continuará llevando electrones de la
placa positiva a la placa negativa dentro de la pila.
Mientras el electrólito transporta electrones, verá
que la placa negativa se va Corroyendo y que
aparecen burbujas en la terminal positiva.
Eventualmente la placa negativa se disolverá por
completo en el electrólito debido a la acción
química, y la pila quedará "muerta" o incapaz de
suministrar carga hasta que se reemplace la placa
negativa. Por este motivo a esta pila se la llama
pila primaria, lo que significa que una vez
descargada por completo ya no se la puede volver
a cargar si no se utilizan materiales nuevos.
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Como placas para pilas primarias se pueden
emplear carbón y la mayoría de los metales,
mientras que como electrólito se pueden utilizar
ácidos o compuestos salinos. Las pilas secas, como
las de las linternas, son pilas primarias.
En las pilas primarias pueden emplearse casi todos
los metales, ácidos y sales. Muchos tipos de pilas
primarias se usan en laboratorios y con fines
especiales, pero la que habrá utilizado usted y que
utilizará con mayor frecuencia es la pila seca.
Utilizará pilas secas de distintos tamaños, formas y
pesos, desde la pila de la linterna tipo lápiz hasta
la pila extra grande de las linternas de emergencia.
Cualquiera sea su tamaño, siempre encontrará que
el material empleado y el funcionamiento de toda
pila seca son los mismos.
En el interior de una pila seca, encontrada que
consiste en un recipiente de cinc que hace las
veces de placa negativa, una varilla de carbón
suspendida en el centro del recipiente como placa
positiva, y una solución de cloruro de amonio en
pasta como electrolito. En el fondo del recipiente
de cinc hay un círculo de cartón alquitranado Para
impedir que la varilla de carbón toque el recipiente
de cinc. En la parte superior el recipiente
contendrá capas de aserrín, arena y resina. Estas
capas sirven Para mantener a la varilla de carbón
en su lugar e impedir la filtración del electrolito.
Cuando la pila seca suministra electricidad, el
recipiente de cinc y el electrólito se van gastando
gradualmente. Una vez desaparecidos el cinc útil y
el electrólito, la pila ya no puede dar carga y debe
cambiarse por otra. Las pilas de este tipo son
herméticas y se pueden almacenar por cierto
tiempo sin que se deterioren. Cuando se conectan
varias de estas pilas, se las llama batería seca.
Como no se puede utilizar pilas secas para
suministrar grandes cantidades de corriente, usted
las encontrará solamente donde se les da un uso
infrecuente o de emergencia.
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La batería o acumulador de pilas secundarias
puede suministrar grandes cantidades de energía
por breve tiempo y se la puede volver a cargar. Las
baterías de este tipo requieren mayor atención y
cuidado que las baterías de pilas secas, pero se las
emplea ampliamente en equipos en los cuales se
necesitan cantidades de electricidad por periodos
cortos de tiempo.
Las pilas secundarias de las baterías acumuladores
son del tipo de plomo. En esta pila el electrolito es
ácido sulfúrico, mientras que la placa positiva es
peróxido de plomo y la negativa de plomo.
Durante la descarga de la pila, el ácido se va
diluyendo y ambas placas se modifican
químicamente, transformándose en sulfato de
plomo.
El recipiente de la pila de plomo es de baquelita o
vidrio, que impide la corrosión y las pérdidas de
ácido. En un espacio situado en el fondo se
acumula el sedimento formado a medida que se
va utilizando la pila. La tapa del recipiente se
puede levantar y sirve de soporte para las placas.
Debido a que los materiales activos no tienen
suficiente rigidez como para poderlos montar
independientemente, se emplea una rejilla especial
de metal inactivo para sostenerlos. Para obtener el
máximo de acción química es deseable una gran
superficie de placa, de manera que cada placa
positiva está entrelazada entre dos placas
negativas. En una pila secundaria típica se
encontrará siete placas positivas unidas a un
soporte común, entrelazadas con ocho placas
negativas adheridas a un soporte distinto. Los
separadores, que se hacen de madera o vidrio
poroso, mantienen separadas a cada una de las
placas positivas y negativas dejando pasar entre
ellas al electrolito.
Las placas positivas y negativas están aseguradas a
la tapa del recipiente, que, a su vez, se mantiene
en su lugar mediante un alquitrán especial
resistente al ácido. En la tapa hay un orificio con
un tapón por el cual se agrega agua al electrolito
para reemplazar el agua que se evapora. El tapón,
a su vez, tiene un pequeño agujero de ventilación
para permitir la salida de gas, porque cuando la
pila funciona se forma gas en la placa positiva.
Estas pilas requieren terminales y conductores más
grandes porque suministran grande cantidades de
electricidad. Las conexiones y terminales se hacen
con barras de plomo porque los otros metales
sufrirían rápidamente la corrosión debido al
electrolito ácido.
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40
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•
Acumuladores
La batería es una de las fuentes de energía más
importantes en la actualidad debido a que
produce energía por si sola. Esta es una ventaja
que no tiene ninguna de las demás fuentes de
energía. A todas éstas primero hay que
alimentarlas con energía de fuera por ejemplo
calor, luz o energía mecánica, antes de que
puedan producir electricidad. En cambio, la
energía eléctrica de la batería se produce por la
energía química contenida dentro de ella misma.
La batería se usa fundamentalmente cuando se
necesita una fuente de energía que sea portátil;
por ejemplo, en lámparas y linternas, en el sistema
eléctrico de un automóvil, en fotografía para
encender los bulbos aviones y barcos, juguetes,
relojes, relojes de pulso, etcétera. De hecho, la
batería es la fuente de energía más versátil que
existe en la actualidad. La batería también sirve
como fuente de voltaje, calibrada en un voltaje
estándar. Típica de esta aplicación es la celda
estándar que usa el National Bureau of Standards
para establecer otras unidades de electricidad,'tales
como el ohm y el ampere.
Básicamente, las baterías se clasifican en primarias
o secundarías según la manera como convierten su
energía química en energía eléctrica. La batería
primaria convierte energía química directamente
en energía eléctrica, usando los materiales
químicos que se hallan dentro de la celda para
iniciar la acción. La batería secundaria debe
cargarse primeramente con energía eléctrica, antes
de que pueda convertir energía química en energía
eléctrica. La batería secundaria suele llamarse
acumulador, ya que almacena ("acumula") la
energía que se le suministra.
Las baterías se clasifican también en celdas
húmedas o celdas secas. En la batería de celda
húmeda se utilizan substancias químicas en estado
líquido, en tanto que las celdas llamadas secas
contienen una pasta química, La celda es la unidad
básica de una batería. Una batería a menudo
consta de numerosas celdas conectadas de
manera que alimenten un voltaje o corriente
mayor que la que pueda proporcionar una sola
celda. Sin embargo, actualmente se utilizan
indistintamente los términos celda y batería.
La batería primaria se usa principalmente cuando
se requiere una cantidad limitada de corriente.
Probablemente las baterías primarias más
comunes son las celdas secas. La batería
secundaria generalmente son celdas húmedas.
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41
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automáticos y fuentes de soda.
•
Fotoceldas
Las fotoceldas son pequeños dispositivos que
producen variación eléctrica en respuesta a un
cambio en la intensidad luminosa. Las fotoceldas
pueden
clasificarse
en:
fotovoltaicas
y
fotoconductoras.
•
Luz solar o fotoeléctrica.
Se puede producir electricidad utilizando como
fuente de energía la luz, que se convierte en
electricidad. Cuando la luz incide sobre ciertos
materiales, éstos pueden conducir cargas
eléctricas con mayor facilidad, desarrollar carga
eléctrica, emitir electrones libres o convertir luz en
calor.
El más útil de estos efectos es la producción de
una carga eléctrica por una célula fotoeléctrica
cuando la luz llega al material fotosensible de la
célu1a.
La célula fotoeléctrica es un "sandwich" o disco
metálico compuesto por tres capas de material.
Una de las capas externas es de hierro. La otra
capa externa es una película de material
transparente o semitransparente que permite el
paso de la luz. La capa central consiste en una
aleación de selenio. Las dos capas externas hacen
las veces de electrodos. Cuando se enfoca el haz
de luz sobre la aleación de selenio a través del
material transparente, se produce una carga
eléctrica entre las dos capas externas. Si se
conecta un medidor entre esas capas se puede
medir la cantidad de carga. Una aplicación directa
de este tipo de célula es el fotómetro común, que
se utiliza en fotografía para determinar la
cantidad de luz presente
La célula fotoeléctrica, comúnmente denominada
"ojo eléctrico" o "célula PE", acciona en base al
principio de la célula fotosensible. Sin embargo, la
célula fotoeléctrica depende de una batería o de
alguna otra fuente de electricidad en su función
de determinar variaciones de luz. La célula
fotosensible tiene muchas aplicaciones, algunas de
las cuales son los aparatos automáticos para
reducir la luz de los faros de los automóviles,
máquinas cinematográficas, abridores de puertas
Una celda fotovoltaica es una fuente de engría
cuyo voltaje de salida varia en relación a la
intensidad luminosa en su superficie.
•
Electricidad producida por luz
La luz en si misma es una forma de energía y
muchos científicos la consideran formada de
pequeños "paquetes" de energía llamados fotones.
Cuando ^fotones de un rayo luminoso inciden
sobre un material liberan su energía. En algunos
materiales, la energía procedente de los fotones
puede ocasionar la liberación de algunos
electrones de los átomos. Materiales tales como
potasio, sodio, cesio, litio, selenio, germanio,
cadmio y sulfuro de plomo, reaccionan a la luz en
esta forma. El efecto fotoeléctrico se puede usar
de tres maneras:
1. Fototensión
La energía fotónica de un rayo de luz puede
causar la liberación de electrones de la superficie
de un cuerpo que se encuentra en un tubo de
vació. Entonces la placa recoge estos electrones.
2. Fotovoltaica
La energía luminosa que se aplica sobre una de
dos placas unidas, produce la transmisión de
electrones de una placa a la otra. Entonces las
placas adquieren cargas opuestas, en la misma
forma que una batería.
3. Fotoconducción
La energía luminosa, aplicada a algunos materiales
que normalmente son malos conductores, causa
la liberación de electrones en los materiales, de
manera que éstos se vuelven mejores conductores.
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42
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•
Calor o termoeléctrica
Debido a que algunos materiales liberan
fácilmente sus electrones y otros materiales los
aceptan, puede haber transferencia de electrones,
cuando se ponen en contacto dos metales
distintos,
por
ejemplo:
Con
metales
particularmente activos, la energía calorífica del
ambiente a temperatura normal es suficiente para
que estos metales liberen electrones. Por ejemplo,
el cobre y el cinc se comportan de esta manera.
Los electrones saldrán de los átomos de cobre y
pasarán al átomo de cinc. Así pues, el cinc
adquiere un exceso de electrones, por lo que se
carga negativamente. El cobre, después de perder
electrones, tiene una carga positiva. Sin embargo,
las cargas originadas a la temperatura ambiente
son pequeñas, debido a que no hay suficiente
energía calorífica para liberar más que unos
cuantos electrones. Pero, si se aplica calor a la
unión de los dos metales para suministrar más
energía, se liberarán más electrones. Este método
es llamado termoelectricidad. Mientras mayor sea
el calor que se aplique, mayor será la carga que se
forme. Cuando se retira la fuente de calor, los
metales se enfriarán y las cargas se disiparán. El
dispositivo descrito recibe el nombre de termopar.
Cuando se unen entre sí varios termopares, se
forma una termo pila.
•
Termocuplas y pirómetro
El dispositivo más común para medir temperatura
en procesos industriales es la termocup/a. Una
termocupla es un par de conductores metálicos
distintos unidos entre sí formando una bucla
completa como se muestra en la Figura (a).
Los conductores distintos tienen dos puntos de
unión, uno a cada lado de la buela. Una unión,
denominada la unión caliente, está sometida a la
alta temperatura y la otra unión, la unión fría, está
sometida a una baja temperatura. Cuando se hace
esto, se crea un pequeño voltaje neto en la buela;
este voltaje es proporcional a la diferencia entre la
temperatura de las dos uniones.
Lo que sucede en una buela de termocupla es
que se produce un pequeño voltaje en cada unión
de los metales distintos, debido a un fenómeno
no muy claro denominado el efecto Seebeck.
Entre mayor sea la temperatura de la unión,
mayor es el voltaje producido por dicha unión.
Además, la relación entre el voltaje y la
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43
temperatura es aproximadamente lineal; es decir
un aumento dado en temperatura produce un
aumento dado en voltaje. La constante de
proporcionalidad entre el voltaje y la temperatura
depende del par de metales que se utilicen. Dado
que una buela completa siempre tiene dos
uniones, se producen dos voltajes. Estos voltajes
se oponen entre sí en la buela, tal como lo
muestra la Figura anterior (b). El voltaje neto
disponible para manejar una corriente a través de
la resistencia de la buela es la diferencia entre los
dos voltajes individuales de las uniones, los cuales
dependen de la diferencia entre las dos
temperaturas de las uniones.
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Para medir la diferencia de temperatura,
solamente es necesario abrir la buela en un punto
conveniente (en algún punto frío) e insertar un
voltímetro. El voltímetro debe ser bastante
sensible dado que el voltaje producido por una
buela de termocupla está en el rango de los
milivoltios. Entonces la lectura de voltaje puede
convertirse en una medida de temperatura
Investigación documental
Investigar las diferentes formas de producir
electricidad para alimentar los equipos eléctricos.
•
Presión o piezoeléctrica.
Cuando se aplica presión a algunos materiales, la
fuerza de la presión pasa través del material a sus
átomos, desalojando los electrones de sus órbitas
y empujándolos en la misma dirección que tiene la
fuerza. Estos huyen de un lado del material y se
acumulan en el lado opuesto Así pues, se originan
cargas positivas y negativas, en los lados opuestos.
Cuando cesa la presión, los electrones regresan a
sus órbitas, Los materiales se cortan en
determinadas formas para facilitar el control de las
superficies que habrán de cargarse; algunos
materiales reaccionarán a una presión de flexión
en tanto que otros responderán a una presión de
torsión
Piezoelectricidad es el nombre que se da a las
cargas eléctricas producidas por el efecto de la
presión. Pieza es un término que se deriva de la
palabra griega que significa presión. El efecto es
más notable en los cristales por ejemplo sales de
Rochelle, y en ciertas cerámicas como el titanio de
bario. Los cristales piezoeléctricos se usan en
algunos micrófonos y en pastillas de fonógrafo.
2.1.1.
•
Producción
de
electricidad
magnetismo o electromagnética.
por
Inducción electromagnética
Todos conocen los imanes, y los han manejado
alguna que otra vez. Por lo tanto, podrán haber
observado que, en algunos casos, los imanes se
atraen y en otros casos se repelen. La razón es que
los imanes tienen campos de fuerza que actúan
uno sobre otro recíprocamente.
La fuerza de un campo magnético también se
puede usar para desplazar electrones. Este
fenómeno
recibe
el
nombre
de
magnetoelectricidad; a base de éste un generador
produce electricidad. Cuando un buen conductor,
por ejemplo, el cobre, se hace pasar a través de un
campo magnético, la fuerza del campo
suministrará la energía necesaria para que los
átomos de cobre liberen sus electrones de
valencia. Todos los electrones se moverán en cierta
dirección, dependiendo de la forma en que el
conductor cruce el campo magnético; el mismo
efecto se obtendrá si se hace pasar el campo a lo
largo del conductor. El único requisito es que haya
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44
un movimiento relativo entre cualquier conductor
y un campo magnético.
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Observación
Identificar la producción de electricidad
de forma magnética o electromagnética
Identificar los tipos y características de los
resistores para su operación en los diferentes
circuitos donde se aplican
2.2 Resistencia y resistores
•
•
Movimiento.
•
Electricidad producida por fricción
Este es el método que fue descubierto por los
griegos, y que ya ha sido descrito en este mismo
libro. Una carga eléctrica se produce cuando se
trotan uno con otros dos pedazos de ciertos
materiales; por ejemplo seda y una varilla de
vidrio, o cuando uno se peina el cabello. ¿Alguna
vez ha camino el lector sobre una alfombra y
experimentado una descarga eléctrica al tocar una
perilla metálica? Las suelas de los zapatos se
cargan al frotarlos sobre la alfombra y esta carga
se transfiere a la persona que, luego, se descarga
en la perilla. Estas cargas reciben el nombre de
electricidad estática, la cual se produce cuando un
material transfiere sus electrones a otro.
Resistencia y factores que la afectan.
El término conductancia se usa para describir el
grado de eficacia con que un material permite el
flujo de la corriente. Cuanto más alta sea la
clasificación de conductancia de un metal, mayor
cantidad de comente conducirá. De la misma
manera, cuanto más baja sea la clasificación de
conductancia de un metal, menor será la comente
que conduzca. Otra forma en que se puede
expresar esto es diciendo que los materiales de
baja conductancia se oponen o resisten al flujo de
la comente eléctrica. Algunos materiales, pues,
ofrecen mayor resistencia al flujo de los electrones
que otros. En realidad ésta es la forma en que se
clasifican los materiales en el campo de la
electricidad. Los buenos conductores tienen baja
resistencia y los buenos aisladores, tienen alta
resistencia.
Esto es algo que aún no se entiende
perfectamente. Pero una teoría dice que en la
superficie de un material existen muchos átomos
que no pueden combinara con otros en la misma
forma en que lo hacen, cuando están dentro del
material; por lo tanto, los átomos superficiales
contienen algunos electrones libres, esta es la
razón por la cual los aisladores, por ejemplo vidrio
y caucho, pueden producir cargas de electricidad
estática La energía calorífica producida por la
fricción del frotamiento se imparte a los átomos
superficiales que entonces liberan los electrones
Esto se conoce como efecto triboeléctrico.
Realización del ejercicio
•
Diferentes conductores
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45
Puesto que los diferentes metales tienen diferentes
clasificaciones de conductancia, también deben
tener diferentes clasificaciones de resistencia. Las
clasificaciones de resistencia de los diferentes
metales se pueden determinar experimentando
con un trozo estándar de cada metal en un
circuito eléctrico. Si de cada uno de los metales
más comunes se corta una pieza de tamaño
estándar o normal y luego se conectan una por
una a una batería, se podrá observar que fluirán
diferentes cantidades de corriente. Cada material
ofrece una resistencia diferente al movimiento de
los electrones.
El tamaño normal que generalmente se utiliza
para probar la resistencia de los metales es un
cubo de un centímetro por lado. La. Gráfica de
barras muestra la resistencia de algunos metales
comunes en comparación con el cobre. La plata es
mejor conductor que el cobre debido que el cobre,
por lo que el cobre conducirá 60 veces más
corriente que el nicróm el en caso de conectarlos
a la misma batería, primero uno y luego el otro.
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electrones disponibles, mediante una pieza de
metal más gruesa de manera que fluya más
corriente.
Un trozo de cobre de 2 centímetros de altura y 1
centímetro de anchura tendrá el doble de
electrones libres disponibles a lo largo del punto
en que se mide la comente que un trozo de cobre
de sólo 1 centímetro de altura y 1 centímetro de
anchura. El cobre que tiene dos veces la altura del
otro conducirá el doble de la corriente. Si se usa
cobre de 2 centímetros de anchura, se duplicará la
corriente y nuevamente la resistencia se reducirá a
la mitad. Cuando se aumenta la anchura o la
altura de una pieza de metal, se aumenta su área
transversal. Cuanto mayor sea el área transversal
de un conductor, más baja será su resistencia.
•
•
Reducción de la resistencia
En realidad, la resistencia de todo material
depende del número de electrones libres que
tenga. Si se tiene presente, se recordará que la
corriente eléctrica se mide en amperes; un ampere
es 6,280,000,000,000,000,000 electrones libres
por segundo que pasan por determinado punto de
un conductor. Por lo tanto, un buen conductor
debe tener el número suficiente de electrones
libres para permitir el flujo de vanos amperes.
Puesto que la corriente es una medida de los
electrones que pasan por un punto en un
conductor, se puede hacer que haya más
Aumento de la resistencia
Al aumentar el área transversal de un conductor,
habrá un mayor número de electrones libres para
corriente disminuyendo la resistencia del
conductor. De ahí se podría suponer que al
cambiar la longitud de un trozo de cobre,
sucedería lo mismo. Sin embargo, esto no ocurre
así. Aunque un trozo de cobre más largo tenga
más electrones libres en toda su extensión, los
electrones libres adicionales no están a lo largo de
la línea de medición de corriente. En realidad,
cada longitud de conductor tiene cierta cantidad
de resistencia y cuando se agrega una longitud
adicional de cobre, se está aumentando la
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46
resistencia. Cuanto más largo sea un alambre,
mayor resistencia tiene.
•
Cómo se controla la resistencia
Ahora puede verse que la resistencia de un
alambre será mayor mientras más largo sea éste, y
menor mientras más corto. También se puede
reducir la resistencia aumentando su sección
transversal o elevarla disminuyendo su sección
transversal. Si se duplica la longitud, se duplicará
la resistencia. Debido a esta relación, se dice que la
resistencia de un alambre es directamente
proporcional a su longitud.
Si se duplica el área transversal del alambre, se
reducirá la resistencia a la mitad. En consecuencia,
se dice que la resistencia de un alambre es
inversamente
proporcional
a
su
sección
transversal. Así pues, eligiendo el material
apropiado para un conductor y haciéndolo de
cierta sección transversal y determinada longitud,
se puede producir cualquier clase de efecto de
resistencia que se desee.
•
Coeficiente de conductancia.
No todos los materiales conducen la corriente con
la misma eficacia si se recuerda algo de la teoría
eléctrica básica se sabrá que existen dos clases
básicas de material que interesan en materia de
electricidad. Estos son los conductores y los
aisladores. Los conductores facilitan el flujo de la
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corriente y los aisladores se oponen a este flujo. La
razón de esto es que los conductores tienen
muchos electrones libres.
La mayor parte de los metales son buenos
conductores. Sin embargo algunos son mejores
que otros debido a que no todos tienen el mismo
numero de electrones libres. La facilidad con que
un metal deja fluir la comente se describe con el
término conductancia. Si se usa la misma fuente
de tensión con metales diferentes, por los metales
con alta conductancia fluirá una corriente mayor.
La gráfica de barras da la conductancia comparada
de algunos metales similares. La plata tiene la
conductancia más elevada; pero como el cobre se
usa con mayor frecuencia que la plata porque
cuesta menos; al cobre se le da una clasificación
de conductancia de 1 ya los otros metales se les
dan valores en comparación con el del cobre. Por
ejemplo, el tungsteno que se usa en los focos, sólo
tiene 0.312 de la conductancia del cobre. Por lo
tanto, el cobre dejará fluir más de 3 veces la
cantidad de corriente que el tungsteno si ambos se
conectan a la misma fuente de energía eléctrica.
•
Tipos de resistores.
•
Resiores
Con frecuencia ocurre que, si se conecta una carga
a una fuente de tensión dada, puede fluir
demasiada Corriente en el circuito. Esto podría
suceder si la resistencia de la carga fuese muy baja
o la tensión de salida de la fuente, muy alta. La
corriente puede reducirse, bajando la tensión de la
fuente; sin embargo, esto es generalmente
imposible, o por lo menos impráctico. Como ya se
sabe, la única otra forma que existe para disminuir
la corriente, es agregar resistencia al circuito, lo
cual se puede hacer aumentando la resistencia de
la fuente de tensión, de la carga o de los
conductores de conexión. Sin embargo, las
resistencias de la fuente y la carga son intrínsecas
a los dispositivos y no se pueden cambiar. Sólo
quedan los conductores; pero su resistencia es tan
baja que se necesitarían muchos kilómetros de
alambre para agregar unos cuantos cientos de
ohms a un circuito. Naturalmente, se pueden usar
conductores de mayor resistencia y, de hecho, a
esto se recurrió en el pasado para ciertas
aplicaciones. Sin embargo, si siempre se hiciera
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47
esto, aumentaría grandemente el número de tipos
diferentes
de
conductores
usados
para
interconectar circuitos eléctricos. Así pues, lo que
se necesita es un método para sumar fácilmente
varias cantidades de resistencia a un circuito sin
cambiar drásticamente su tamaño físico ni los
materiales usados para construirlo. Los resistores
son los componentes del circuito eléctrico que
se usan para lograrlo.
•
Uso de los resistores
Los resistores se usan para aumentar resistencia a
un circuito eléctrico. Básicamente, son materiales
que ofrecen una alta resistencia al flujo de la
comente. Los materiales que más se usan en los
resistores son el carbón y aleaciones especiales de
metal tales como nicromo, constantano y
manganana. Un resistor se conecta a un circuito
de tal manera que la comente de circuito pase a
través de él y también a través de la carga de la
fuente. Entonces, la resistencia total del circuito es
la suma de las resistencias individuales de la carga,
la fuente, los conductores de conexión y el resistor.
De lo anterior, es posible concluir que, con sólo
agregar el resistor apropiado a un circuito, puede
cambiarse la resistencia de éste casi a cualquier
valor.
•
Tolerancia
La característica básica de cualquier resistor es el
número de ohms de resistencia que tiene. A esto
se le llama valor del resistor y normalmente está
marcado sobre el resistor, de alguna manera. Pero,
en realidad, el valor marcado en un resistor es sólo
un valor "nominal". El valor real puede ser un poco
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más alto o más bajo. La razón es que los resistores
por lo general se fabrican en serie y, como todos
los productos de este tipo, puede haber
variaciones durante su manufactura. Para tomar
en cuenta estas variaciones, los resistores se
marcan con una tolerancia.
La tolerancia de un resistor generalmente se
representa por un porcentaje que indica cuánto
puede variar la resistencia efectiva en relación con
el valor nominal de resistencia. Así pues, como a
un resistor marcado con 100 ohms y una
tolerancia de 10%, en realidad podría tener un
valor de resistencia en algún punto entre 90 y 110
ohms. Las tole- rancias más comunes son 20, 10,
5 y \%, Como puede deducirse de lo anterior,
cuanto menor sea la tolerancia, más caro será el
resistor.
•
Dosificación de corriente
Como ya se sabe, una corriente que fluye en un
alambre genera calor en éste. La causa de esto es
la resistencia del alambre. Cuanto mayor sea esta
resistencia, mayor cantidad de calor se produce.
En un resistor, la resistencia está concentrada en
un área pequeña, de modo que el calor generado
por el paso de la comente también se concentra
en un área pequeña. Como resultado, un resistor
puede calentarse mucho cuando se conecta a un
circuito. Esto significa que debe tener capacidad
para resistir el calor generado o bien de expulsarlo
hacia el ambiente exterior. Si no puede hacerse
ninguna de estas dos cosas, a la larga puede
dañarse o destruirse. Aun en el caso de que el
calor no sea tan intenso como para dañar el
resistor, puede causar un cambio considerable en
la resistencia ya que, si el lector recuerda, cuando
la temperatura cambia, la resistencia de todos los
materiales también cambia.
Cada resistor tiene su dosificación de corriente
máxima y no debe usarse en un circuito que lleve
más de esta corriente máxima. En caso contrario,
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48
el resistor puede quemarse. La clasificación de
comente de un resistor normalmente equivale a la
clasificación en watts del propio resistor.
•
Tipos de resistores
Con base en lo que ya se sabe de resistores, podría
pensarse que la selección de un resistor para un
circuito es una cuestión sencilla; sólo se trataría de
escoger aquel que tuviera la resistencia y la
tolerancia adecuadas y que también pudiera
conducir la corriente del circuito sin quemarse.
Aunque estas consideraciones son importantes, no
son las únicas que deben hacerse. Existen muchas
más, tales como costo del resistor, su solidez,
cómo está montado en un circuito y la
consideración de si el tiempo o el uso prolongado
habrán de causar cambios en el valor de su
resistencia. Así pues, deben considerarse muchos
puntos cuando se selecciona un resistor. Sin
embargo, no todos esos puntos son importantes
en todos los casos.
Por ejemplo, el costo de los resistores para un
pequeño radio de mesa puede ser muy importante
para el fabricante, pero no sus tolerancias. Si se
fabricara un solo tipo de resistor que pudiera
usarse en todos los circuitos y en toda
circunstancia, sería muy costoso y tendría muchas
características
que
frecuentemente
serían
innecesarias. En lugar de ello, se fabrican
diferentes tipos de resistores, cada uno de ellos
adecuado para ciertos usos.
La mayor parte de los resistores que se usan
actualmente son de uno de dos tipos básicos:
resistores de composición o resistores devanados.
Sin embargo, cada vez se usa más un tercer tipo,
llamado resistores de película.
•
Resistores de composición
En la mayor parte de los casos en que se emplea
un resistor, los requisitos no son difíciles de
satisfacer y lo que se necesita es un resistor que
cumpla su función en la forma más económica
posible. El tipo de resistor que se usa con más
frecuencia en estos casos es el resistor de
composición. El tipo más común de resistor de
composición consta esencialmente de un elemento
de resistencia de carbón pulverizado, una caja
plástica para sellar y proteger al elemento de
resistencia y terminales para conectar el resistor en
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el circuito según puede apreciarse en la gráfica de
barras el carbón tiene una resistencia de 2,030
veces superior a la del cobre. Por lo tanto, sólo se
necesitan pequeñas cantidades de carbón para
obtener una alta resistencia. El carbón pulverizado
se mezcla con un material aislante, y el valor del
resistor depende de las cantidades relativas de
carbón y material aglutinante que se usen.
Los resistores de composición ir hacen con valore,
de resistencia que varían desde menos de 10 ohms
hasta más de 20 millones de ohms (20mohms) y
con tolerancias de 20, 10 y 5%. No pueden
transmitir altas corrientes, sin sobrecalentarle y
tienen elevado, coeficientes de temperatura. Sin
embargo, tienen ventajas por su tamaño reducido,
solidez y bajo costo. En general, los resistores de
composición se usan en aplicaciones en lasa que
no se manejan corrientes elevadas ni se requieren
tolerancias estrechas.
•
Resistores devanados
Las dos desventajas principales de los resistores de
composición son su limitada capacidad de
conducción de comente y la dificultad de
construirlos con tolerancias bajas. Sin embargo,
ambas limitaciones se pueden superar aunque con
un aumento en costo, utilizando alambre especial
de resistencia, en lugar de carbón pulverizado.
Generalmente se necesitan tramos largos de
alambre para obtener los valores de resistencia
necesarios; para mantener a] resistor en el valor
mínimo posible, el alambre se devana sobre un
núcleo. Los resistores así elaborados, reciben el
nombre de resistores devanados (de alambre).
Existen dos tipos básicos de resistores devanados:
el de potencia y el de precisión. El de potencia se
usa para circuitos que tienen grandes corrientes,
en tanto que el de precisión se usa cuando se
requieren resistencias con tolerancias muy
pequeñas. Esencialmente, ambos tipos se
construyen devanando alambre de aleación
especial sobre un núcleo aislante aplicando
después un recubrimiento de cerámica plástica u
otro tipo de material aislante. Los extremos del
devanado están unidos a casquillos metálicos en
ambos extremos del núcleo. Los casquillos tienen
alguna forma de terminal para conectar el resistor
a un circuito. Las altas corrientes que se usan con
resistores de potencia generan gran cantidad de
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49
calor, el cual debe ser transferido a ambiente
circundante, o disipado.
Por consiguiente, estos resistores son grandes, ya
que mientras mayor superficie externa tenga un
cuerpo, mayor cantidad de calor puede transferir.
Los resistores devanados de potencia se hacen
para valores de resistencia que varían desde unos
cuantos hasta miles (K) de ohms, con tolerancias
de 10 ó 20'%. Los resistores devanados de
precisión se hacen para valores bajos de
resistencia, desde 0.1 ohm y con tolerancias tan
pequeñas como 0.1%. Para obtener tolerancias
tan pequeñas, se usan materiales y métodos de
construcción caros y, como resultado, los
resistores de precisión también son caros.
•
Resistores de película
Los resistores de película se pueden considerar
como intermedios entre los resistores de
composición y los resistores devanados de
precisión.
Tienen algo de la precisión y la
estabilidad del tipo devanado, pero son más
pequeños, sólidos y baratos.
Los resistores de película generalmente se fabrican
depositando, mediante un proceso especial, una
película delgada de material de resistencia sobre
un tubo de vidrio o cerámica, Las terminales para
conectar el resistor al circuito se conectan a
casquillos en los extremos del tubo. Luego se
moldea una capa aislante alrededor de la unidad
para protegerla. La resistencia de un resistor de
película está determinada por el material usado
para la película y el espesor de ésta. En general los
espesores
varían
desde
0.00025
hasta
0.00000025 milímetros. Por tal motivo, a estos
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resistores se les llama frecuentemente resistores de
película delgada.
•
Resistores fijos
Hasta ahora se ha hablado de la forma en que se
clasifican los resistores según los materiales usados
para sus elementos de resistencia. Pero existe otra
forma de clasificarlos, dependiendo de que el valor
de resistencia sea fijo e invariable, o bien variable.
Los tipos de resistores que acabamos de describir
tienen dos puntas, conectadas cada una de ellas a
un extremo del elemento de resistencia; cuando
estos resistores se conectan en un circuito, todo su
valor de resistencia se agrega al del circuito. Puede
concluirse, pues, que un resistor fijo sólo tiene un
valor de resistencia. Sin embargo, existe un tipo
especial de resistor fijo que tiene más de un valor.
Este tipo, además de las terminales en los
extremos del elemento de resistencia, tiene una o
más terminales adicionales en puntos intermedios
entre los extremos del elemento. Conectando
diferentes terminales a un circuito, se pueden
obtener diferentes valores de resistencia. Sin
embargo, cada una de estas resistencias diferentes
sigue siendo por si misma una resistencia fija. Este
tipo de resistor recibe el nombre de resistor con
derivación. Los resistores fijos pueden ser del tipo
de composición, devanados o de película.
•
Resistores ajustables
Según se dijo en las páginas anteriores, puede
concluirse que un resistor fijo no tiene flexibilidad
por lo que respecta a su valor de resistencia. Tiene
un valor, que no puede ser cambiado o variado. El
resistor con derivación ofrece cierta flexibilidad, ya
que se puede obtener más de un valor de
resistencia de él. Sin embargo, el número de
valores de resistencia que se pueden obtener de
un resistor con derivación generalmente está
limitado a tres o cuatro. En muchas aplicaciones,
lo conveniente es un resistor del cual se pueda
obtener un rango de valores de resistencia, desde
O hasta algún máximo; por ejemplo, un resistor
que puede ajustarse a cualquier valor de O a 100
ohms, o quizá de O a 25 K. Un tipo de resistor que
ofrece esta flexibilidad es el resistor ajustable. Un
resistor ajustable es similar a un resistor fijo,
devanado con derivación, excepto que todo el
devanado o parte de él está expuesto. Un cursor
móvil, con una terminal hace contacto con el
devanado y se puede mover a cualquier posición a
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50
lo largo del devanado. La resistencia entre la
terminal móvil y cualquiera de los extremos
dependa entonces de la posición del cursor.
Estos resistores no se construyen para ser
ajustados frecuentemente. Normalmente se
ajustan al valor de resistencia necesario cuando se
instalan en un circuito, dejándolos en ese valor.
•
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posición del eje. Ambos extremos del elemento de
resistencia y el contacto móvil están conectados a
terminales externas. Cuando las tres terminales
están conectadas al circuito, al resistor se le llama
potenciómetro. Cuando sólo se usan en el circuito
la terminal central y una de las terminales, el
resistor recibe el nombre de reóstato. Algunas
veces, se hacen reóstatos sin la terminal extrema,
que no habrá de usarse. Así pues, tenga presente
que los potenciómetros y los reóstatos son,
ambos, resistores variables. La única diferencia es
su forma de aplicación en un circuito.
Resistores variables
En muchos dispositivos eléctricos frecuentemente
se necesita cambiar un valor de resistencia. Por
ejemplo, se tiene e) control de volumen del radio
común, el control de brillantez del aparato de
televisión o un atenuador de luces, o bien, un
control de velocidad de un motor. Esto no se
puede hacer mediante un resistor ajustable, ya que
sería difícil y tardaría demasiado tiempo. Los
resistores utilizados deben tener capacidad para
variar continuamente dentro de cierto rango de
resistencias, lo mismo que los resistores ajustables;
pero también debe ser muy fácil hacerlos variar, y
estar
construidos
para
resistir
ajustes
frecuentes. Los resistores con estas características
se llaman resistores variables. General- mente, un
resistor variable consta de un elemento de
resistencia circular contenido en una cubierta o
caja.
El elemento puede ser devanado, de
composición o de película. Se puede deslizar un
contacto móvil sobre el elemento, manteniendo
contacto eléctrico con él.
•
Código de colores, valores y tolerancias.
Todos los resistores tienen su valor de resistencia
marcado en alguna forma. Primeramente, podría
suponerse que esto se haría siempre por medio de
números; por ejemplo, 50 ohms o 1,000 ohms.
Los resistores de potencia más grandes, los
resistores de precisión y los resistores variables se
marcan en esta forma; pero esto es impráctico
para resistores fijos y de composición, de tamaño
pequeño.
Estos resistores a menudo son
demasiado pequeños para marcarlos. Además, su
forma es tubular prácticamente en cualquier
posición.
Se hace girar el contacto móvil por medio de un
eje. Por lo tanto, la resistencia entre el contacto
móvil y los extremos del elemento dependen de la
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51
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efectuado por una carga depende de la cantidad
de energía alimentada a la carga y de la rapidez
con que la carga utiliza esa energía. En otras
palabras, usando cantidades iguales de energía,
algunas cargas pueden efectuar más trabajo que
otras en el mismo tiempo. Así pues, unas cargas
trabajan más rápidamente que otras.
Si sus valores de resistencia se los resistores
estuvieran
conectados
en
el
circuito.
Naturalmente, los números se podrían marcar
alrededor del resistor; pero esto seria difícil y
costoso, desde el punto de vista, de manufactura.
Este problema se ha resuelto mediante una serie
de bandas de calor alrededor de los resistores para
indicar sus valores de resistencia. Las posiciones
de las bandas y su color, que constituyen lo que se
llama código de color, indican los valores de
resistencia. Se ha adoptado un solo código
estándar de colores en los Estados Unidos, tanto
en las Fuerzas Armadas como en la Asociación de
Industrias electrónicas (EIA) para resistores de
composición fija y terminales axiales.
•
Potencia de utilización.
Como ya se sabe, el objeto de la fuente de energía
en un circuito eléctrico es suministrar energía
eléctrica a la carga. La carga aprovecha esta
energía para desempeñar alguna función útil. Pero
otra forma en que se puede expresar esto es decir
que la carga aprovecha la energía de la fuente
para efectuar trabajo. Al hacer trabajo, la carga
consume energía. Esta es la razón por la que tas
baterías "se desgastan" y se tiene que cargarlas de
nuevo o substituirlas. La cantidad de trabajo
El término potencia se usa para referirse a la
rapidez con que una carga puede efectuar un
trabajo. Se puede definir como sigue: la potencia
es la cantidad estándar de tiempo, generalmente
un segundo. Un punto importante que debe
tenerse presente es que el trabajo efectuado en un
circuito eléctrico puede ser trabajo útil o
desperdiciado. En ambos casos, la rapidez con
que se efectúa e trabajo se mide en potencia. La
operación de un motor eléctrico es trabajo útil,
como lo es el calentamiento del elemento en una
estufa eléctrica. Por otra parte, el calentamiento de
los conductores de conexión o resistores en un
circuito es trabajo desperdiciado, ya que el calor
no desempeña ninguna función útil. Cuando se
emplea potencia para un trabajo desperdiciado se
dice que la patencia se disipa.
•
La unidad de potencia
Puesto que la potencia es la rapidez con que se
efectúa un trabajo, debe expresarse en unidades
de trabajo y tiempo. Indudablemente que la
unidad básica de tiempo es el segundo; sin
embargo, puede no conocerse la unidad de
trabajo. Para este curso, sólo se necesitará
definir unidad de trabajo. En muchos libros de
física se puede encontrar una descripción de cómo
se despeja esta unidad. La unidad de trabajo
eléctrico es el joule, que representa la cantidad de
trabajo efectuada por un coulomb por medio de
una diferencia de potencial de 1 volt. Así pues, si
se tiene un flujo de 5 coulombs por medio de una
diferencia de potencial de 1 volt, se efectúan 5
joules de trabajo. Puede verse que el tiempo que
tardan esos coulombs en fluir por medio de la
diferencia de potencial no tiene influencia sobre la
cantidad de trabajo efectuada. Si esto se hace en
un segundo o en un año, el trabajo efectuado será
de 5 joules.
Cuando se trabaja con circuitos es más
conveniente operar con amperes en lugar de
coulombs; y, según se dijo en el volumen 1, un
ampere es igual a 1 coulomb que pasa por un
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52
punto en 1 segundo. Por lo tanto, usando
amperes se tendrá que I joule de trabajo se
efectúa en 1 segundo cuando un ampere pasa a
través de una diferencia de potencial de 1 volt.
Esta rapidez de 1 joule de trabajo en 1 segundo
es la unidad básica de potencia y recibe el
nombre de watt. Por lo tanto, un watt es la
potencia consumida cuando un ampere de
corriente fluye a través de una diferencia de
potencial de un volt.
La potencia, mecánica generalmente se mide en
unidades de caballos de fuerza o horsepower, y se
abrevia hp. Algunas veces es necesario efectuar la
conversión de watts a caballos de fuerza, y
viceversa. Para convertir de caballos de fuerza a
watts, hay que multiplicar el número de caballos
de fuerza por 746. Y para convertir de watts a
caballos, dividir el número de watts entre 746.
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Sin embargo, en la práctica no suele ser necesario
medir dos cantidades. Por lo común se conoce una
y a veces dos. Por ejemplo, generalmente se sabe
cuánto voltaje se aplica a la carga; por lo tanto, es
suficiente medir la resistencia o la corriente. En
otros casos, se conocen tanto el voltaje de la carga
como su resistencia; en este caso, no es necesario
efectuar mediciones, pudiéndose calcular la
potencia según P = E2/R.
•
Circuito del potenciómetro
Trabajo en equipo
Comparación de resultados con
otros compañeros
Elaborar la tabla comparativa y formulario de los
diferentes componentes resistivos
2.2.1
•
Operación, construcción
potenciómetro.
y
uso
de
Cálculo de la potencia
Si se desea determinar la potencia disipada en una
carga eléctrica, se pueden medir dos cualesquiera
de las tres magnitudes eléctricas básicas
estudiadas: corriente, tensión y resistencia. Por
ejemplo, téngase presente que la potencia se
calcula multiplicando voltaje por comente: P = El.
Por lo tanto, si se usa un voltímetro para medir el
voltaje de una carga y un medidor de comente
para medir la corriente que pasa a través de la
carga, se incluyen estos valores en la ecuación de
potencia. En forma similar, la corriente en la carga
y su resistencia se miden calculando el valor de la
potencia según P = PR. O bien, se mide el voltaje
que hay en la carga y su resistencia y luego se
calcula la potencia según P = E2/R.
En la ilustración puede advertirse que en un
circuito con cargas en serie existen diferentes
tensiones entre distintos puntos del circuito. Más
tarde se comprenderá que esto es muy útil, ya que
hace posible obtener diferentes valores de tensión
de una fuente. Es obvio que cuanta más carga en
serie se tengan, más valores de tensión existirán en
el circuito. Pero para tener muchas tensiones en
esta forma se requiere un número muy grande de
cargas en serie.
Una forma de obtener muchas tensiones
manteniendo el número mínimo de cargas,
consiste en usar un potenciómetro como carga Se
recordará que en la página 2-33 se dijo que un
potenciómetro tiene tres terminales y las tres están
conectadas en un circuito. Por lo tanto, la terminal
conectada al brazo móvil del potenciómetro de
hecho divide la resistencia total en dos resistencias
en serie y cada resistencia tiene su propia caída de
tensión. Al variar la resistencia del potenciómetro,
puede obtenerse cualquier valor de resistencia así
como cualquier valor de tensión.
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53
•
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Reóstato.
Un tipo de resistencia variable llamado reóstato, se
mues­tra en la Fig. El reóstato tiene dos
cone­xiones, una en un extremo de la resistencia y
la otra en un brazo deslizante que se mueve a lo
largo de ella. Los reóstatos pueden ser de alambre
o de carbón.
El símbolo para un potenciómetro, que es un
reóstato que tiene conexiones en ambos extremos
de la resistencia, más otra conexión en un
contacto deslizante, se muestra en la siguiente
figura. En la mayoría de los casos, los
potenciómetros se utilizan para seleccionar una
cierta parte de la tensión total a través del
potenciómetro. Se emplean como divisores de
tensión.
Una resistencia ajustable es una resistencia de
alambre con un contacto deslizante cuya posición
puede
fijarse
una
vez
determinado
experimentalmente el valor de resistencia que se
desea. Puede construirse en forma de reóstato,
pero también puede tomar la forma de un
potenciómetro cilíndrico en el que se puede fijar la
posición del contacto móvil apretando un tornillo.
Al ajustar estas resistencias, debe tenerse mucho
cuidado con que el tornillo esté lo bastante flojo
para poder mover el contacto móvil sin estropear
el fino alambre de que suele hacerse la resistencia.
Estas resistencias pueden estar parcialmente
recubiertas por una capa vítrea, pero en parte de
ellas, el alambre ha de estar desnudo a fin de que
el brazo deslizante pueda hacer contacto con la
resistencia.
•
Puente de Wheatstone.
Cualquier discusión de los aparatos de medida
debe incluir una men­ción de los dispositivos tipo
puente. El puen­te de Wheatstone (siguiente
figura) puede ser utilizado para realizar medidas
precisas de re­sistencias desde una fracción de
ohmio hasta cientos de miles de ohmios. La
resistencia desconocida, Rx, se conecta entre los
puntos A y B. Una resistencia variable, Rk, se
conecta entre los puntos X e Y. Cuando las cuatro
resistencias son proporcionales de modo que R sea
a Rk como Rz es a Rx, las caídas de tensión a
través de Rk.Y Rx serán iguales.
No habiendo diferencia de potencial a través del
medidor éste indicará el cero. Si las resistencias no
son proporcionales, el medidor indicará algún
valor, positivo o negativo.
El circuito puente requiere un medidor sensible de
bobina móvil construido de modo que dé una
lectura cero en el centro de la escala, en vez de en
el extremo izquierdo. A un medidor de tal clase
suele llamársele tipo galvanómetro.
La teoría de emplear un equilibrio proporcional
para obtener una indicación nula se utiliza
también en otros puentes. Hay muchos tipos
diferentes capaces de medir impedancias,
reactancias,
frecuencias,
capacidades
e
inductancias. El espacio limita esta discusión a solo
otro tipo, un puente de inductancias.
Este puente utiliza una fuente de c.a, tal como un
oscilador AF de válvulas de vacío, acoplada al
puente por medio de un transformador. Cuando R
es a Lk como Rz es a Lx, la diferencia de potencial
c-a a través de los auriculares será cero y no se oirá
sonido alguno. Si las proporciones no son
correctas se oirá en los auriculares como sonido
una señal procedente del oscilador.
La fórmula para determinar la inductancia
desconocida puede ser la misma utilizada para la
resistencia en el puente de Wheatstoneo Son
posibles otras modalidades. Por ejemplo, puede
ser más práctico utiliza Lk como valor fijo y R¡
como elemento variable. Al medir inductancias, la
resistencia de la inductancia desconocida puede
introducir un error. Las resistencias (inductancias o
capacidades) variables utilizadas para equilibrar
circuitos puente vienen en cajas de décadas. Una
caja de décadas puede tener cinco o más
conmutadores giratorios, el primero para
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54
seleccionar, por ejemplo, una entre 10 resistencias
de 0,1a 0,1 ohms. El segundo conmutador añade
resistencias en unidades de ohmios hasta 10
ohms. El tercero añade resistencias en unidades de
10 ohms hasta 100 ohms. El cuarto añade
resistencias en unidades de 100 ohms hasta 1.000
ohms. El quinto añade resistencias en unidades de
1.000 ohm hasta 10.000 ohms. Seleccionando
adecuadamente la posición de los diversos
conmutadores, puede tomarse cualquier valor de
resistencia con intervalos de 0,1 ohms. El nombre
caja de décadas viene de deca, que significa
«diez». Las décadas de resistencias son muy
precisas. Las décadas de condensadores lo son
algo menos. Las décadas de inductancias pueden
ser precisas hasta sólo el 5 por 100
2.2.2
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•
Paralelo.
Otra manera de conectarlo sería que cada
resistencia (bombilla) tuviera su propio suministro
eléctrico, de forma totalmente independiente, y
así, si una de ellas se funde, la otra puede
continuar funcionando. Este circuito se denomina
“circuito en paralelo” que se muestra en la
ilustración.
Cálculo de resistencias en serie
La manera más simple de conectar componentes
eléctricos es disponerlos de forma lineal, uno
detrás del otro. Este tipo de circuito se denomina
“circuito en serie”, como el que aparece en la
ilustración. Si una de las resistencias (bombillas)
del circuito deja de funcionar, la otra también lo
hará debido a que se interrumpe el paso de
corriente por el circuito.
Siguiendo un modelo para el calculo de la
resistencia total del circuito en paralelo, partiendo
que la corriente se dividirá en la suma de tales, se
concluye que será el reciproco del reciproco de la
suma de los valores independientemente del valor
de las resistencias.
Puesto que el flujo de la corriente depende de la
resistencia total del circuito y para un circuito serie
la resistencia total se obtiene sumando las
resistencias de las cargas individuales, que para
caso de la figura se tiene:
RT =
•
RT = R1 + R2 + R3 + R4 + R5
1
1 1 1 1 1 1 1
+ + + + + +
R1 R2 R3 R4 R5 R6 R7
Mixtas.
A partir de lo visto, debe ser fácil distinguir los
circuitos tanto en serie y paralelo. Pero existe otro
tipo de circuito que tiene ramas, como circuito en
paralelo, y cargas o componentes en serie, como
los circuitos en serie. A esto se le llama circuitos
serie – paralelo, puesto que es una combinación
de ambos.
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55
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En un circuito en serie, la corriente es la misma en
todos los puntos. A lo largo de un circuito paralelo
uno o mas puntos en que la corriente se divide y
fluye en ramas separadas. Y en un circuito serie paralelo se tienen tanto las ramas separadas como
cargas en serie. Por lo tanto, es fácil de
comprender que la forma mas fácil de determinar
que un circuito esta en serie, en paralelo o en serie
– paralelo, es comenzar en la terminal negativa de
la fuente de energía y rastrear la trayectoria de la
corriente en el circuito hasta regresar la a la
terminal positiva de la fuente de energía.
Si la corriente no se divide en ningún punto, se
trata de un circuito en serie. Si la corriente se
divide en ramas separadas, pero no hay cargas en
serie se trata de un circuito paralelo. Y si la
corriente se divide en ramas separadas y también
hay cargas en serie, se trata de un circuito en serie
– paralelo. Cuando se sigue el circuito de esta
manera, se deberá tener en cuenta que existen dos
tipos de carga en serie. Uno de ellos consta de dos
o más resistencias en una rama del circuito. El otro
es cualquier resistencia a través de la cual fluya la
corriente total del circuito.
Para encontrar la caída de tensión en cualquiera
de las cargas o la corriente en cualquiera de las
ramas, generalmente hay que saber la corriente
total del circuito; pero, para encontrar la corriente
total, es necesario conocer, antes que nada, la
resistencia total del circuito. Los medios que se
usaran para analizar circuitos en serie - paralelo
son principalmente combinaciones de los que ya
se conocen para circuitos en serie y circuitos en
paralelo.
Realización del ejercicio
Elaborar formulario y realizar ejercicios de circuitos
serie, paralelo y mixto de resistores.
Identificar las características y tipos de los
condensadores para su operación en los
diferentes circuitos
2.3 Capacitancia
•
Carga positiva y negativa
La capacitancia puede definirse en términos
generales como la propiedad de un circuito
eléctrico, que le permite almacenar energía
eléctrica por medio de un campo electrostático y
liberar
esta
energía
posteriormente.
Los
dispositivos que introducen capacitancia a los
circuitos se llaman capacitores. Físicamente, existe
un capacitor siempre que un material aislante
separe a dos conductores que tengan una
diferencia de potencial entre sí. Los capacitores
son
aparatos
fabricados
para
añadir
deliberadamente capacitancia a un circuito. Sin
embargo, la capacitancia también puede ser una
capacitancia adicional debida a la disposición y
localización de partes en un circuito o sistema
eléctrico.
En este caso la capacitancia que se introduce
generalmente no es deseada. En un capacitor, la
energía eléctrica se almacena en forma de campo
electrostático entre los dos conductores o placas,
como se les llama generalmente. Los capacitores
antiguamente se conocían como condensadores y,
a veces, todavía se les llama así. Sin embargo, el
término capacitor es más correcto.
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directamente
dieléctrica.
proporcional
a
la
constante
Una fórmula para determinar la capacidad de un
condensador con dos placas que incluye estos tres
factores es:
•
Factores que afectan el área de
capacitancia de una placa
Los factores que determinan la capa­cidad son el
área de las placas que se enfrentan entre sí, la
separación entre las placas y la composición del
material no conductor si­tuado entre ellas.
Dos placas de un centímetro cuadrado cada una (1
cm2), separadas por 1/1.000 cm de aire, producen
una capacidad de 89 pF. Si el área de cada placa
se aumenta a 2 cm2 y la separación sigue siendo
0,001 cm, la capacidad se vuelve el doble, ó 178
pF. Por tanto, la capacidad es directamente
proporcional a las áreas de las placas que se
enfrentan entre sí.
en donde e viene en pF; K es la constante
dieléctrica; A es el área de una de las placas en
centímetros cuadrados; y S es la separación entre
las placas en centímetros.
•
Distancia y numero entre placas
Esta fórmula es para un condensador con dos
placas. Si se desea más capacidad es posible apilar
más placas una sobre otra, separándolas por
medio de láminas de material dieléctrico. Un
condensador con tres placas tendrá el doble de
área de las placas enfrentándose, como muestra la
Fig, por lo que
Si la distancia entre las dos placas de 1 cm2 se
aumenta a 0,002 cm, el camino de las líneas de
fuerza electrostáticas entre la placa negativa y la
positiva es el doble de grande, por lo que la
intensidad del campo electrostático es solamente
la mitad y la capacidad también es la mitad. En
consecuencia, la capacidad es inversamente
proporcional a la separación entre las placas.
El material no conductor entre las placas, llamado
material dieléctrico, determina la concentración de
las líneas de fuerza electrostáticas. Si el dieléctrico
es el aire, se establece un cierto número de líneas
de fuerza. Otros materiales ofrecen menos
oposición al establecimiento en ellos de líneas de
fuerzas electrostáticas. Por ejemplo, si en vez de
aire se utiliza un cierto tipo de papel, el número de
líneas de fuerza electrostática entre las placas
pue­de ser el doble. Tal condensador tendrá el
doble de capacidad, y con la misma fem de la
fuente que se aplique, el número de elec­trones
que entran y salen de él será el doble. Se dice del
papel que tiene una constante dieléctrica, o poder
inductivo específico, dos veces el del aire. Por
tanto, la capacidad de un condensador es
su capacidad será el doble. Un condensador con
cuatro placas tiene el triple de área de las placas
enfrentándose, por lo que su capacidad es tres
veces mayor. La fórmula para condensadores con
varias placas es
en donde (N -1) es el número de placas del
condensador menos l.
•
Constante dieléctrica
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La constante dieléctrica aproximada o poder
inductivo específico de algunos de los materiales
corrientes utilizados como dieléctricos en los
condensadores, se da en la Tabla Material
La constante dieléctrica de los materiales
dieléctricos sólidos, disminuye al aumentar la
frecuencia. Aparentemente, las moléculas del
dieléctrico no disponen de tiempo suficiente para
adaptarse a las líneas de fuerza electrostáticas,
rápidamente variables, que deben soportar. Si las
líneas de fuerza no pueden desarrollarse
completamente en las moléculas del dieléctrico, la
constante dieléctrica disminuye y la capacidad del
condensador es menor. Por tanto, un condensador
de papel de 0,1 ,uF, puede tener este valor de
capacidad a 1 MHz, pero tendrá mucha menos a
100 MHz. La mica es menos afectada por la
frecuencia, y el aire y el vacío no lo son de modo
apreciable.
Trabajo en equipo
Comparación de resultados con
otros compañeros
Elaborar la tabla comparativa y formulario de los
diferentes componentes capacitivos
2.3.1
Capacitor
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•
Funcionamiento
Para obtener un valor de capacitancia deseado, a
menudo pueden conectarse los capacitares en
serie. La capacitancia total de la combinación en
serie es inferior a la capacitancia de cualquier
capacitor particular. Esto se debe a que la
combinación serie funciona como un capacitor
único, cuya separación entre placas sea igual a la
suma de las separaciones que hay entre las placas
de cada uno de los capacitares.
Y, según se entiende, cuanto mayor sea la
separación entre las placas, menor será la
capacitancia. La capacitancia total de capacitares
en serie se calcula de la misma manera que la
resistencias total de resistores en paralelo. Sin
embargo, la reactancia capacitiva total de
capacitares en serie no se encuentra de la misma
manera, puesto que la reactancia capacitiva es
inversamente `proporcional a la capacitancia, si la
capacitancia total de capacitares en serie
disminuye, entonces la resistencia aumenta.
En realidad, las reactancias de cada uno de los
capacitores en serie se suman igual que las
resistencias en serie. También se puede encontrar
la reactancia total determinando previamente la
capacitancia total.
CTOT =
1
1 1
1
+ + + ....etc.
C1 C2 C3
La caída de tensión en cada capacitor de una
combinación en serie es directamente proporcional
a la reactancia de ese capacitor. La caída de
tensión se puede calcular por medio de la
ecuación E = I Xc, donde I es la corriente del
circuito en serie - que es la misma a través de
cada capacitor de la combinación- y Xc es la
reactancia del capacitor. Puesto que cada caída de
tensión es directamente proporcional a la
reactancia capacitiva que, a su vez, es
inversamente proporcional a la capacitancia.
La caída de tensión también es inversamente
proporcional a la capacitancia. Por lo tanto, en
una combinación en serie, el capacitor con menor
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58
capacitancia tiene la mayor caída de tensión en sus
terminales.
•
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Capacitores en paralelo.
Cuando se conectan capacitares en paralelo, la
capacitancia total es igual a la suma de cada una
de sus capacitancias. Esto se debe a que los
capacitares en paralelo funcionan como uno solo
con una área de placas igual a las sumas de las
áreas de placas de todos los capacitares. Por lo
tanto, con un área de placas mayor se aumentan
la capacitancia. El resultado es que la capacitancia
total de capacitares en paralelo se encuentran
sumando la suma de las capacitancias particulares,
igual que con los resistores en serie.
Por otra parte, la reactancia capacitiva total de
capacitares en paralelo se comportan a la inversa.
Por lo cual la reactancia total se encuentra
tratando las reactancias particulares como
resistores en paralelo, o se puede encontrar
determinando primero la capacitancia y luego
obteniendo la reactancia correspondiente a esa
capacitancia total.
CT = C1 + C2 + C3 + .....etc.
Como en el caso de resistores en paralelo e
inductores en paralelo, se aplica la misma tensión
a cada capacitor de una combinación en paralelo,
pero la corriente en cada uno difiere para
diferentes valores de capacitancia.
•
Carga y descarga de un capacitor
Para que un capacitor se cargue y, en
consecuencia, almacene energía eléctrica, debe
tener una diferencia de potencial o tensión
aplicada a las placas. Si esta tensión es alimentada
por una batería, se conecta una placa del
capacitor a la terminal positiva de la batería y la
otra placa a la terminal negativa. Si se coloca un
interruptor en el circuito, como se indica, entonces
no se aplicará tensión al capacitor en tanto el
interruptor esté abierto. Consecuentemente, las
placas del capacitor son neutras y no hay
almacenamiento de energía.
Cuando se cierra el interruptor, los electrones
fluyen de la terminal negativa de la batería, que
tiene potencial negativo, a la placa del capacitor a
la cual está conectada. Así, la placa adquiere un
exceso de electrones o una carga negativa. Al
mismo tiempo, la terminal positiva de la batería,
que tiene un potencial positivo, atrae a un número
igual de electrones de la placa del capacitor a la
cual está conectada. Así, la placa queda con
defecto de electrones, o sea, con una carga
positiva.
Mientras el capacitor se carga, los electrones
fluyen a través de los conductores de circuito
entrando y saliendo de la batería. En otras
palabras, hay corriente en el circuito. Sin embargo,
debe tenerse cuidado en observar que la corriente
fluye en el circuito, no fluye a través del capacitor.
La corriente entra al capacitor y sale de él; pero el
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aislamiento entre las placas del capacitor evita que
haya corriente dentro del capacitor mismo.
Al fluir electrones hacia la placa negativa de un
capacitar y salir de la placa positiva, el campo
electrostático creciente origina una tensión en el
capacitar. Cuando se cierra el circuito esta tensión
comienza en cero y después aumenta al entrar
cada vez más electrones a la placa negativa y salir
un número igual de electrones de la placa positiva.
La tensión originada en el capacitar tiene una
polaridad que se opone a la de la batería que
alimenta la corriente. Como resultado, la tensión
en el capacitar se opone a la tensión de la batería.
Por lo tanto, la tensión total del circuito consiste
en dos tensiones opuestas en serie.
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cargado se retira de la fuente de carga, a la larga
pierde su carga. Sin embargo, esta pérdida de
carga tarda cierto tiempo, de modo que, para
aplicaciones prácticas en circuitos, se puede
considerar que un capacitar mantiene su carga
hasta que deliberadamente se le quite la energía
eléctrica que almacena. La recuperación de esta
energía se conoce como descarga del capacitor.
Para descargar un capacitor, todo lo que se
requiere es una trayectoria conductora entre las
placas del capacitor. Los electrones libres de 1
placa negativa fluirán entonces al potencial
positivo de la placa positiva. De esta manera, la
placa positiva adquiere electrones en número
suficiente para neutralizarse eléctricamente.
Asimismo, la placa negativa, pierde electrones
suficientes para neutralizarse también. Cuando
ambas placas están neutras, el capacitar no tiene
tensión en sus terminales y se dice que está
descargado. El flujo de electrones de la placa
negativa a la positiva durante la descarga
constituye lo que se conoce como corriente de
descarga. La trayectoria que sigue esta corriente se
conoce como trayectoria de descarga.
Al aumentar la tensión en el capacitar, disminuye
la tensión efectiva del circuito, que es la diferencia
entre la tensión de la batería y la tensión del
capacitar. A su vez, esto ocasiona una disminución
en la corriente del circuito. Cuando la tensión del
capacitar es igual a la tensión de la batería, la
tensión efectiva del circuito es nula por lo que cesa
la corriente. En este punto, el capacitar está
totalmente cargado y no puede haber más
corriente en el circuito.
La corriente que fluye cuando el capacitar está
cargándose recibe el nombre de corriente de
carga. De hecho, se puede ver que la corriente de
carga y la tensión en el capacitar se comportan de
maneras opuestas. Cuando la carga se inicia, la
corriente es máxima y la tensión del capacitar es
nula. Y al aumentar la tensión en el capacitar, la
corriente disminuye. Finalmente, cuando la tensión
del capacitar llega a su valor máximo, la corriente
es nula.
Una vez cargado un capacitar, teóricamente
mantendrá indefinidamente su carga. Sin
embargo, en la práctica, cuando un capacitar
Después de que se ha cargado un capacitor en un
circuito de cc al valor de la tensión de la fuente, la
corriente deja de fluir en el circuito. Así, el circuito
en realidad está abierto y permanece en estas
condiciones hasta que el capacitor se descarga. El
capacitor no puede descargarse através de la
fuente de energía, ya que la polaridad de la
tensión de la fuente es tal que se opone a la
tensión del capacitor. Por lo tanto, para que el
capacitor se descargue, debe contarse con otra
trayectoria de descarga.
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60
Cuando se dispone de esta trayectoria, el capacitor
se descargará completamente a través de ella.
Durante la descarga, el capacitor y la trayectoria
de descarga se pueden considerar como un
circuito independiente, en el que el capacitar
alimenta la tensión para el circuito. En el instante
en que el capacitar comienza a descargarse
también es máxima la tensión aplicada a este
circuito, o sea la tensión en el capacitar, y, en
consecuencia, la corriente también es máxima. Al
descargar el capacitor, tanto la tensión como la
corriente en el circuito de descarga disminuyen
hasta que finalmente, ambas valen cero cuando el
capacitor está totalmente descargado.
•
Constante de tiempo
Cuando se conecta un capacitor a una fuente de
tensión de cc, se carga muy rápidamente. Si no
hubiese resistencia en el circuito de carga, el
capacitor se cargaría totalmente en forma casi
instantánea. La resistencia tiene el defecto de
ocasionar una dilación en el tiempo necesario para
la carga. Además, como se sabe, todo circuito
tiene algo de resistencia, por lo cual se requiere
cierto tiempo para que un capacitor se cargue
completamente. El tiempo exacto que se necesita
depende tanto de la resistencia (R) en el circuito de
carga como de la capacitancia (C) del capacitor. La
relación entre estas dos cantidades y el tiempo de
carga se expresa según la ecuación:
t = RC
donde t es la constante capacitiva de tiempo, que
representa el tiempo necesario para que el
capacitor se cargue a un 63.2 por ciento de su
tensión de carga total. Cada vez que transcurre un
lapso igual a la constante de tiempo, la tensión en
el capacitor aumenta 63.2 por ciento de lo que le
falta para alcanzar la tensión máxima; así, después
de transcurrir dos de estos intervalos de tiempo
(2t) el capacitor se ha cargado al 86.4 por ciento
de su tensión máxima; después de 3t a 94.9 por
ciento después de 4t a 98.1 por ciento y después
de 5t a más de 99 por ciento. Se considera que el
capacitor está totalmente cargado después de un
período igual a cinco veces la constante de
tiempo.
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•
Tipos de capacitores
Condensadores
electrolíticos
condensadores,
los
de
mica
particularmente,
se
construyen
sucesivamente, una encima de otra,
conductora, una hoja de dieléctrico,
conductora, otra hoja de dieléctrico,
obtener la capacidad que se desea.
Algunos
y
papel
colocando
una placa
otra placa
etc., hasta
Pero si el dieléctrico es flexible, suelen hacerse con
dos hojas largas de aluminio separadas entre sí por
otra del dieléctrico. A continuación se enrollan en
forma de tubo de tamaño relativamente pequeño
y se colocan dos alambres terminales, cada uno de
los cuales va conectado a una de las placas.
Se ha conseguido un tipo químico de condensador
que tiene la ventaja de ser físicamente pequeño y
tener una capacidad relativamente grande. Se le
llama condensador electrolítico. Consiste en una
placa positiva recubierta de aluminio, sumergida
en una solución llamada electrólito. (Un electrólito
es una solución ionizada que transporta corriente
cuando se la somete a una presión eléctrica.) La
hoja de aluminio es la placa positiva, y el
electrólito es la «placa» negativa), si a un líquido se
le puede llamar placa. Para hacer una conexión
eléctrica con el líquido se introduce en la solución
otra hoja de metal, papel de aluminio
generalmente. La placa positiva de aluminio y la
solución, se someten a un potencial eléctrico para
formar una película de óxido sobre la placa
positiva. Esta película de óxido, es el dieléctrico
que separa la placa de aluminio de la placa
electrólito.
El espesor de la película formada sobre la placa
positiva determina la tensión de ruptura. Los
condensadores electrolíticos tienen tensiones de
trabajo que van desde 6 V a 700 V, dependiendo
del espesor de la película de óxido. Un
condensador formado para trabajar a 450 V, si se
utiliza con 150 V, termina por readaptarse al valor
150 V. El dieléctrico readaptado es más delgado, y
la capacidad del condensador aumenta. En
general, es buena práctica trabajar con los
condensadores electrolíticos a tensiones próximas
a los valores especificados para ellos.
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61
El condensador electrolítico de tipo húmedo ha
sido suplantado por otro de tipo seco. En realidad,
en el tipo seco, se utiliza papel o gasa humedecida
con electrólito como una de las placas, siendo la
placa positiva una placa de aluminio sobre la que
se ha formado el recubrimiento de óxido. Contra
la gasa húmeda se apoya una segunda hoja de
papel de aluminio sin recubrir, que proporciona el
necesario terminal eléctrico negativo. En la
práctica, la placa de papel de aluminio, con
recubrimiento, la gasa y la segunda hoja de
aluminio se enrollan formando un pequeño
cilindro que se sella después para hacerlo
hermético. Esto evita que se seque el electrólito.
El rango de capacidades de los condensadores
electrolíticos de que se dispone usualmente es de
4 p,F o más de 5.000 pF.
Aunque son físicamente pequeños y relativamente
baratos, los condensadores electrolíticos tienen
algunas desventajas. Al cabo del tiempo se secan y
pierden su valor de capacidad. Cuando trabajan
tienen una pequeña corriente de fuga que tiende a
elevar el factor de potencia del condensador. Su
empleo con tensiones superiores a las
especificadas, incrementa la corriente de fuga y
produce más calor, lo que tiende a secarlos o a
destruir la película dieléctrica o a producir un
desprendimiento interno de vapores que les hace
explotar. Sus especificaciones de tensión son
relativamente bajas cuando se: les compara con
algunos condensadores de mica o papel. Están
polarizados, debiéndose conectar la placa positiva
con recubrimiento de óxido al terminal positivo del
circuito en el que se emplean. (Uno de sus
terminales está marcado con + y el otro con -).
Esto limita su empleo a circuitos cc o cc variables
solamente. No deben ser empleados a través de
una tensión alterna. Para evitar que se seque el
electrólito debe impedirse su calentamiento.
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Condensadores variables. Hay dos tipos de
condensadores que permiten que se varíe su
capacidad, los ajustables y los variables.
Los condensadores ajustables se construyen
generalmente con dos o más placas planas
separadas por hojas de mica. Las placas están
dispuestas de tal modo, que permanecen
normalmente algo separadas. Dichas placas
pueden acercarse apretando un tornillo, con lo
que se aumenta la capacidad. Los condensadores
ajustables son, a veces, denominados padders o
trimmers. Generalmente, se dispone de ellos con
capacidades desde unos picofaradios hasta 1.000
o más picofaradios, con tensiones de trabajo
desde 300 hasta 600 v.
Los condensadores variables tienen un estator o
conjunto de placas fijas, y un rotar o conjunto de
placas giratorias. Si se gira el eje las placas del
rotar se mezclan con las del estator (sin tocarse
entre ellas), con lo que varía el área de las placas
que se enfrentan y también, en consecuencia, la
capacidad del condensador. Generalmente, el
dieléctrico de estos condensadores es el aire,
aunque existen algunos condensadores variables
especiales con dieléctrico de vacío que se emplean
en transmisores de radio.
Un condensador electrolítico perfeccionado, de
tipo seco y compacto, es el de tántalo, que puede
funcionar con temperaturas más elevadas que los
antiguos.
Para motores eléctricos se fabrica un tipo especial
de condensador electrolítico que puede ser
utilizado con c.a, pero el condensador electrolítico
utilizado en radio y en los circuitos electrónicos
corrientes, es de tipo polarizado.
Los condensadores variables se fabrican de
muchas formas y tamaños. Sus valores de
capacidad se extienden desde unos picofaradios
hasta
1.000
o
más
picofaradios.
Los
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62
condensadores variables tipo receptor tienen una
separación entre placas muy pequeña. Los
condensadores
transmisores
pueden
tener
separaciones de 1/z cm a 2 o más centímetros,
dependiendo de las tensiones existentes en la
salida de los pasos en que se utilizan.
Condensadores modernos En la actualidad, hay
muchos tipos de condensadores de empleo
general en radio y electrónica. Algunos de ellos, se
relacionan a continuación con una breve nota
sobre la fuga relativa en el dieléctrico, si son de
tipo fijo o variable, los rangos aproximados de
tensiones de trabajo, los valores aproximados de la
capacidad y las frecuencias con que pueden
utilizarse.
Dieléctrico de vacío. Sin fugas prácticamente. Se
construyen en los tipos fijo y variable. Trabajan con
tensiones de 5.000 a 50.000 V. Capacidades de 5
a 250 pF. Relativamente eficaces hasta bien por
encima de 1.000 MHz. Utilizados principalmente
en transmisores.
Dieléctrico de aire. Muy poca fuga, excepto a
través de los aisladores que sujetan las placas. Se
construyen en los tipos fijo, ajustable y variable. Se
emplean en aplicaciones de baja y alta tensión,
tanto en receptores como en transmisores. Gran
variedad de formas y de rangos de capacidad,
tanto para los fijos como para los variables. La
capacidad raramente es mucho mayor que 400 pF.
Pueden utilizarse hasta más de 1.000 MHz. Los
condensadores variables de aire son los elementos
de sintonía usuales en receptores y transmisores.
Dieléctricos de mica. Muy poca fuga, excepto a
través del material que encierra las placas y el
dieléctrico. Se construyen en los tipos fijo y
ajustable. El rango de tensiones de trabajo va de
350 a varios miles de voltios, dependiendo del
espesor de dieléctrico utilizado. Capacidades de
1,5 pF a 0,1 pF. Se emplean en circuitos RF hasta
más de 300 MHz, aunque el rendimiento
disminuye por encima de 10 MHz. Los tipos fijos
se emplean como condensadores de paso RF, etc.
Los tipos ajustables se emplean como padders o
trimmers. Los condensador es de mica plateada
tienen un valor dentro del 5 por 100 de su
capacidad especificada y tienden a mantener una
capacidad constante incluso en condiciones
adversas de funcionamiento.
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Dieléctrico de cerámica. Poca fuga. Tipos fijo y
ajustable. Capacidades de 1,5 pF a 0,01 flF para
los tipos fijos. Hasta 100 pF para los tipos
ajustables. Tensiones de trabajo de 500 V
aproximadamente. Utilizables hasta más de 300
MHz con buen rendimiento. Sustituyen a los
condensadores de mica en muchos circuitos.
Dieléctrico de papel. Utilizan papel impregnado de
aceite. Relativamente poca fuga cuando son
nuevos. Si se humedecen, la fuga se vuelve muy
grande y el dieléctrico se carboniza a tensiones
bajas. Tipo fijo únicamente. Rango de capacidades
de 10 pF a 10 flF. Tensiones de trabajo de 150 a
varios miles de voltios, dependiendo del espesor
del papel. Eficientes hasta 1 Ó 2 MHz. Por encima
de esta frecuencia, su rendimiento disminuye
rápidamente debido a la fatiga dieléctrica y a la
histéresis.
Electrolíticos. Fuga considerable, particularmente,
si se utilizan con tensiones por encima del valor
especificado. Tipo fijo únicamente. El rango de
capacidades va de pocos a miles de microfaradios.
Tensiones de trabajo de 6 V a unos 700 V.
Normalmente polarizados, exigiendo que su
terminal positivo se conecte con el terminal
positivo del circuito. Se secan y pierden capacidad.
Cabe esperar una vida limitada. Aplicables
solamente a circuitos cc o a circuitos en que la
componente cc es mayor que la componente c-a.
•
Código de colores, valores y tolerancias
Código de colores para capacidades Los
condensadores fijos, pueden llevar marcadas su
capacidad y su tensión de trabajo. Las marcas
pueden hacerse con números impresos o con
colores, empleando el mismo código de colores
utilizado para las resistencias.
El código de colores más sencillo es el de los tres
puntos, empleado para condensadores de mica de
500 V, con una tolerancia del 20 por 100 .
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63
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En el código de seis puntos de la Electronic
Industries Association (EIA), leyéndolos en sentido
del reloj a partir del superior de la izquierda, el
blanco indica mica; los dos siguientes indican
valores de la capacidad; y el cuarto es el
multiplicador, o número de ceros que siguen a
dichos valores. La capacidad viene dada en
picofaradios. El quinto punto es la tolerancia.
Algunos condensadores cerámicas son cilíndricos y
van marcados con una serie de puntos o franjas de
colores. Como ejemplo, la figura muestra un
condensador de 3.800 pF y una tolerancia del 10
por 100.
El coeficiente de temperatura es el grado en que
varía la capacidad del condensador al cambiar la
temperatura. Si la capacidad no cambia en
absoluto, el coeficiente es cero. Si aumenta al
aumentar la temperatura, el coeficiente es
positivo. Si el coeficiente es -150, la capacidad
disminuye 150 partes por millón por cada grado
centigrado de aumento de la temperatura. La
Tabla es el código de colores para el coeficiente de
temperatura de condensadores cerámicos.
El sexto
es el coeficiente de temperatura, creciente cuando
el número correspondiente disminuye a partir de
4. Las tensiones de trabajo van desde 500 V hasta
300 V con 500 pF para las capacidades mayores.
El código militar es análogo al de los seis puntos
de la EIA, con la diferencia de que un primer
punto negro indica dieléctrico de mica, y plata,
dieléctrico de papel.
•
Operación
Cuando
se
sustituyen
o
se
compran
condensadores, deben tenerse en cuenta los
siguientes factores:
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64
1. Tensión de trabajo. Si el condensador se va a
emplear en un circuito a 350 V, cómprese un
condensador para el que se especifique una
tensión de trabajo al menos del 10 al 20 por
100 superiores a los 350 V.
2. Capacidad. Sustitúyase un condensador por
otro que tenga una capacidad lo más parecida
posible.
3. Tipo de dieléctrico. Para ca RF, son adecuados
los condensadores con dieléctrico de mica,
aire, vacío o cerámica. Para ca AF, son
adecuados los condensadores con dieléctrico
de mica, cerámica o papel. Para circuitos filtro
cc, son adecuados los condensadores con
dieléctrico de papel, o los electrolíticos.
4. Tamaño físico. Generalmente, los de cerámica
son menores que sus equivalentes de mica y
papel. Los electrolíticos, son mucho menores
que los de papel.
5. Precio. Por microfaradio, el precio probable, en
orden ascendente, es: electrolíticos, de
cerámica, de papel, de mica, de aire, de vacío.
6. Variables, ajustables o fijos. Lo que exija el
circuito.
7.
8.
Temperatura. En regiones cerradas, los
condensadores pueden sobrecalentarse y
quemarse. En particular, no es aconsejable el
sobrecalentamiento de los condensadores de
papel y los electrolíticos. Los electrolíticos se
secan si están próximos a válvulas calientes,
rectificadores o resistencias.
Coeficiente
de
temperatura.
Unos
condensadores tienen un coeficiente de
temperatura positivo (la capacidad aumenta al
aumentar el calor); otros, lo tienen negativo
(la capacidad disminuye al aumentar el calor);
y otros, tienen un coeficiente de temperatura
cero (no hay cambio de la capacidad con el
calor). Esto solamente tiene importancia
cuando se requieren valores exactos de
capacidad, como en los circuitos osciladores.
Trabajo en equipo
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Comparación de resultados con
otros compañeros
Elaborar la tabla comparativa de los códigos de
colores de los condensadores.
2.3.2
•
Calculo de capacitancia y tensión en
circuitos
Capacitores en serie.
Para obtener un valor de capacitancia deseado, a
menudo pueden conectarse los capacitares en
serie. La capacitancia total de la combinación en
serie es inferior a la capacitancia de cualquier
capacitor particular. Esto se debe a que la
combinación serie funciona como un capacitor
único, cuya separación entre placas sea igual a la
suma de las separaciones que hay entre las placas
de cada uno de los capacitares.
Y, según se entiende, cuanto mayor sea la
separación entre las placas, menor será la
capacitancia. La capacitancia total de capacitares
en serie se calcula de la misma manera que la
resistencias total de resistores en paralelo. Sin
embargo, la reactancia capacitiva total de
capacitares en serie no se encuentra de la misma
manera, puesto que la reactancia capacitiva es
inversamente `proporcional a la capacitancia, si la
capacitancia total de capacitares en serie
disminuye, entonces la resistencia aumenta.
En realidad, las reactancias de cada uno de los
capacitores en serie se suman igual que las
resistencias en serie. También se puede encontrar
la reactancia total determinando previamente la
capacitancia total.
CTOT =
1
1 1
1
+ + + ....etc.
C1 C2 C3
La caída de tensión en cada capacitor de una
combinación en serie es directamente proporcional
a la reactancia de ese capacitor. La caída de
tensión se puede calcular por medio de la
ecuación E = I Xc, donde I es la corriente del
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65
circuito en serie - que es la misma a través
cada capacitor de la combinación- y Xc es
reactancia del capacitor. Puesto que cada caída
tensión es directamente proporcional a
reactancia capacitiva que, a su vez,
inversamente proporcional a la capacitancia.
de
la
de
la
es
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pero la corriente en cada uno difiere para
diferentes valores de capacitancia.
La caída de tensión también es inversamente
proporcional a la capacitancia. Por lo tanto, en
una combinación en serie, el capacitor con menor
capacitancia tiene la mayor caída de tensión en sus
terminales.
•
•
Capacitores en paralelo.
Cuando se conectan capacitares en paralelo, la
capacitancia total es igual a la suma de cada una
de sus capacitancias. Esto se debe a que los
capacitares en paralelo funcionan como uno solo
con una área de placas igual a las sumas de las
áreas de placas de todos los capacitares. Por lo
tanto, con un área de placas mayor se aumentan
la capacitancia. El resultado es que la capacitancia
total de capacitares en paralelo se encuentran
sumando la suma de las capacitancias particulares,
igual que con los resistores en serie.
Por otra parte, la reactancia capacitiva total de
capacitares en paralelo se comportan a la inversa.
Por lo cual la reactancia total se encuentra
tratando las reactancias particulares como
resistores en paralelo, o se puede encontrar
determinando primero la capacitancia y luego
obteniendo la reactancia correspondiente a esa
capacitancia total.
CT = C1 + C2 + C3 + .....etc.
Como en el caso de resistores en paralelo e
inductores en paralelo, se aplica la misma tensión
a cada capacitor de una combinación en paralelo,
Circuito mixto.
A partir de lo visto, debe ser fácil distinguir los
circuitos tanto en serie y paralelo. Pero existe otro
tipo de circuito que tiene ramas, como circuito en
paralelo, y cargas o componentes en serie, como
los circuitos en serie. A esto se le llama circuitos
serie – paralelo, puesto que es una combinación
de ambos.
En un circuito en serie, la corriente es la misma en
todos los puntos. A lo largo de un circuito paralelo
uno o mas puntos en que la corriente se divide y
fluye en ramas separadas. Y en un circuito serie paralelo se tienen tanto las ramas separadas como
cargas en serie. Por lo tanto, es fácil de
comprender que la forma mas fácil de determinar
que un circuito esta en serie, en paralelo o en serie
– paralelo, es comenzar en la terminal negativa de
la fuente de energía y rastrear la trayectoria de la
corriente en el circuito hasta regresar a la terminal
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66
positiva de la fuente de energía.
Si la corriente no se divide en ningún punto, se
trata de un circuito en serie. Si la corriente se
divide en ramas separadas, pero no hay cargas en
serie se trata de un circuito paralelo. Y si la
corriente se divide en ramas separadas y también
hay cargas en serie, se trata de un circuito en serie
– paralelo. Cuando se sigue el circuito de esta
manera, se deberá tener en cuenta que existen dos
tipos de carga en serie. Uno de ellos consta de dos
o más elementos en una rama del circuito. El otro
es cualquier elemento a través de la cual fluya la
corriente total del circuito. Se pueden apreciar
estos dos tipos de carga en la ilustración.
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Aplicación e Corriente Directa
Realización del ejercicio
Elaborar formulario y realizar ejercicios de circuitos
serie, paralelo y mixto de capacitores.
Sugerencias o Notas
Consideraciones sobre
seguridad e higiene
Para encontrar la caída de tensión en cualquiera
de las cargas o la corriente en cualquiera de las
ramas, generalmente hay que saber la corriente
total del circuito; pero, para encontrar la corriente
total, es necesario conocer, antes que nada, la
reactancia total del circuito. Los medios que se
usaran para analizar circuitos en serie - paralelo
son principalmente combinaciones de los que ya
se conocen para circuitos en serie y circuitos en
paralelo.
Realizar el trabajo en forma eficiente y
oportuna.
Practicas de Ejercicio y listas de
cotejo
Portafolio
de evidencias
El alumno, realizará los ejercicios y
prácticas incluidas en este manual con
orden,
limpieza,
eficiencia
y
responsabilidad.
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67
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Aplicación e Corriente Directa
3
INTRODUCCIÓN AL MAGMNETISMO
Al finalizar la unidad, el alumno identificara las
propiedades y tipos de magnetismo, los
principios, efectos y factores de inducción que
se emplean en los circuitos eléctricos y en los
diferentes equipos y circuitos donde se utiliza la
fuerza magnetomotriz.
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68
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Aplicación e Corriente Directa
Mapa curricular del módulo ocupacional
Aplicación de
Corriente Directa
108 Hrs.
Módul
Unidad de
Aprendizaje
1. Introducción
a la
Electricidad.
2. Generación
de
Electricidad.
46 Hrs.
Resultado de
aprendizaje
3. Introducción
4.
al
Magnetismo
21 Hrs.
3.1 Identificar las propiedades y tipos del magnetismo para su empleo en
los equipos eléctricos.
3.2 Identificar los principios, efectos y factores de inducción que se
emplean en los circuitos eléctricos para aplicarlas en las leyes de
Faraday y Lenz.
3.3 Identificar los términos de permeabilidad, ciclo de histéresis, y
retentividad para utilizarlos en los diferentes equipos y circuitos
donde se utiliza la fuerza magnetomotriz.
Fuentes de
Alimentación
Eléctrica de
Corriente
Directa.
26 Hrs.
7 hrs.
7 hrs.
7 hrs.
3. Introducción al Magnetismo
Identificar las propiedades y tipos del magnetismo para su empleo en los equipos eléctricos
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69
Sumario
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Aplicación e Corriente Directa
Teoría del magnetismo
Inductor / inductancia
Fuerza electromotriz (FEM) autoinducción
Fuerza magnetomotriz
Precauciones para el cuidado y almacenaje de magnetos
RESULTADO DE APRENDIZAJE
3.1 Identificar las propiedades y tipos del magnetismo para su empleo en los equipos eléctricos.
3.2 Identificar los principios, efectos y factores de inducción que se emplean en los circuitos eléctricos para
aplicarlas en las leyes de Faraday y Lenz.
3.3 Identificar los términos de permeabilidad, ciclo de histéresis, y retentividad para utilizarlos en los diferentes
equipos y circuitos donde se utiliza la fuerza magnetomotriz.
el magnetismo. Se trata de la teoría electrónica del
magnetismo.
3.1 Teoría del magnetismo
•
Magnetización y desmagnetización.
El magnetismo fue descubierto hace más de 2,000
años por los griegos, cuando observaron que el
hierro atraía cierto tipo de piedras. Puesto que
esta piedra se encontró por primera vez en la
ciudad de Magnesia, en el Asia Menor, se le dio el
nombre de magnetita. Más tarde, cuando se
descubrió que esta piedra se alineaba
espontáneamente en la dirección Norte a Sur al
suspenderla de un cordel, se le llamó piedra de
guía o imán. La magnetita constituye un imán
natural que atrae a los materiales magnéticos.
•
El magnetismo y el electrón
Aunque hay una relación estrecha entre las fuerzas
eléctricas y magnéticas, las dos son totalmente
diferentes. Las fuerzas magnéticas y las fuerzas
electrostáticas no tienen ningún efecto una sobre
otra en tanto no. haya movimiento. Pero, si el
campo de fuerza de cualquiera de ellas se pone en
movimiento, entonces sucede algo que origina la
interacción de ambas fuerzas. Puesto que el
electrón es la partícula más pequeña de la materia,
se partió de ello para formular una teoría que
explique la relación existente entre la electricidad y
Se sabe que el electrón tiene una carga negativa y
que esta carga produce un campo de fuerza que
está dirigido desde todas partes hacia el electrón.
Por otra parte, según se estudia en física, una
carga en rotación produce un campo magnético.
Por consiguiente, debido a su rotación orbital, el
electrón también tiene un campo magnético. Este
campo se extiende en círculos concéntricos
alrededor del electrón. Así pues, las líneas
electrostáticas de fuerza y las líneas magnéticas de
fuerza, al encontrarse en cualquier punto, son
perpendiculares entre sí. Los dos campos
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70
combinados
constituyen
electromagnético.
•
un
campo
La molécula magnética
En realidad, los únicos metales naturalmente
magnéticos son el hierro, el níquel y el cobalto. Por
otra parte, puesto que todos los materiales
contienen electrones, se podría preguntar por qué
no todas las cosas tienen propiedades magnéticas.
La respuesta es que en los átomos, los electrones
orbitales que tienen un spin opuesto tienden a
formar parejas, de modo que sus campos
magnéticos se oponen, anulándose mutuamente.
Lo anterior no quiere decir que los elementos que
tienen un número impar de electrones sean
magnéticos. Esto podría suceder, si se lograra
aislar los átomos; pero, por lo general, los átomos,
al combinarse para formar moléculas, se disponen
de la manera más apropiada para tener, en total,
8 electrones de valencia y al hacerla> en la mayor
parte de los materiales, los spines de los electrones
orbitales anulan los campos eléctricos.
Sin embargo, en el hierro, níquel y cobalto, este
proceso no se realiza de una manera tan
ordenada. Cuando los átomos de dichos metales
se combinan, se convierten en iones y comparten
sus electrones de valencia de tal modo que
muchas de las órbitas de los electrones no se
anulan, sino que se suman. Esto produce en el
metal regiones llamadas dominios magnéticos, o
moléculas magnéticas. Estas moléculas magnéticas
se comportan como pequeños imanes. Aunque el
hierro, el níquel y el cobalto son los únicos
materiales naturalmente magnéticos, existen
procesos controlados de fabricación para obtener
compuestos con buenas propiedades magnéticas.
•
Colegio Nacional de Educación profesional Técnica
Aplicación e Corriente Directa
Magnetización del hierro
Cuando se coloca un trozo de hierro
desmagnetizado dentro de una bobina de alambre
y se conecta el alambre de la bobina a una batería,
la corriente eléctrica produce un campo magnético
que magnetiza al hierro. Esto se explica más
adelante. Cuando un material magnetizado
conserva su campo magnético por largo tiempo,
se dice que es un imán permanente. Si pierde
rápidamente su magnetismo, se le llama imán
temporal. Con el hierro duro o el acero se hacen
buenos imanes permanentes. El hierro dulce se usa
para imanes temporales.
•
Cómo se desmagnetiza un imán
Para desmagnetizar un imán, las moléculas
nuevamente deben quedar en desorden de
manera que sus campos se anulen. Si se golpea
fuertemente el imán, la fuerza de la sacudida hará
que las moléculas se reacomoden. A veces, se
necesita dar varios golpes. Si el imán se calienta, la
.energía calorífica hará que las moléculas vibren lo
suficiente como para acomodarse en otra forma.
Si el imán se coloca en un campo magnético que
alterna rápidamente, las moléculas pierden su
orden, al tratar de seguir las variaciones de campo.
Un campo rápidamente alternante se puede
producir con corriente alterna.
Puesto que un material magnético se puede
magnetizar alineando sus moléculas, la mejor
forma de hacerlo es aplicando una fuerza
magnética. La fuerza actuaría contra el campo
magnético de cada molécula forzándola a
alinearse. Esto se puede hacer de dos maneras: 1)
por frotamiento magnético, y 2) por medio de una
corriente eléctrica. Cuando se pasa un imán por la
superficie de una pieza de hierro no magnetizada,
los campos del imán hacen que se alineen las
moléculas, magnetizando al trozo de hierro.
Mantenimiento de Sistemas Automaticos, Mantenimeinto de Motores y Planeadores y Sistemas Electroniocs de Aviacion
71
Colegio Nacional de Educación profesional Técnica
Aplicación e Corriente Directa
•
Protección contra el campo magnético.
•
Campo magnético
las líneas de flujo también se puede demostrar
mediante limaduras de hierro.
Como puede verse por la atracción y repulsión de
los polos magnéticos, existen fuerzas que se
originan en los polos magnéticos y producen esos
efectos, pero éstos no se producen solamente en
los polos. La fuerza magnética, de hecho, rodea al
imán, en un campo. Esto se puede comprobar
cuando se hace mover una brújula alrededor de un
imán de barra. En cualquier posición con respecto
a la barra, un extremo de la aguja indicará hacia el
polo opuesto de la barra. Se puede usar la brújula
para verificar la distancia a que se extiende el
campo magnético del imán. Retirando lentamente
la brújula, se llegará a un punto en el cual la aguja
de la brújula ya no está sujeta a la influencia del
campo magnético del imán, sino que nuevamente
la atraerá al polo magnético norte de la Tierra.
•
Líneas de fuerza
El campo magnético de un imán está formado por
líneas de fuerza que se extienden en el espacio
partiendo del polo N del imán y dirigiéndose al
polo S. Estas líneas de fuerza no se cruzan y se van
apartando al alejarse del imán. Cuanto más
cercanas sean las líneas de fuerza y sea mayor el
número de ellas, más intenso será el campo
magnético. La existencia de las líneas !le fuerza se
puede demostrar rociando limaduras de hierro
sobre una superficie plana y luego colocando un
imán de barra sobre ellas. Las limaduras de hierro
se orientarán siguiendo las líneas de fuerza y dan
una imagen del campo magnético o espectro
magnético. A las líneas de fuerza se les llama
también líneas de flujo.
•
Interacción de los campos magnéticos
•
Blindaje magnético
Las líneas de flujo magnético pueden pasar a
través de todos los materiales, aun de los que no
tienen propiedades magnéticas. No obstante,
algunos materiales ofrecen cierta resistencia al
paso de las líneas de fuerza. A esta propiedad se le
llama reluctancia. Los materiales magnéticos
tienen muy poca reluctancia a las líneas de flujo.
Por consiguiente, las líneas de flujo tienden a pasar
a través de un .material magnético, aun cuando su
trayectoria resulte más larga. Gracias a esta
característica, los materiales magnéticos son útiles
como blindaje para proteger los objetos
encerrados en ellos contra las líneas de fuerza
magnéticas. Por ello se utilizan en la fabricación de
los relojes antimagnéticos.
Cuando dos imanes se aproximan, sus campos
actúan recíprocamente. Las líneas magnéticas de
fuerza no se cruzan. Este hecho determina la
forma en que habrán de actuar los campos entre
sí. Si las líneas de fuerza van hacia la misma
dirección, se atraerán y se unirán al aproximarse.
Por eso los polos diferentes se atraen. Si las líneas
de fuerza van hacia direcciones opuestas, no se
pueden combinar. Y, puesto que no se pueden
cruzar, ejercen una fuerza opuesta entre sí. Por eso
los polos semejantes se repelen. La interacción de
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72
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Aplicación e Corriente Directa
•
La brújula magnética
Puesto que un imán se alineará con el polo N
hacia el norte, lo podemos usar para determinar
direcciones. Una brújula consta de un pequeño
imán ligero, que gira libremente y sin dificultad
alguna se mantiene alineado con el polo norte
magnético de la Tierra. Independientemente de
cómo se haga girar la brújula, la aguja siempre
señalará al Norte.
•
Tipos de material magnético
Los materiales naturalmente magnéticos reciben el
nombre de ferromagnéticos, debido a que todos
se comportan como el hierro, por lo que se refiere
al magnetismo.
Puesto que los materiales magnéticos contienen
moléculas magnéticas, podría pensarse que
siempre se comportan como imanes. Sin embargo,
no es el caso, porque en circunstancias normales,
las moléculas magnéticas están dispersas y
orientadas al azar, de manera que los campos
magnéticos de las moléculas se anulan
mutuamente. Se considera entonces que el metal
está desmagnetizado. Si todas las moléculas
estuvieran dispuestas de manera tal que apuntaran
en la misma dirección, los campos de fuerza SV!
sumarían. El metal entonces se consideraría
magnetizado. Si absolutamente todas las
moléculas estuviesen alineadas, se produciría un
campo magnético intenso. Pero si sólo algunas de
las moléculas estuviesen alineadas, se produciría
un campo magnético débil. Así pues, un material
magnético puede ser magnetizado parcialmente.
•
Construcción de un electromagneto.
•
Principios de operación.
•
¿Qué es electromagnetismo?
Acción de una magneto suspendida en el
campo magnético de la tierra.
Puesto que un electrón produce su propio campo
magnético, debido al spin que tiene, se podría
pensar que, al haber exceso de electrones en un
objeto, se produciría un campo magnético. Sin
embargo, también en el caso de cargas 'estáticas,
los electrones con spines opuestos forman parejas,
anulándose en este proceso sus efectos
magnéticos. Por consiguiente, la electricidad
estática no produce un campo magnético.
Puesto que la misma Tierra es una enorme masa
giratoria, también produce un campo magnético.
La Tierra se comporta como si tuviera un imán de
barra que pasa por su centro, con un extremo
cerca del polo geográfico norte y el otro cerca del
polo sur.
Por otra parte, los electrones que se mueven a lo
largo de un conductor, sujetos a la fuerza que
origina el flujo de corriente, no pueden formar
parejas con los de spin opuesto. Por el contrario,
como todos fluyen en la misma dirección, sus
campos magnéticos tienden a sumarse. En 1819,
3.1.1. Propiedades de un magneto
•
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73
Hans Christian Oersted, al observar la forma en
que un conductor con corriente influía en una
brújula, descubrió que la corriente eléctrica
produce un campo magnético.
•
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Aplicación e Corriente Directa
Electromagnetismo en un conductor
Puesto que el campo magnético de un electrón
forma una trayectoria cerrada a su alrededor, los
campos de los electrones se combinan para formar
una serie de tales trayectorias alrededor del
alambre. La dirección del campo magnético
depende de la dirección del flujo de corriente.
Al mover una brújula alrededor del alambre, ésta
se alineará con las líneas de flujo.
Se puede usar la regla de la mano izquierda para
determinar la dirección del campo magnético. Si
se cierran los dedos alrededor del conductor y el
pulgar señala la dirección del flujo de la corriente
eléctrica, entonces los dedos indicarán la dirección
del campo magnético.
•
Intensidad de campo
Cuanta más corriente pase por un conductor, más
intenso será el campo magnético. Así como el
campo magnético, las líneas de flujo son más
densas cerca del alambre y se apartan una de la
otra al alejarse de éste. El campo, pues, es más
intenso cerca del conductor y es más débil al
aumentar la distancia.
El número de líneas de fuerza por unidad de área
disminuye en proporción inversa a la distancia al
conductor. Por ejemplo, a un centímetro del
conductor, la densidad de fuerza es la unidad de
lo que seria a medio centímetro de distancia.
•
Interacción de los campos magnéticos
Si se aproximan dos conductores en los cuales la
comente fluye en direcciones opuestas su, campos
magnéticos tenderán a oponerse entre si, ya que I»
lineal de flujo van en direcciones opuestas. Las
líneas de flujo no se pueden cruzar y los campos
tienden a separar los conductores uno del otro.
Cuando se aproximan dos conductores recorridos
por comentes que fluyen en la misma dirección,
los campos magnéticos se suman, ya que la líneas
de flujo llevan la misma dirección.
Las líneas de flujo se unen y forman trayectorias
cerradas alrededor de ambos conductores y los
campos tienden a acercarlos. Las líneas de flujo de
ambos conductores se suman para originar un
campo magnético mis intenso. Tres o cuatro
conductores junto, en esta forma, originarían un
campo magnético aun mas intenso.
•
El electromagnetismo en una espira
Si el alambre se tuerce para formar una espira, los
campos magnéticos producidos alrededor del
conductor se orientarán de tal manera que
todos entrarán en la espira por un lado y saldrán
por el otro. En el centro de la espira, las líneas
de flujo se comprimen para crear un campo
más denso y, por consiguiente, más intenso. Esto
determina los polos magnéticos: el norte se
encuentra en el lado del que salen las líneas de
flujo y el sur en el lado por el que entran.
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74
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más intenso será el campo magnético. El hierro
dulce es el apropiado para el núcleo de un
electroimán, pues el hierro duro se magnetizaría
en forma permanente.
•
Electromagnetismo en una bobina
Si se devanan numerosas espiras en la misma
dirección para formar una bobina, habrá más
campos y las líneas de flujo en la bobina serán
mucho más densas. E! campo magnético en la
bobina se vuelve muy intenso. Cuantas más
espiras se tengan, más intenso será el campo
magnético. Si la bobina se comprime ligeramente,
los campos se juntarán aún más para formar un
electroimán fortísimo.
Para, producir un campo magnético intenso se
utiliza una bobina devanada helicoidalmente que
recibe el nombre de solenoide. Las líneas de flujo
en un solenoide actúan en la misma forma que un
imán. Salen del polo N, y dan [a vuelta para entrar
al polo S. Cuando un solenoide atrae a una barra
de hierro, tiende a introducir la barra dentro de la
bobina. La regla de la mano izquierda, también se
aplica a los solenoides. Sí los dedos se cierran
sobre las espiras del solenoide, apuntando en
la dirección del flujo de la comente electrónica, el
pulgar señalará hacia el polo N.
•
El núcleo magnético
El campo magnético en una bobina que se puede
hacer más intenso aun si se introduce un núcleo
de hierro dentro del embobinado. Puesto que el
hierro dulce es magnético y su reluctancia es baja,
habrá mayor concentración de líneas de flujo en él
que en el aire. Cuantas más líneas de flujo haya,
•
Fuerza magnetomotriz
La fuerza magnetizante originada por la corriente
que pasa por un conductor recibe el nombre de
fuerza magnetomotriz (fmm). La fmm depende de
la corriente que pase por la bobina y del número
de espiras en la bobina. Si la corriente se duplica,
también se duplicará la fmm. Además, si se
aumenta el número de espiras en la bobina,
también aumentará la fmm. Por tanto, para medir
la fmm se usa la unidad llamada amper-vuelta que
es la corriente eléctrica multiplicada por el número
de vueltas de la bobina.
La magnitud de la fmm determina el número de
líneas de flujo que existirá en el campo o la
intensidad de ese campo. Al aumentar la fmm
también aumenta el número de líneas de flujo.
Pero se llegará a un punto en el cual la fmm, al
aumentar, ya no producirá más líneas de flujo. A
este punto se le conoce como punto de
saturación.
•
Reglas para determinar el campo
magnético alrededor de un conductor.
•
Reglas del funcionamiento de los motores
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75
La regla de la mano izquierda indica la dirección
de las líneas de flujo que hay alrededor de un
conductor que lleva corriente. Cuando el pulgar
señala en dirección de la corriente eléctrica, los
otros dedos señalarán en la misma dirección que
las líneas de fuerza magnéticas.
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La dirección en que se mueve la corriente se
determina por la regla de la mano derecha. Si la
corriente que fluye en el conductor siguiese la
dirección opuesta, la dirección de las líneas de
flujo se invertiría y el conductor sería impulsado en
sentido opuesto.
La regla de la mano derecha para motores indica
la dirección en que un conductor con corriente se
moverá en un campo magnético. Cuando el índice
señala en dirección de las líneas de campo
magnético y el dedo cordial se alinea en la misma
dirección que la corriente del conductor, el pulgar
señalará la dirección hacia donde se moverá el
conductor
Para determinar la dirección en la que se moverá
un conductor o una con corriente dentro de un
campo magnético, úsese la regla de la mano
derecha. Al apuntar el dedo índice en la dirección
del campo magnético y el dedo medio en la
dirección del flujo de la corriente. El pulgar
indicará la dirección del movimiento.
Trabajo en equipo
Comparación de resultados con
otros compañeros
Elaborar un mapa conceptual de los conceptos
básicos sobre la inductancia y las leyes que los
rigen.
Identificar los principios, efectos y factores de
inducción que se emplean en los circuitos
eléctricos para aplicarlas en las leyes de Faraday y
Lenz
3.2 Inductor / inductancia
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76
Puesto que para una amplitud y frecuencia dadas
de una comente, la fcem producida en un
conductor depende de la forma del mismo; la
relación exacta entre la corriente, la fcem y la
forma
del
conductor,
puede
expresarse
matemáticamente asi: cuando el número de lineas
de flujo producidas por la corriente se multiplica
por una constante que está determinada por la
forma de la bobina, el producto es igual a la fcem
producida. La ecuación es como sigue;
E fcem = L * numero de lineas de flujo
La constante L —que depende de la forma del
conductor— recibe el nombre de inductancia del
conductor. La inductancia de conductores rectos,
generalmente es muy baja y, para las necesidades
de este estudio, se puede considerar nula. Por otra
parte, la inductancia de conductores embobinados
puede ser elevada, y desempeña una función
importante en el análisis de circuitos de ca.
Aunque la inductancia es en realidad una
característica física del conductor, a menudo se la
define en función del efecto que tiene en el La
inductancia es la propiedad de un circuito eléctrico
que se opone a cualquier cambio de corriente en
el circuito. A partir de esta definición corriente
directa. Sólo se opone a cambios en la corriente.
Los conducir deliberadamente inductancia en el
circuido y tal conductor embobinado recibe el
nombre de inductor.
•
Inductores
Básicamente
todos los inductores se hacen
devanando una longitud de conductor alrededor
de un núcleo. El conductor suele ser alambre
sólido de cobre revertido con aislamiento
esmaltado; y su núcleo esta formado ya sea de
material
magnético,
por
ejemplo
hierro
pulverizado, o bien de material aislante. Cuando se
devana un inductor alrededor de un núcleo
aislante elle funciona sólo como soporte, ya que
no tiene propiedades magnéticas. Si se usa
alambre grueso y pesado en la fabricación del
inductor generalmente no se necesita un
núcleo; la« espiras rígida, del alambre se
mantienen por si las. Cuando no se usa núcleo
magnético, se dice que el inductor tiene núcleo
de aire.
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Los inductores con valores de inductancia fijos que
no se pueden cambiar, reciben el nombre de
inductores fijos. Los inductores cuya inductancia se
puede variar en cierta escala, se llaman inductores
variables Generalmente, los inductores variables
están hechos de manera que el núcleo se puede
mover dentro y fuera del devanado. Entonces
la posición del núcleo determina el valor de la
inductancia. A los inductores se les
llama
también frecuentemente chokes o bobinas. Estos
tres términos significan lo mismo, y el lector debe
familiarizarse con todos ellos.
•
Factores que determinan la inductancia
Las características físicas, o forma geométrica,
tanto del núcleo como de los devanados alrededor
del núcleo, afectan a la inductancia producida. Los
inductores con núcleo magnético tienen
inductancias mucho mayores que los que tienen
núcleos aislantes o de aire. Esto se debe a que
todas las líneas de flujo producidas por un
inductor, atraviesan el núcleo y, al hacerlo, lo
magnetizan si está hecho de material magnético.
Entonces las lineas de flujo del campo magnético
del núcleo, se suman y refuerzan a las líneas de
fuerza originadas por el devanado y, por lo tanto,
se produce una mayor fcem. Para determinado
número de espiras en el devanado inductor, un
núcleo con una mayor área transversal producirá
más líneas de flujo. Además, cuanto más largo sea
el núcleo para un número de vueltas dado, menos
líneas de flujo producirá. La inductancia, por lo
tanto, es directamente proporcional al área
transversal del núcleo e inversamente proporcional
a su longitud. El número y espaciamiento de las
espiras individuales de alambre en un inductor,
también afectan considerablemente a la
inductancia. Cuantas más espiras se tengan, mayor
será la inductancia. Y cuanto más próximas estén
las espiras entre si, también será mayor la
inductancia. La relación entre la inductancia y
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77
todos los factores físicos que la afectan, se expresa
según la siguiente ecuación:
L=
0.4πN 2 μA
l
Donde N es el número de espiras; ¡i es la
permeabilidad del núcleo, la cual es grande para
los materiales magnéticos y baja para otros
materiales; A es el área del núcleo y L la longitud.
Para cada material de núcleo magnético existe un
punto en que el núcleo se satura; entonces, ni
siquiera cambios considerables en la corriente
pueden aumentar el flujo y se produce muy poca
fcem.
•
Valores de inductancia y fcem
En realidad, la inductancia es una medida de
cuánta fcem se genera en un circuito o
componente para cierto cambio en la corriente a
través de ese circuito o componente. En otras
palabras, es la cantidad de fcem producida por un
cambio unitario de corriente. La unidad de
inductancia es el henry, llamada así en honor
del físico americano Joseph Henry, Quien
comparte con Michael Faraday el honor del
descubrimiento de I ampere por segundo, produce
una fcem de 1 volt. Por lo tanto, mientras mayor
sea la inductancia, mayor será el número de
henrys. La abreviatura para henrry es h. El henry es
una unidad relativamente grande. Por esta razón,
la inductancia se da frecuentemente en unidades
menores, como el milihenry y el microhenry. Un
milihenry es 1/1000 de un henry y un
microhenry es 1/1.000,000 de un henry.
Milihenry se abrevia mh y microhenry h. Puesto
que la cantidad de fcem producida es parte de la
definición del henry, se puede calcular la fcem que
genera un inductor en un circuito cuando se
conoce el valor de su inductancia, así como la
amplitud y la frecuencia de la corriente. Una forma
de la ecuación para fcem es
fcem = -L( T/ t)
El signo menos indica que la fcem es de polaridad
opuesta a la tensión aplicada. El término Al, que
se lee "delta I", es el cambio de corriente que tiene
lugar en un intervalo At, que es el cambio en
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tiempo. Por ejemplo, para aplicar la ecuación,
considere la fcem desarrollada por un
Inductor cuya inductancia es de 10 henrys cuando
la corriente cambia de 5 a 3 amperes en 1
segundo.
fcem = -L / t = -10(5-3/1) = -20 volts
Nótese que, cambiando la inductacia (L) o el
ritmo de cambio de la corriente fAl/At), que es. la
frecuencia, se pueden obtener varios valores de
fcem. La tabla que aparece a continuación indica
cómo se elevarla la fcem al aumentar el ritmo de
cambio de corriente.
•
Circuitos inductivos de cc
En un circuito de c –c, los únicos cambios de
corriente ocurren cuando se cierra el circuito y
cuando se abre. Si el circuito contiene sólo
resistencia, estos cambios se pueden considerar
instantáneos. Así, pues, cuando se cierra el circuito
la corriente aumenta instantáneamente desde cero
hasta su valor máximo. Por otra parte, cuando se
cierra
el
circuito,
la
corriente
baja
instantáneamente a cero. Si se agrega inductancia
a un circuito de cc, por ejemplo, mediante un
inductor, la corriente ya no puede variar
instantáneamente. Cuando el circuito se cierra, la
corriente tiende a aumentar instantáneamente,
pero se le opone la fcem generada por el inductor.
Así, en lugar de aumentar instantáneamente, se
requiere cierto tiempo para que la corriente
alcance su valor máximo. Cuanto mayor sea la
inductancia, mayor será la fcem producida y
mayor tiempo tardara la corriente el alcanzar su
máximo.
La situación es idéntica cuando el circuito se abre y
la corriente tiende a disminuir instantáneamente
hasta cero. La fcem se opone al cambio de manera
que la comente disminuye gradualmente hasta
cero. La onda de cualquier cambio de corriente de
cc a través de un inductor e inductancia. Esta
forma de onda indica que la corriente varía con
rapidez a] principio y luego cada vez menos, hasta
que llega a su valor decreciente. Debido a su
forma, a esta onda se le llama onda o curva
exponencial.
•
Intensidad del campo magnético.
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78
Se ha indicado ya que la acción de un campo
magnético sobre un punto en el que se encuentra
un polo magnético, es proporcional a la densidad
de las líneas de fuerza en dicho punto. La
intensidad unitaria de campo se define diciendo
que es la fuerza de un campo que actúa sobre la
unidad de polo con la fuerza de una dina. Una
línea de fuerza que atraviesa perpendicularmente
un centímetro cuadrado representa la unidad de
intensidad de campo. La intensidad de campo se
da en dinas por unidad de polo y se representa
habitual mente por el símbolo H.
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Aplicación e Corriente Directa
Maxwell a través de cada centímetro cuadrado de
superficie, originándose cada línea en una unidad
de polo N. Esto explica por qué aparece el término
4π frecuentemente en las fórmulas magnéticas;
4πm líneas de fuerza parten de un polo N cuya
intensidad es de m unidades. Consideremos una
barra imanada cuya sección transversal es de A
cm2, siguiente figura en cuyos extremos hay dos
polos magnéticos de m unidades de intensidad. La
intensidad de imanación, o número de unidades
de polo por unidad de superficie de cada extremo,
es:
En 1930, la Comisión Electrotécnica internacional
designo la unidad de intensidad de polo con el
nombre de Oersted, en honor de Hans Christian
Oerrsted, de Copenhague, que en 1819 demostró
que un imán tiende a colocarse por si mismo en
posición normal a la dirección de la corriente. Si
un polo de m unidades se sitúa en un campo de
intensidad de H, la fuerza que actuará sobre el
será:
m
A
σ = unidades de polo por cm 2
F = m * H dinas
Un polo colocado en dicho campo debe ser de
intensidad suficientemente pequeña para que no
produzca efectos perturbadores sobre el campo.
Por definición, la fuerza que ejerce una unidad de
polo sobre otra situada a la distancia de 1 cm, en
el aire, es 1 dina. La intensidad de campo de una
superficie esférica de 1 cm de radio y con una
unidad de polo en el centro debe ser entonces la
unidad y puede representarse por una linea por
centímetro cuadrado sobre la total superficie de la
esfera, como indica en la siguiente figura.
Como el flujo saliente o entrante por los polos del
imán es de 4πm Maxwell, el total en la zona
neutra del imán es 0 + 4πm Maxwell, si 0 es el
flujo existente en el espacio en que no hay
material magnético. Empleando la fórmula
anterior, la densidad de flujo es:
B=
φ0 + 4Πm
A
= B0 + 4Πσgauss
Prácticamente, B0 puede despreciarse en
comparación con 4π con lo cual la anterior
ecuación puede escribirse:
B = 4π gauss
•
Como la superficie de una esfera de 1 cm de radio
es 4πcm2 cada unidad de polo debe tener 4π ó
12.57 Maxwell que parten de él. La figura
anterior representa una porción de la superficie
esférica de 1 cm de radio e indica el paso de un
Inducción magnética.
Si se aproxima un imán a una pieza de hierro
dulce no imanada, se produce su imanación por
inducción. Si el polo N del imán se aproxima al
hierro dulce, se forma un polo S por inducción en
la parte de la pieza de hierro más inmediata al
imán inductor, y si el polo S del imán se acerca a la
pieza de hierro, se forma, de modo análogo, un
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79
polo N en ella. Esto queda indicado gráficamente
en el apartado a) de la siguiente figura:
La razón por la cual un polo N induce un polo S, y
viceversa, se percibe en la figura anterior en el
apartado b). Las líneas de inducción, que parten
del polo N del imán. se concentran en la barra de
hierro dulce, porque el hierro deja pasar mucho
mejor las líneas magnéticas que el aire. Como las
líneas magnéticas que salen del polo N del imán
deben entrar en el hierro dulce por el extremo que
está más próximo a aquél, se formará en el hierro
un polo S. Como las líneas de inducción magnética
son continuas, deben también salir de la barra de
hierro dulce, y deben hacerlo por el extremo más
alejado del polo N del imán inductor. Por lo
tanto, se formara un polo N en el extremo de la
barra de hierro dulce más alejado del imán.
El polo N inductor atrae el polo S y rechaza el polo
N inducidos en la barra de hierro dulce. Como el
polo S inducido está más cerca que el otro del
polo inductor, predominará la atracción.
Se observa, a veces, que si un polo N
relativamente débil se acerca a un polo N más
fuerte, se produce una atracción entre ellos en
lugar de la repulsión que podía esperarse. Esto
que rigen la atracción y la repulsión de los polos
magnéticos, sino que proviene del hecho de que el
polo N de gran intensidad induce un polo S que
sobrepasa la del polo N débil y, por consiguiente,
la atracción originada resulta predominante. De
esta manera es fácil invertir la polaridad de una
aguja imanada, manteniéndola en estrecho
contacto con. Un polo magnético fuerte de igual
polaridad.
•
Ley del campo magnético.
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debían recorrer en el aire se reduce, con lo que se
produce una concentración de líneas magnéticas.
El flujo máximo se obtiene cuando la armadura
está en contacto con los polos.
•
Intensidad de campo.
En un campo eléctrico, la fuerza que actúa sobre
la unidad de carga se llama intensidad del campo,
y la representaremos por E. La intensidad de
campo tiene dirección y, por consiguiente, E es un
rector. En los tres sistemas de unidades, la fuerza
que actúa sobre una carga q es
F = E -q unidades de fuerza.
Consideremos la esfera de la siguiente figura. Si
hay + q unidades de carga, o estat culombios,
sobre la superficie de la esfera, podrá determinarse
la fuerza que ejerce sobre la unidad de carga, es
decir, la intensidad del campo que crea E, a una
distancia de r ero del centro de la esfera, aplicando
la ley de Coulomb.
En el sistema c.g.s., si el medio tiene una
constante dieléctrica E, = 1, la intensidad del
campo es igual al número de líneas por centímetro
cuadrado de superficie normal a ellas. Por
consiguiente, en estas condiciones, la intensidad
de campo E es numéricamente igual a la densidad
del flujo, o desplazamiento, D.
Si se considera una superficie esférica no
conductora, del mismo centro que la anterior y de
radio r cm, la fuerza que se ejerce en cada punto
de ella será de q : r2 dinas, es decir que pasarán a
través de la superficie q: r2 líneas por centímetro
cuadrado. Como esta superficie vale 4πr2 cm2, la
atravesaran 4πr2 (q : r2) = 4πq líneas. Esto es: de
la carga q salen 4πq líneas. De aquí deduce que:
por unidad de carga salen o entran, 4π líneas.
El campo magnético tiende siempre, por sí mismo,
a conformarse de tal modo que el ¡lujo sea
máximo. Esta cualidad da una nueva explicación a
la atracción del hierro por los polos de los imanes.
Al ser atraído el hierro por el imán, las líneas
magnéticas pueden utilizarlo como parte de su
recorrido, ya que el hierro facilita su paso mucho
mejor que el aire. El caso de la acción del imán de
herradura al atraer la armadura hacia sus polos
facilita la comprensión de este hecho. Al hacerlo,
en efecto, el camino curvo que las lineas de fuerza
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80
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de Faraday, que constituye el tema de estudio en
este capitulo. La ley de Faraday, que es una de las
cuatro ecuaciones de Maxweil, se dedujo a partir
de una serie de experimentos sencillos y directos,
que pueden llevarse a cabo fácilmente en el
laboratorio y que sirven directamente para
demostrar la ley de Faraday.
La ley de la inducción de Faraday tiene su origen
en los experimentos realizados por Michael
Faraday en Inglaterra en 1831, y por Joseph Henry
en Estados Unidos casi al mismo tiempo.* Aunque
Faraday publicó sus resultados primero, lo cual le
da la prioridad del descubrimiento, a la unidad de
inductancia en el SI (se le llama henry (abreviatura
H). Por otra parte, la unidad de capacitancia en el
SI recibe el nombre de farad (abreviatura F).
•
Ley de Faraday
A menudo podemos prever el resultado de un
experimento al considerar cómo se relaciona éste
por simetría con otros experimentos. Por ejemplo,
una espira de corriente dentro de un campo
magnético experimenta un momento de torsión
(debido al campo) que hace girar a la espira.
Consideremos una situaron similar, una espira de
alambre en la que no existe corriente se coloca
dentro de un campo magnético, y un agente
externo aplica un momento de torsión de tal
forma que haga girar a la espira. Hallamos que en
la espira aparece una corriente. En una espira de
alambre dentro de un campo magnético, una
corriente produce un momento de torsión y un
momento de torsión produce una corriente. Éste
es un ejemplo de la simetría de la naturaleza.
En la siguiente figura se muestra una bobina de
alambre como parte de un circuito que contiene
un amperímetro. Normalmente, cabría esperar que
el amperímetro no mostrase corriente en el
circuito porque parece que no existe una fuerza
electromotriz. Sin embargo, si desplazamos un
imán de barra hacia la bobina, con su polo norte
encarando a la bobina, ocurre un fenómeno
notable. Al mover el imán, el indicador del
amperímetro se mueve, demostrando con ello que
pasa corriente por la bobina. Si mantenemos al
imán estacionario con respecto a la bobina, el
amperímetro no marca. Si movemos el imán
alejándose de la bobina, el medidor muestra de
nuevo una desviación, pero ahora en dirección
opuesta, lo cual significa que la corriente en la
bobina circula en dirección opuesta. Si usamos el
extremo del polo sur de un imán en lugar del
extremo del polo norte, el experimento funciona
como se ha descrito, pero la desviación se invierte.
Cuanto más aprisa se mueve al imán, mayor será
la lectura registrada en el medidor. Experimentos
posteriores demuestran que lo que importa es el
movimiento relativo entre el imán y la bobina. No
existe ninguna diferencia en que movamos el imán
hacia la bobina o la bobina hacia el imán.
La aparición de corriente en la espira es un
ejemplo de la aplicación de la ley de la inducción
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cambiante. En la sección siguiente damos la base
matemática de estos efectos.
•
La corriente que aparece en este experimento se
llama corriente inducida y se dice que se origina
por una fuerza electromotriz inducida. Nótese que
no existen baterías en ninguna parte del circuito.
Faraday dedujo, a partir de experimentos como
éste, la ley que da la magnitud y dirección de las
fem inducidas. Tales fe m son muy importantes en
la práctica. Es muy probable que las lámparas del
salón donde usted está leyendo este libro
funcionen por una fem inducida producida en un
generador eléctrico comercial.
En otro experimento se emplea el aparato de la
siguiente figura 2. Las bobinas se colocan una
cerca de la otra pero en reposo la una con
respecto a la oirá. Cuando cerramos el interruptor
S, creando así una corriente estacionaria en la
bobina de la derecha, el medidor marca
momentáneamente;
cuando
abrimos
el
interruptor, interrumpiendo de este modo la
corriente, el medidor marca de nuevo
momentáneamente, pero en dirección opuesta.
Ninguno de los aparatos se mueve físicamente en
este experimento.
Ley de inducción de Faraday
Imaginemos que existen líneas de un campo
magnético provenientes del imán de barra de la
figura Izquierda y de la espira de corriente de la
derecha en la figura derecha. Algunas de esas
líneas del campo pasan a través de la bobina
izquierda en ambas figuras. Cuando se mueve el
imán en la situación de la figura 1, o cuando se
abre o cierra el interruptor en la figura 2, el
número de líneas del campo magnético que pasan
a través de la bobina de la izquierda cambia.
Como lo demostraron los experimentos de Faraday
y como la técnica de Faraday de las líneas de
campo nos ayuda a percibir, lo que induce la fem
en el anillo es el cambio en el número de líneas de
campo que pasan a través de un circuito cerrado.
Específicamente, lo que
determina la fem
inducida es la velocidad de cambio en el número
de líneas de campo que pasan a través del anillo.
Para hacer a este enunciado cuantitativo,
introduzcamos el flujo magnético ØB. Al igual que
el flujo eléctrico, puede considerarse que el flujo
magnético es una medida del número de líneas de
campo que pasan a través de una superficie. En
analogía con el flujo eléctrico, el flujo magnético
a través de cualquier superficie se define como
φB = ∫ B * dA
Esto es un elemento del área de la superficie,
como se muestra en la siguiente figura, y la
integración se lleva a cabo sobre toda la superficie
a través de la cual deseamos calcular el flujo. Si el
campo magnético tiene una magnitud y dirección
constante en un área planar A, el flujo puede
escribirse así:
El experimento muestra que existe una fem
inducida en la bobina izquierda de la figura 2
siempre que la corriente de la bobina de la
derecha esté cambiando. Lo que es significativo
aquí" es la velocidad a 1a que cambia la corriente v
no la intensidad de la corriente.
La característica común de estos dos experimentos
es el movimiento o cambio. La causa de las fem
inducidas es el imán en movimiento o la comente
ØB = BA cos π
donde
es el ángulo entre la norma) a la
superficie y la dirección del campo.
La unidad del flujo magnético en el SI es el tesla •
metro2, al cual se le da el nombre de weber
(abreviado Wb). Esto es,
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82
1 weber = 1 tesla •metro2.
Al invertir esta relación, vemos que el tesla es
equivalente al weber/metro2, el cual era la unidad
usada para los campos magnéticos antes de que el
tesla fuese adoptado como la unidad del SI. En
términos del flujo magnético, la fem inducida en
un circuito está dada por la ley de la inducción de
Faraday:
La fem inducida en un circuito es igual al negativo
de la velocidad con que cambia con el tiempo el
flujo magnético a través del circuito.
•
El motor de Faraday
Oersted descubrió que la electricidad se puede
utilizar para producir movimiento. Aprovechando
este descubrimiento, Faraday construyó en 1821 el
primer motor eléctrico del mundo y, diez años más
tarde, siguiendo el mismo razonamiento, pero en
sentido inverso,
descubrió el principio del
generador eléctrico. Faraday trataba de hacer que
el movimiento producido por el experimento de
Oersted fuera continuo, en lugar de un simple
desplazamiento giratorio de posición. En sus
experimentos, Faraday pensaba en líneas de fuerza
magnética. Visualizó la existencia de líneas de flujo
alrededor de un conductor que lleva corriente y
una barra magnética y, así pudo elaborar un
aparato donde las diferentes líneas de fuerza
podían interactuar para producir una rotación
continua.
El motor básico de Faraday dispone de un
conductor que puede girar libremente alrededor
del extremo de un imán recto. El extremo inferior
del conductor se encuentra en un depósito de
mercurio, lo cual hace posible que el conductor
gire y, al mismo tiempo, mantenga un circuito
eléctrico cerrado.
•
Efectos de la inducción.
•
Constante de tiempo
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Aplicación e Corriente Directa
En un circuito de cc que contenga inductancia y
resistencia, la corriente varia gradualmente entre
cero y su máximo y entre su máximo y cero.
Independientemente
de
los
valores
de
inductancia y resistencia la variación es máxima
y luego se va reduciendo gradualmente hasta
que la corriente alcanza su valor constante, que es
su máximo, o bien, cero. Durante estos cambios,
existe una relación entre los valores alcanzados por
la corriente y el tiempo que tarda en alcanzarlos.
Esta relación se expresa por medio de una
cantidad llamada constante de tiempo.
La constante de tiempo se define como el tiempo
que la corriente necesita para aumentar a 63.2 por
ciento de su valor máximo o disminuir 63.2 por
ciento de su valor máximo. En cualquier circuito de
cc, la constante de tiempo depende del valor de la
inductancia y resistencia. El valor de la constante
de tiempo es directamente proporcional a la
inductancia e inversamente proporcional a !a
resistencia. Si se conocen ambas cantidades se
puede calcular la constante de tiempo a partir de
la siguiente ecuación:
Constante de tiempo = inductancia/resistencia
ó
t = L/R
Por medio de esta ecuación, si la inductancia está
expresada en henrys y la resistencia en ohms, la
constante de tiempo lo estará en segundos. En
la práctica, las constantes de tiempo generalmente
son muy pequeñas. Por esta razón, a menudo se
expresan en nii7i'segundos, mi ero segundos; un
milisegundo es un milésimo (1/1,000) de segundo,
y un microsegundo un millonésimo (1/1.000,000)
de segundo. Con frecuencia milisegundo se
abrevia miliseg y microsegundo, μseg.
Una vez conocida la constante de tiempo para un
circuito, es difícil calcular cuanto tiempo necesita
la corriente para pasar del cero al máximo o del
máximo a cero, ya que, como se aprecia en la
siguiente ilustración, el tiempo que la corriente
tarda en alcanzar su máximo o disminuir a cero es
igual a cinco veces la constante de tiempo.
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83
Aumento y disminución de la inductancia y sus
efectos.
La cantidad de inductancia en un circuito de cc
determina cuanto tiempo tarda la corriente en
alcanzar su valor máximo cuando se cierra el
circuito, así como cuánto tiempo tarda la corriente
en descender hasta cero cuando se abre el circuito.
Si no hay inductancia en el circuito, las variaciones
de la corriente, desde el punto de vista práctico
son instantáneas. El efecto que produce el
aumentar inductancia es originar un retraso en el
tiempo que la corriente tarda en variar. Cuanta
mayor inductancia se agregue, más tardará la
corriente en variar. La relación exacta entre la
inductancia y el tiempo necesario para variar se
obtiene mediante !a ecuación de la constante
inductiva de tiempo, t -= L/R. Por ejemplo, si
la resistencia de un circuito es 10 ohms y la
inductancia 2 henrys, la' constante de tiempo del
circuito es la siguiente:
t = L/R = 2 henrys/10 ohms = 0.2 segundos
En virtud de que la corriente cambia de cero a
máximo, o viceversa, en 5 veces la constante de
tiempo, se necesitan 5, 0.2 segundos, ó 1
segundo, para este cambio. Si la inductancia
aumenta a 4 henrys, la constante de tiempo del
circuito se vuelve
t = L/R = 4 henrys/10 ohms = 0.4 segundos
Y 5 por la constante de tiempo es igual a 5, 0.4
segundos, ó 2 segundos. Así, pues, al duplicar la
inductancia se duplica también el tiempo que
tarda la corriente variar entre sus dos valores. En
forma similar, si la inductancia se triplica, el
tiempo también se triplicará. Y si la inductancia se
corta a la mitad, también el tiempo se reducirá a la
mitad.
•
Velocidad de cambio de flujo.
Las líneas de un campo magnético provenientes
del imán de barra de la figura, pasan a través de
la bobina izquierda. Cuando se mueve el imán en
la situación de la figura, o cuando se abre o cierra
el interruptor, el número de líneas del campo
magnético que pasan a través de la bobina de la
izquierda cambian, lo que induce la fem es el
cambio en el número de líneas de un campo que
pasan a través de un circuito cerrado,
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específicamente, lo que
determina la fem
inducida es la velocidad de cambio en el número
de líneas de campo que pasan a través del anillo.
En términos del flujo magnético, la fem inducida
en un circuito está dada por la ley de la inducción
de Faraday:
La fem inducida en un circuito es igual al negativo
de la velocidad con que cambia con el tiempo el
flujo magnético a través del circuito.
•
Efecto de la velocidad de cambio de una
corriente primaria.
Se recordará que, cuando existe inducción mutua
entre dos bobinas, no sólo la corriente del
primario induce una tensión a la bobina
secundaria, sino que la corriente resultante en la
bobina secundaria, a su vez induce una tensión
reflejada en la bobina primaria. Esto ocurre en un
transformador y en gran parte es la causa de la
forma como trabaja el mismo. Sin embargo, para
que esto se comprenda mejor, primero se
describirá el funcionamiento del transformador en
el caso de que tenga un secundario abierto. En
este caso no hay corriente en el secundario, de
modo que no hay tensión inducida en el primario.
Después de la descripción de la forma en que
trabaja un transformador con secundario abierto,
se describirá un transformador completo, en el
cual haya corriente
En un transformador con secundario abierto, el
primario funciona esencialmente como un
inductor. Esto significa que la corriente primaria
está atrasada con respecto a la tensión aplicada y
al mismo tiempo está adelantada a la fcem. Por lo
tanto, la tensión aplicada y la fcem inducida son
de polaridad opuesta. La mayor parte de los
transformadores están diseñados para que tengan
una elevada fcem inducida en el primario cuando
se abre el secundario, de manera que la corriente
primaria es muy baja. Como el campo magnético
correspondiente al devanado primario y causado
por la comente variable en el primario, se origina y
se contrae alternativamente, corta las espiras del
devanado
secundario,
induciendo,
en
consecuencia, una tensión en el secundario. La
tensión inducida en el secundario es máxima
cuando la rapidez de cambio de la corriente
primaria es máxima (0, 180 y 360 grados); es cero
cuando la corriente primaria no cambia (90 y 270
grados). Cuando se representa gráficamente esta
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84
relación, se puede apreciar que la tensión
secundaria está atrasada 90 grados con respecto a
la corriente primaria. Puesto que la tensión
primaria aplicada está adelantada con respecto a
la corriente primaria y, por lo tanto, la tensión
secundaria está atrasada 180 grados con la
tensión primaria. También está en fase con la fcem
inducida en el primario.
Trabajo en equipo
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bobina, o conductor por líneas de flujo generadas
en otra bobina o conductor, recibe el nombre de
inducción mutua. La bobina en la cual se origina el
flujo se conoce como primario, o devanado
primario, y aquella en la que se induce la fem
recibe el nombre de secundario. En forma similar,
la corriente que fluye a través del primario es la
corriente primaría y si el secundario está recibe el
nombre de corriente secundaria.
Cuando la corriente fluye en el devanado
secundario, establece su propio campo magnético,
que también induce una tensión en el devanado
primario. Así pues, cuando hay inducción mutua
entre dos bobinas, existen 4 tensiones. Estas son
1) la tensión aplicada al primario; 2) la fem
autoinducida en el primario; 3) la fem inducida en
el secundario; 4) la fem inducida de nuevo al
primario por la corriente secundaria. Por lo tanto,
la inductancia real o efectiva general de las dos
bobinas mutuamente acopladas, es compleja
debido a las interacciones complejas entre los
campos magnéticos. La inductancia efectiva de
dos bobinas acopladas mutuamente recibe el
nombre de inductancia mutua.
Comparación de resultados con
otros compañeros
Elaborar la construcción de una bobina,
comprobando la existencia de un campo
electromagnético en esa bobina.
3.2.1
•
Fuerza electromotriz (FEM) autoinducción
Inducción mutua.
La autoinducción en una bobina o conductor en
realidad es una fuerza contraelectromotriz que se
genera cuando el campo magnético originado por
el flujo de corriente corta a la bobina o conductor.
Si las líneas de flujo del campo magnético se
expanden o contraen en una bobina cortaran los
devanados de otra bobina cercana, también se
induciría una tensión en esa segunda bobina. La
magnitud de la fem inducida de esta manera
depende de la posición relativa de las dos bobinas.
Además, cuanto mayor sea el número de vueltas
que tenga la' segunda bobina y que sean cortadas
por las líneas de flujo de la primera, mayor será la
fem inducida. Esta inducción de fem en una
La inductancia mutua se puede considerar como la
cantidad o grado de inducción mutua que existe
entre dos bobinas o devanados. La inductancia
mutua de dos bobinas determinadas depende del
encadenamiento de flujo entre las bobinas, que a
su vez dependen de las posiciones relativas que
tiene entre si. El grado de encadenamiento de
flujo se expresa por medio de un factor que se
llama coeficiente de acoplamiento. Cuando todas
las líneas de flujo de cada bobina cortan o se
concatenan con la otra, el coeficiente de
acoplamiento es 1, que es el valor máximo. Si sólo
algunas de las líneas de flujo de cada bobina
cortan a la otra, cuando no existe inductancia
mutua entre dos bobinas, el coeficiente de
acoplamiento entre ellas es cero. Cuando el
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85
coeficiente de acoplamiento se aproxima a 1,
ambas bobinas tienen un acoplamiento estrecho;
cuando el valor es mucho menor que 1, se dice
que las bobinas tienen un acoplamiento flojo o
débil. El término acoplamiento critico se aplica
para describir la línea divisoria entre un
acoplamiento estrecho y débil.
Cuando se conoce el coeficiente de acoplamiento
entre dos bobinas la inductancia total de las
bobinas se determina multiplicando los valores de
la inductancia de las bobinas, tomando la raíz
cuadrada del resultado multiplicándola por el
coeficiente de acoplamiento. En forma de
ecuación, esto puede escribirse:
M = k L1 x L2
donde M es la inductancia total de las bobinas
mutuamente acopladas, dada en henrys; k es el
coeficiente de acoplamiento; y L1 y L2 son las
inductancias de cada una de las bobinas
expresadas en henrys.
•
Inductancia mutua sobre una tensión.
En un circuito de cc que contenga inductancia y
resistencia, la corriente varia gradualmente entre
cero y su máximo y entre su máximo y cero.
Independientemente de los valores de inductancia
y resistencia del circuito, estos cambios siguen
siempre un patrón similar. Inicialmente, la
variación es máxima y luego se va reduciendo
gradualmente hasta que la corriente alcanza su
valor constante, que es su máximo, o bien, cero.
Durante estos cambios, existe una relación entre
los valores alcanzados por la corriente y el tiempo
que tarda en alcanzarlos. Esta relación se expresa
por medio de una cantidad llamada constante de
tiempo.
La constante de tiempo se define como el tiempo
que la corriente necesita para aumentar a 63.2 por
ciento de su valor máximo o disminuir 63.2 %de
su valor máximo. en cualquier circuito cc, la
constante de tiempo depende del valor de la
inductancia y resistencia. El valor de la constante
de tiempo es directamente proporcional a la
inductancia e inversamente proporcional a la
resistencia. Si se conocen ambas cantidades se
puede calcular la constante de tiempo a partir de
la siguiente ecuación.
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Constante de tiempo = inductancia/resistencia
ó
t = L/R
Por medio de esta ecuación, si la inductancia está
expresada en henrys y la resistencia en ohms, la
constante de tiempo lo estará en segundos. En la
practica, las constantes de tiempo generalmente
son muy pequeñas Por esta razón, a menudo se
expresan en milisegundos, microsegundos; un
milisegundo es un milésimo (1/1,000) de segundo,
y un microsegundo un millonésimo (1/1-000,000)
de segundo. Con frecuencia milisegundo se
abrevia miliseg y microsegundo, μseg.
Una vez conocida la constante de tiempo para un
circuito, es fácil calcular cuanto tiempo necesita la
corriente para pasar de cero al máximo o del
máximo a cero, ya que según se aprecia en la
ilustración, el tiempo en que la corriente tarda en
alcanzar su máximo o disminuir a cero es igual a
cinco veces la constante de tiempo.
•
Aumento y disminución de la inductancia
y sus efectos
La cantidad de inductancia en un circuito de cc
determinada cuanto tiempo tarda la corriente en
alcanzar su valor máximo cuando se cierra el
circuito, así como cuánto tiempo tarda la corriente
en descender hasta cero cuando se abre el circuito.
si no hay inductancia en el circuito, las variaciones
de corriente, desde el punto de vista práctico, son
instantáneas.
El efecto que produce el aumentar inductancia es
originar un retraso en el tiempo que la corriente
tarda en variar.cuanta mayor inductancia se
agregue, más tardará la corriente en variar. La
relación exacta entre la inductancia y el tiempo
necesario para variar se obtiene mediante la
ecuación de la constante inductiva de tiempo, t =
L/R. Por ejemplo, si la resistencia de un circuito es
de 10 ohms y la inductancia 2 henris, la constante
de tiempo del circuito es la siguiente:
t = L/R = 2 henrys/10 ohms = 0.2 segundos
En virtud de que la corriente cambia de cero a
máximo, o viceversa, en 5 veces la constante de
tiempo, se necesitan 5, 0.2 segundos, ó 1
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86
segundo, para este cambio. Si la inductancia
aumenta a 4 henrys, la constante de tiempo del
circuito se vuelve
t = L/R = 4 henrys/10 ohms = 0.4 segundos
Y 5 por la constante de tiempo es igual a 5, 0.4
segundos, ó 2 segundos. Así, pues, al duplicar la
inductancia se duplica también el tiempo que
tarda la corriente variar entre sus dos valores. En
forma similar, si la inductancia se triplica, el
tiempo también se triplicará. Y si la inductancia se
corta a la mitad, también el tiempo se reducirá a la
mitad.
•
Inductancia mutua
La inductancia mutua se puede considerar como la
cantidad o grado de inducción mutua que existe
entre dos bobinas o devanados. La inductancia
mutua de dos bobinas determinadas depende del
encadenamiento de flujo entre las bobinas, que a
su vez dependen de las posiciones relativas que
tiene entre si. El grado de encadenamiento de
flujo se expresa por medio de un factor que se
llama coeficiente de acoplamiento. Cuando todas
las líneas de flujo de cada bobina cortan o se
concatenan con la otra, el coeficiente de
acoplamiento es 1, que es el valor máximo. Si sólo
algunas de las líneas de flujo de cada bobina
cortan a la otra, el coeficiente de acoplamiento
tiene un valor inferior a 1. Nótese que cuando
no existe inductancia mutua entre dos bobinas, el
coeficiente de acoplamiento entre ellas es cero.
Cuando el coeficiente de acoplamiento se
aproxima a 1, ambas bobinas tienen un
acoplamiento estrecho; cuando el valor es mucho
menor que 1, se dice que las bobinas tienen un
acoplamiento flojo o débil. El término
acoplamiento crítico se aplica para describir la
línea divisoria entre un acoplamiento estrecho y
débil.
Cuando se conoce el coeficiente de acoplamiento
entre dos bobinas, la inductancia total de las
bobinas se determina multiplicando los valores de
inductancia de las bobinas, tomando la raíz
cuadrada del resultado y multiplicándola por el
coeficiente de acoplamiento. En forma de
ecuación, esto puede escribirse así:
M =K
(L1 L2 )
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donde M es la inductancia total de las bobinas
mutuamente acopladas dada en henrys; k es el
coeficiente de acoplamiento; y L1 y L2 son las
inductancias de cada una de las bobinas
expresadas en henrys.
•
Ley de Lenz.
Hasta ahora no hemos especificado las direcciones
de las fem inducidas. Si bien podemos hallar estas
direcciones a partir de un análisis formal de la ley
de Faraday, preferimos hallarlas a partir del
principio de conservación de la energía. En
mecánica, el principio de la energía nos permite a
menudo sacar conclusiones con respecto a los
sistemas mecánicos sin analizarlos en detalle.
Usamos aquí el mismo enfoque. La regla para
determinar la dirección de la corriente inducida,
fue propuesta en 1834 por Heinrich Friedrich Lenz
(1804-1865) y se conoce como la ley de Lenz.
“En un circuito conductor cerrado, la corriente
inducida aparece en una dirección tal que esta se
opone al cambio que lo produce.”
El signo menos en la ley de Faraday indica esta
oposición.
La ley de Lenz se refiere a corrientes inducidas, lo
cual significa que sólo se aplica a circuitos
conductores cerrados. Si el circuito está abierto,
por lo general podríamos pensar en términos de lo
que sucedería si estuviese cerrado, y de esta
manera determinar la dirección de la fem
inducida.
Consideremos el primero de los experimentos de
Faraday descritos anteriormente. La figura
muestra el polo norte de un imán y una sección
transversal de un anillo conductor cercano. Al
empujar al imán hacia el anillo (o al anillo hacia el
imán) se genera una corriente inducida en el
anillo. ¿Cuál es su dirección? Una espira de
corriente crea un campo magnético en puntos
distantes como el de un dipolo magnético, siendo
una cara del anillo un polo norte y la cara opuesta
un polo sur. El polo norte, como en las barras
imantadas, es aquella cara a partir de la cual salen
las líneas de B. Sí, como lo predice la ley de Lenz,
el anillo en la siguiente va a oponerse al
movimiento del imán hacia él, la cara del anillo
hacia el imán debe resultar ser un polo norte. Los
dos polos norte —uno de la espira de corriente y
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87
el otro del imán— se repelen entre sí. La regla de
la mano derecha aplicada al anillo demuestra que
para el campo magnético creado por el anillo al
salir de la cara derecha de la espira, la corriente
inducida debe ser como se muestra. La corriente
va en sentido contrario a las manecillas del reloj
cuando miramos a lo largo del imán hacia la
espira.
Cuando empujamos el imán hacia el anillo (o al
anillo hacia el imán), aparece una corriente
inducida. En términos de la ley de Lenz esta acción
de empujar es el "cambio" que produce la comente
inducida y, de acuerdo con esta ley, la corriente
inducida se opone al "empuje". Si jalamos el imán
alejándolo de la bobina, la corriente inducida se
opone al "jalón" creando un polo sur en la cara
derecha del anillo de la figura anterior. Para hacer
de la cara derecha un polo sur, la corriente debe
ser opuesta a la mostrada en la figura. Ya sea que
jalemos o empujemos el imán, su movimiento es
automáticamente opuesto.
El agente que causa que el imán se mueva, ya sea
hacia la bobina o alejándose de ella, experimenta
siempre una fuerza de resistencia y, por lo tanto,
debe realizar trabajo. Del principio de conservación
de la energía, se concluye que este trabajo
efectuado sobre el sistema debe ser exactamente
igual a la energía interna (Joule) producida en la
bobina, puesto que éstas son las únicas
transferencias de energía que ocurren en el
sistema. Si el imán se mueve más rápidamente, el
agente efectúa un trabajo a una mayor velocidad y
la velocidad de producción de la energía interna
aumenta en consonancia. Si cortamos él anillo y
luego realizamos el experimento, no existe una
corriente inducida, ningún cambio en la energía
interna, ninguna fuerza sobre el imán, y no se
requiere ningún trabajo para moverlo. Todavía
existe una fem en el anillo, pero, al igual que una
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batería conectada a un circuito abierto, no se
genera una corriente.
SÍ, en la figura, la corriente estuviese en la
dirección opuesta a la mostrada, al mover el imán
hacia el anillo, la cara del anillo hacia el imán seria
un polo sur, lo cual jalaría a la barra imantada
hacia el anillo. Sólo necesitaríamos empujar al
imán ligeramente para comenzar el proceso y, por
lo tanto, la acción sería autoperpetua. El imán
aceleraría hacia el anillo, aumentando su energía
cinética todo el tiempo. Al mismo tiempo,
aparecería en el anillo una energía interna a una
velocidad que iría aumentando con el tiempo. No
es necesario aclarar aquí que esto no ocurre.
Apliquemos la ley de Lenz a la figura anterior de
manera diferente. La figura siguiente 6 muestra las
líneas de B para una barra imantada. Desde este
punto de vista el "cambio" es el aumento en øB a
través del anillo provocado al acercar el imán. La
comente inducida se opone a este cambio creando
un campo que tiende a oponerse al aumento de
flujo causado por el imán en movimiento. Así, el
campo debido a la corriente inducida debe
apuntar de izquierda a derecha en el plano de la
bobina, de acuerdo
con nuestra conclusión
preliminar.
Aquí no es significativo el hecho de que el campo
inducido se oponga al campo del imán sino más
bien el hecho de que se opone al cambio, que en
este caso es el aumento en øB a través del anillo.
Si retiramos el imán, reducimos øB a través del
anillo. El campo inducido debe oponerse ahora a
esta disminución en øB (esto es, al cambio)
reforzando el campo magnético. En cada caso el
campo inducido se opone al cambio que le da
origen.
Ahora podemos obtener la dirección de la
corriente en la bobina pequeña C del problema
muestra 1. El campo del solenoide S apunta hacia
la derecha en la siguiente figura 4 y es creciente.
La comente en C debe oponerse a este aumento
del flujo a través de C y asi debe crear un campo
que se opone al campo de S. La comente en C
está, por lo tanto, en dirección opuesta a la de S.
Si la corriente en S estuviese decreciendo en lugar
de creciendo, un argumento similar demuestra
que la corriente inducida en C tendría la misma
dirección que la corriente en S.
Factores que afectan la inductancia mutua.
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88
•
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Pérdidas en un transformador
Sabemos que en un transformador ideal, la
potencia en el secundario es exactamente igual a
la potencia en el primario. Esto ocurre en un
transformador cuyo coeficiente de acoplamiento
sea 1.0 (acoplamiento completo) y no tenga
pérdidas internas. En la práctica, no puede hacerse
un transformador así.
El grado con que un transformador cualquiera se
aproxime a estas condiciones ideales, recibe el
nombre de eficiencia del transformador.
Matemáticamente, la eficiencia es igual a la
potencia de salida (secundaria) dividida entre la
potencia de entrada (primaria). O sea:
tengan los devanados, mayor será la longitud
necesaria del alambre y, por lo tanto, mayor la
resistencia. Cuando las corrientes primaria y
secundaria fluyen en los devanados, hay potencia
disipada en forma de calor. Estas pérdidas PR se
llaman pérdidas en el cobre y son proporcionales
al cuadrado de la corriente y a la resistencia. Las
pérdidas en el cobre pueden reducirse al mínimo
devanando el primario y el secundario del
transformador con alambre que tenga área
transversal amplia; pero esto aumenta el tamaño y
el peso del transformador.
Eficiencia (%) = Potencia de entrada X 100
•
Potencia de salida
Nótese en esta ecuación que, cuando las potencias
de salida y de entrada son iguales, la eficiencia es
cien por ciento. Cuanto menor sea la potencia de
salida en relación con la potencia de entrada,
menor será la eficiencia.
Puesto que las pérdidas en un transformador
reducen la eficiencia del mismo y, por lo tanto,
representan potencia desperdiciada, estas pérdidas
suelen mantenerse al mínimo. Esto ocurre
especialmente en el diseño de transformadores de
núcleo de hierro, los cuales deben transmitir
grandes cantidades de potencia.
Una causa de la ineficiencia en transformadores de
núcleo de hierro es el hecho de que no todas las
líneas de flujo producidas por los devanados
primario y secundario pasan por el núcleo de
hierro. Algunas de las líneas se fugan de los
devanados al espacio y, por lo tanto, no unen al
primario y al secundario. Esta fuga de líneas de
flujo representa energía desperdiciada.
•
•
Pérdidas en el cobre y fugas
Generalmente, los devanados de un transformador
están hechos de muchas espiras de alambre de
cobre. Igual que con cualquier alambre, estos
devanados tienen resistencia. Cuantas más espiras
Pérdidas por histéresis
En un transformador de núcleo de hierro, el
núcleo es magnetizado por el campo magnético
originado por la corriente de los devanados. La
dirección de la magnetización del núcleo es la
misma que la dirección del campo magnético que
lo hace magnetizarse. Por lo tanto, cada vez que el
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89
campo magnético en los devanados se expande y
se contrae, también cambia la dirección en que se
magnetiza el núcleo. Se recordará de lo visto en el
volumen 1, que cada molécula de hierro se
comporta como un pequeño imán.
Para magnetizar un trozo de hierro, todos o la
mayor parte de estos pequeños imanes deben
estar alineados en la misma dirección. Por lo tanto,
cada vez que se invierte la dirección de
magnetización del núcleo, las moléculas del
núcleo giran para alinearse en la nueva dirección
de las líneas de flujo. Sin embargo, las moléculas
no siguen exactamente las inversiones del campo
magnético.
Cuando el núcleo está magnetizado inicialmente,
las moléculas están alineadas en la dirección del
campo. Pero cuando el campo magnético baja
hasta cero, las moléculas no vuelven a sus
orientaciones erráticas originales. Como resultado,
aunque la fuerza magnetizante se ha reducido a
cero, el núcleo retiene aún parte de su
magnetización. El campo magnético tiene que
invertir su dirección y aplicar tina fuerza
magnetizante en la dirección opuesta antes de que
el núcleo regrese a su estado desmagnetizado.
Entonces, las moléculas se invierten y se orientan
en la nueva dirección del campo. El atraso de la
orientación de las moléculas con respecto a la
fuerza magnetizante, recibe el nombre de
histéresis. La energía que debe alimentarse a las
moléculas para que giren y traten realmente de
alinearse con el campo magnético, recibe el
nombre de pérdida por histéresis del núcleo.
Cuanto más energía se necesite, mayor será la
pérdida por histéresis.
•
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componga el núcleo. Los materiales que
mantienen gran parte de su magnetización
después de que se ha retirado la fuerza
magnetizante tienen grandes pérdidas por
histéresis y se dice que tienen alta permanencia. En
un núcleo de determinado material, las pérdidas
por histéresis son directamente proporcionales a la
frecuencia de la corriente en el transformador.
Mientras más alta sea la frecuencia, las moléculas
del núcleo deberán invertir su alineamiento más
veces por segundo; de manera que será mayor la
energía necesaria para este fin. Esta relación entre
pérdidas por histéresis y frecuencia es una de las
razones principales por las que no pueden usarse
transformadores con núcleo de hierro en
aplicaciones de altas frecuencias.
Un ciclo de histéresis es una curva que indica la
forma en que la magnetización de un material
está atrasada con respecto a la fuerza
magnetizante. Por lo tanto, se puede usar para
indicar las pérdidas por histéresis. En la curva
representada, el punto A corresponde a la
ausencia de fuerza magnetizante y, por lo tanto,
ausencia de flujo en el núcleo. Cuando primero se
aplica la fuerza magnetizante en la dirección
positiva, la curva avanza al punto B, que
corresponde a flujo de núcleo en la dirección
positiva.
Se puede ver que cuando la fuerza magnetizante
se reduce a cero (punto C), en el núcleo aún hay
flujo en la dirección positiva. La fuerza
magnetizante tiene que invertir su dirección y
llegar al punto D antes de que el material sea
magnetizado (cero densidad de flujo). Puede
seguirse el resto del ciclo de la fuerza
magnetizante (D a E) y completar un segundo
ciclo (EFGBCDE) y se verá cómo la magnetización
del núcleo está atrasada con respecto a la fuerza
magnetizante.
Ciclo de histéresis
Las
pérdidas
por
histéresis
dependen
principalmente del tipo de material de que se
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90
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laminaciones tienen áreas transversales muy
reducidas, la resistencia que ofrecen a las
corrientes parásitas aumenta considerablemente.
La pérdida de potencia debida a corrientes
parásitas es proporcional a la frecuencia y a la
magnitud de la corriente en el transformador. Por
tanto, las pérdidas de corriente, igual que las
pérdidas por histéresis, limitan el uso de
transformadores de núcleo de hierro a las
aplicaciones de altas frecuencias
•
•
Pérdidas por corrientes parásitas
Puesto que el núcleo de hierro de un
transformador es un material conductor, el campo
magnético del transformador induce una tensión
en el núcleo. Entonces esta tensión hace que
circulen pequeñas corrientes dentro del núcleo. A
estas corrientes $e les llama corrientes parásitas o
corrientes de remolino. Las corrientes parásitas se
pueden considerar como corrientes de corto
circuito, ya que la única resistencia que encuentran
es la pequeña resistencia del material del núcleo.
Igual que las pérdidas por histéresis las corrientes
parásitas toman energía de los devanados del
transformador, por lo que representan pérdidas de
potencia.
Las corrientes parásitas en un núcleo de
transformador se reducen dividiendo el núcleo en
muchas secciones planas o laminaciones y
arreglando estas laminaciones entre sí por medio
de un revestimiento aislante aplicado en ambos
lados de la laminación. Entonces las corrientes
parásitas sólo pueden circular en las laminaciones
individuales. Por otra parte puesto que las
Pérdidas por saturación
Cuando la corriente aumenta en el primario de un
transformador de núcleo de hierro, las líneas de
flujo generadas siguen una trayectoria del núcleo
al devanado secundario, regresando al devanado
primario a través del propio núcleo. Cuando
empieza a aumentar la corriente, el número de
líneas de flujo en el núcleo aumenta rápidamente,
cuando mas se eleva la corriente, mayor es el
número de líneas de flujo existentes en el núcleo.
Cuando la corriente a aumentado hasta el punto
en el haya gran numero de líneas de flujo en el
núcleo (alta densidad de flujo), aumentar mas la
corriente solo producirá otras pocas líneas de flujo.
Entonces se dice que el núcleo esta saturado. Todo
aumento interior en la corriente primaria después
de que se ha alcanzado la saturación en el núcleo,
produce perdida de potencia, ya que el campo
magnético no puede acoplar la potencia adicional
al secundario.
•
Numero de conductores.
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91
Como ya se explicó en la página anterior, si no se
usa un filtro, a la salida del generador básico de
una espira se obtendrá un voltaje de cc fluctuante
que alcanza su amplitud máxima y desciende a
cero dos veces durante cada rotación completa de
la espira. Esta variación en el voltaje producido se
llama ondulación y hace que la salida sea
inadecuada para muchas aplicaciones.
La variación u ondulación del voltaje de salida se
puede reducir mediante dos espiras rotatorias,
colocadas en ángulo recto entre sí. Cada terminal
de ambas espiras se conecta a un segmento de
conmutador separado, de manera que el
conmutador tiene un total de cuatro segmentos.
Todavía hay sólo dos escobillas, colocadas de
manera que, al girar las espiras y los segmentos
del conmutador, primero hagan contacto con los
segmentos del conmutador para una espira y
luego para la otra.
Para cada espira, las escobillas v segmentos del
conmutador efectúan la misma función que en el
generador de una sola espira. Es decir, una
escobilla siempre está en contacto con el extremo
de la espira que es negativo y la otra siempre está
en contacto con el extremo de la espira que es
positivo. Así pues, el voltaje de c-a inducido en la
espira se convierte en voltaje de cc fluctuante.
Sin embargo, se observa una diferencia importante
en el generador de dos espiras, la cual consiste en
que una espira siempre está atrasada 90° de
rotación con respecto a la otra. Así pues, cuando
el voltaje de una espira disminuye, el de la otra
aumenta, y viceversa. La posición de las escobillas
es tal que, al girar las espiras y el conmutador, las
escobillas siempre están en contacto con los
segmentos del conmutador de la espira que tiene
el voltaje inducido más alto. Al descender el voltaje
en una espira por debajo del de la otra, las
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escobillas pasan de los segmentos del conmutador
de la espira que tiene voltaje decreciente a los
segmentos de la espira que tiene voltaje creciente.
Este cambio ocurre cuatro veces durante cada
rotación completa de las dos espiras y, debido a
ella, el voltaje de salida del generador, el cual se
produce entre las dos escobillas, nunca desciende
hasta menos de un valor de 0.707 veces la
amplitud máxima del voltaje inducido en una de
las espiras. Estas salidas de cc requieren menos
filtraje que el generador de una sola espira. Debe
notarse aquí que, aunque el uso de dos espiras
separadas disminuye la fluctuación del voltaje de
salida, no tiene efecto en el voltaje máximo de
salida. Así pues, el voltaje medio es más alto.
Ya se ha explicado cómo, usando de dos espiras
separadas en lugar de una, puede reducirse la
ondulación del voltaje de salida del generador.
Cuantas más espiras separadas se usen, más
puede reducirse la ondulación y el voltaje de salida
del generador será prácticamente cc. Entonces se
necesitaría poco o ningún filtraje y la salida media
sería prácticamente el voltaje máximo.
Por cada espira separada que se aumente, deben
añadirse dos segmentos más del conmutador. Uno
para cada extremo de la espira. Así pues, siempre
se tendrá una relación de dos a uno entre el
número de segmentos del conmutador y el de
espiras separadas. Se necesitan cuatro segmentos
para dos espiras; seis segmentos para tres, etc. Los
generadores reales de cc tienen muchas espiras
separadas y lo doble de segmentos en el
conmutador. Por lo tanto, si se cuenta el numero
de segmentos de un generador, la mitad de ese
número será el de espiras separadas.
En la figura se ilustra la forma de onda de salida
de un generador con cuatro espiras separadas.
Ahora también debe notarse que, aunque al
aumentar el número de espiras separadas
disminuye la variación entre la salida máxima y
mínima, no aumenta el voltaje máximo de salida
sino sólo la media.
Prácticamente, en todos los generadores las
espiras y el conmutador Juntos reciben
generalmente el nombre de armadura y, a veces,
de rotor, la armadura es, pues, en este tipo de
generador, la parte que gira.
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92
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•
Permeabilidad de la bobina.
•
Permeabilidad (μr).
La permeabilidad relativa, o simplemente
permeabilidad, de una materia es la relación entre
el flujo o numero de líneas de inducción que la
atraviesan y el flujo o numero de líneas de
inducción que existirían si la materia fuese
reemplazada por el vacyo, siendo constante la
f.m.m. que actúa en el espacio considerado. La
permeabilidad del vacio se toma como unidad, y
exceptuados el hierro, el acero, el níquel, el
oxigeno liquido y ciertos óxidos de hierro, la
mayoría de los restantes materiales, incluso el
aire. Puede considerarse que
tienen una
permeabilidad igual a la unidad. La permeabilidad
del hierro y del acero industrial varía desde 50, o
valores aún más bajos, hasta 2000.
•
Reglas para determinar la polaridad.
La regla de la mano izquierda para generadores, es
comparable a la regla de la mano derecha para
motores, lo cual indica el tipo de relaciones que
hay entre generadores y motores. En ambas reglas,
el dedo índice señala la dirección del campo, el
pulgar la dirección de movimiento del conductor y
el dedo medio determina la dirección del flujo de
la corriente.
Del estudio de las reglas se saca una importante
conclusión: si dos de las magnitudes son iguales
en un generador y un motor, la tercera será
opuesta. En la ilustración, el movimiento y el flujo
de corriente tienen la misma dirección en ambos;
por lo tanto, las direcciones del campo en los dos
serán opuestas.
•
Punto de saturación.
La fuerza magnetizante originada por la corriente
que pasa por un conductor recibe el nombre de
fuerza magnetomotriz (fmm). La fmm depende de
la corriente que pase por la bobina y del número
de espiras en la bobina. Si la corriente se duplica,
también se duplicará la fmm. Además, si se
aumenta el número de espiras en la bobina,
también aumentará la fmm. Por tanto, para medir
la fmm se usa la unidad llamada amper-vuelta que
es la corriente eléctrica multiplicada por el número
de vueltas de la bobina.
La magnitud de la fmm determina el número de
líneas de flujo que existirá en el campo o la
intensidad de ese campo. Al aumentar la fmm
también aumenta el número de líneas de flujo.
Pero se llegará a un punto en el cual la fmm, al
aumentar, ya no producirá más líneas de flujo. A
este punto se le conoce como punto de
saturación.
Realización del ejercicio
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Identificar los diferentes ejercicios con
el calculo de transformadores.
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Identificar los términos de permeabilidad, ciclo de
histéresis, y retentividad para utilizarlos en los
diferentes equipos y circuitos donde se utiliza la
fuerza magnetomotriz
3.3 Fuerza magnetomotriz
•
Intensidad del campo magnético.
Cuanta más corriente pase por un conductor, más
intenso será el campo magnético. Así como el
campo magnético, las líneas de flujo son más
densas cerca del alambre y se apartan una de la
otra al alejarse de éste. El campo, pues, es más
intenso cerca del conductor y es más débil al
aumentar la distancia.
El número de líneas de fuerza por unidad de área
disminuye en proporción inversa a la distancia al
conductor. Por ejemplo, a un centímetro del
conductor, la densidad de fuerza es la unidad de
lo que seria a medio centímetro de distancia.
Si se aproximan dos conductores en los cuales la
comente fluye en direcciones opuestas su, campos
magnéticos tenderán a oponerse entre si, ya que I»
lineal de flujo van en direcciones opuestas. Las
líneas de flujo no se pueden cruzar y los campos
tienden a separar los conductores uno del otro.
Cuando se aproximan dos conductores recorridos
por comentes que fluyen en la misma dirección,
los campos magnéticos se suman, ya que la líneas
de flujo llevan la misma dirección.
Las líneas de flujo se unen y forman trayectorias
cerradas alrededor de ambos conductores y los
campos tienden a acercarlos. Las líneas de flujo de
ambos conductores se suman para originar un
campo magnético mis intenso. Tres o cuatro
conductores junto, en esta forma, originarían un
campo magnético aun mas intenso.
•
Densidad del flujo magnético.
La densidad de flujo es el número de Maxwell por
unidad de superficie tomada perpendicularmente
a la dirección de las líneas de inducción. En el
espacio libre, la densidad de flujo y la intensidad
del campo son dos magnitudes numéricamente
iguales, pero en el interior de los cuerpos
magnéticos
estas
dos
magnitudes
son
completamente distintas. No debe confundirse la
una con la otra. La unidad c.g.s. de densidad de
flujo (un maxwdl/cm2) es el gauss.
Por definición, la fuerza que ejerce una unidad de
polo sobre otra situada a la distancia de 1 cm, en
el aire. es 1 dina. La intensidad de campo de una
superficie esférica de 1 cm de radio y con una
unidad de polo en el centro debe ser entonces la
unidad y puede representarse por una linea por
centímetro cuadrado sobre la total superficie de la
esfera, como indica la figura.
Como la superficie de una esfera de 1 cm de radio
es 4πcm2, cada unidad de polo debe tener
4π ó 12.57 Maxwell que parten de él.1 La figura
representa una porción de la superficie esférica de
1 cm de radio e indica el paso de un Maxwell a
través de cada centímetro cuadrado de superficie,
originándose cada línea en una unidad de polo N.
Esto explica por qué aparece el término 4π
frecuentemente en las fórmulas magnéticas;
4πm líneas de fuerza parten de un polo N cuya
intensidad es de m unidades.
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94
•
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Permeabilidad (μr).
La permeabilidad relativa, o simplemente
permeabilidad, de una materia es la relación entre
el flujo o numero de líneas de inducción que la
atraviesan y el flujo o numero de líneas de
inducción que existirían si la materia fuese
reemplazada por el vacyo, siendo constante la
f.m.m. que actúa en el espacio considerado. La
permeabilidad del vacio se toma como unidad, y
exceptuados el hierro, el acero, el níquel, el
oxigeno liquido y ciertos óxidos de hierro, la
mayoría de los restantes materiales, incluso el
aire. Puede considerarse que
tienen una
permeabilidad igual a la unidad. La permeabilidad
del hierro y del acero industrial varía desde 50, o
valores aún más bajos, hasta 2000.
•
Se puede ver que cuando la fuerza magnetizante
se reduce a cero (punto C), en el núcleo aún hay
flujo en la dirección positiva. La fuerza
magnetizante tiene que invertir su dirección y
llegar al punto D antes de que el material sea
magnetizado (cero densidad de flujo). Puede
seguirse el resto del ciclo de la fuerza
magnetizante (D a E) y completar un segundo
ciclo (EFGBCDE) y se verá cómo la magnetización
del núcleo está atrasada con respecto a la fuerza
magnetizante.
Ciclo de histéresis.
Las
pérdidas
por
histéresis
dependen
principalmente del tipo de material de que se
componga el núcleo. Los materiales que
mantienen gran parte de su magnetización
después de que se ha retirado la fuerza
magnetizante tienen grandes pérdidas por
histéresis y se dice que tienen alta permanencia. En
un núcleo de determinado material, las pérdidas
por histéresis son directamente proporcionales a la
frecuencia de la corriente en el transformador.
Mientras más alta sea la frecuencia, las moléculas
del núcleo deberán invertir su alineamiento más
veces por segundo; de manera que será mayor la
energía necesaria para este fin. Esta relación entre
pérdidas por histéresis y frecuencia es una de las
razones principales por las que no pueden usarse
transformadores con núcleo de hierro en
aplicaciones de altas frecuencias.
Un ciclo de histéresis es una curva que indica la
forma en que la magnetización de un material
está atrasada con respecto a la fuerza
magnetizante. Por lo tanto, se puede usar para
indicar las pérdidas por histéresis. En la curva
representada, el punto A corresponde a la
ausencia de fuerza magnetizante y, por lo tanto,
ausencia de flujo en el núcleo. Cuando primero se
aplica la fuerza magnetizante en la dirección
positiva, la curva avanza al punto B, que
corresponde a flujo de núcleo en la dirección
positiva.
•
Punto de saturación.
La fuerza magnetizante originada por la corriente
que pasa por un conductor recibe el nombre de
fuerza magnetomotriz (fmm). La fmm depende de
la corriente que pase por la bobina y del número
de espiras en la bobina. Si la corriente se duplica,
también se duplicará la fmm. Además, si se
aumenta el número de espiras en la bobina,
también aumentará la fmm. Por tanto, para medir
la fmm se usa la unidad llamada amper-vuelta que
es la corriente eléctrica multiplicada por el número
de vueltas de la bobina.
La magnitud de la fmm determina el número de
líneas de flujo que existirá en el campo o la
intensidad de ese campo. Al aumentar la fmm
también aumenta el número de líneas de flujo.
Pero se llegará a un punto en el cual la fmm, al
aumentar, ya no producirá más líneas de flujo. A
este punto se le conoce como punto de
saturación.
Sugerencias o Notas
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Consideraciones sobre
seguridad e higiene
Realizar el trabajo en forma eficiente y
oportuna.
Practicas de Ejercicio y listas de
cotejo
Portafolio
de evidencias
El alumno, realizará los ejercicios y
prácticas incluidas en este manual con
orden,
limpieza,
eficiencia
y
responsabilidad.
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FUENTE DE ALIMENTACIÓN ELÉCTRICA DE
CORRIENTE DIRECTA
Al finalizar la unidad, el alumno identificara la
construcción y acción química de las baterías, la
estructura del generador y motor de corriente
directa para su funcionamiento en los diferentes
circuitos y equipos eléctricos.
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97
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Aplicación e Corriente Directa
Mapa curricular del módulo ocupacional
Aplicación de
Corriente Directa
108 Hrs.
Módul
Unidad de
Aprendizaje
1. Introducción
a la
Electricidad.
2. Generación
de
Electricidad.
46 Hrs.
Resultado de
aprendizaje
3. Introducción
4.
al
Magnetismo
21 Hrs.
4.1 Identificar la construcción y acción química de las celdas para los
diferentes tipos de baterías empleadas en los circuitos y equipos
eléctricos.
4.2 Identificar la estructura del generador de corriente directa para su
funcionamiento con otros componentes eléctricos donde se aplican.
4.3 Identificar su clasificación y sus partes de los motores de corriente
directa para su funcionamiento en los diferentes circuitos y equipos
eléctricos.
Fuentes de
Alimentación
Eléctrica de
Corriente
Directa.
26 Hrs.
8 hrs.
9 hrs.
9 hrs.
4. Fuentes de Alimentación Eléctrica de Corriente Directa
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98
Sumario
Colegio Nacional de Educación profesional Técnica
Aplicación e Corriente Directa
Construcción y acción química básicas de celdas
Generadores de corriente directa
Estructura del generador de corriente continua
Motores de corriente directa
Clasificación de los motores de corriente continua
Potencia nominal de motores de corriente continua
RESULTADO DE APRENDIZAJE
4.1 Identificar la construcción y acción química de las celdas para los diferentes tipos de baterías empleadas
en los circuitos y equipos eléctricos.
4.2 Identificar la estructura del generador de corriente directa para su funcionamiento con otros componentes
eléctricos donde se aplican.
4.3 Identificar su clasificación y sus partes de los motores de corriente directa para su funcionamiento en los
diferentes circuitos y equipos eléctricos.
Identificar la construcción y acción química de las
celdas para los diferentes tipos de baterías
empleadas en los circuitos y equipos eléctricos
4.1 Construcción y acción química básicas de
celdas
•
Baterías primarias y secundarias
•
Principio de la pila eléctrica.
Si se sumergen dos cintas o placas de cobre en
una solución diluida de ácido sulfúrico, y se
conectan los terminales a un voltímetro, no se
aprecia ningún movimiento sensible de la aguja
indicadora del aparato. Esto prueba que no existe
ninguna diferencia apreciable de potencial
eléctrico entre las dos cintas de cobre.
Pero si reemplazamos una de las cintas de cobre
por una cinta de cinc la aguja del voltímetro se
moverá hasta indicar aproximadamente 1 voltio de
diferencia de potencial existente entre las dos
cintas. Será necesario conectar la cinta de cobre al
terminal positivo y el cinc al terminal negativo del
voltímetro para hacer la lectura indicada. Esto
prueba que, en cuanto al circuito exterior, el cobre
es positivo con relación al cinc. El mismo
experimento se puede repetir con otros metales o
substancias. Por ejemplo, el carbón o el plomo
pueden reemplazar al cobre, y se puede obtener
una diferencia de potencial entre cualquiera de
estos dos y el cinc, aunque no se alcanzará el
mismo valor que se obtuvo con la combinación
cobre-cinc. El cinc puede ser reemplazado por
varios metales y se encontrará que se producen
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99
Colegio Nacional de Educación profesional Técnica
Aplicación e Corriente Directa
diferencias de potencial entre uno de ellos y el
cobre.
La pila descrita es una pila electrolítica. Estas pilas
se definen como sigue:
Además, no es necesario que la solución sea
precisamente de ácido sulfúrico. Otros ácidos,
tales como el clorhídrico y el crómico, pueden
reemplazar al sulfúrico; o también soluciones
salinas, como la de sal común (cloruro de sodio), o
la sal amoniaco (cloruro amónico), o el sulfato de
cobre o el de cinc. Debido al primitivo
descubrimiento de Galvani y de Volta, estas pilas
se conocen con el nombre de pilas o elementos
galvánicos o voltaicos.
1. Una pila electrolítica es un aparato proyectado
para que se realice en él una reacción
electroquímica y comprende una vasija, dos o
más electrodos y uno o más electrólitos.
Las soluciones que se utilizan para las pilas se
denominan
electrólitos,
o
conductores
electrolíticos, y se definen como «medios
conductores en los cuales el paso de la corriente
eléctrica viene acompañado por un movimiento de
materia Un electrólito se define también como una
sustancia que, cuando se disuelve en un disolvente
determinado (generalmente agua) se transforma
en un medio conductor. Si se quiere obtener una
diferencia de potencial entre dos placas metálicas,
solamente se han de cumplir dos condiciones:
3. Un ánodo es un electrodo a través del cual
penetra la corriente en un conductor de clase
no metálica.
1. Las placas han de ser de metales distintos.
2. Se las debe sumergir en una solución de un
electrolito, sea ácida, alcalina o salina.
Además, si se quiere que la pila representada en
la figura que suministre energía, conectando una
resistencia AB entre sus terminales la corriente
exterior pasará del cobre a la resistencia AB y de
ésta al cinc. En el interior de la pila, la corriente
circulará desde el cinc hacia el cobre, a través del
electrolito, como se indica en la figura. Como la
dirección
•
Definiciones de los elementos
intervienen en la electrólisis.
que
2. Un electrodo es un conductor que pertenece a
la clase de los conductores metálicos, pero no
necesariamente un metal, y a través del cual
penetra o sale una corriente en una pila
electrolítica.
4. Un cátodo es un electrodo a través del cual sale
la corriente de un conductor de clase no
metálica
En las dos últimas definiciones, el «conductor de
clase no metálica es, evidentemente, el electrolito.
En una pila electrolítica que suministre energía, el
ánodo es el terminal negativo, o sea el cinc, y el
cátodo es el terminal positivo, es decir, el cobre.
Un elemento primario es una pila destinada a
generar una corriente eléctrica mediante una
reacción electroquímica cuya reversibilidad no se
produce con rendimiento adecuado y, por lo
tanto, cuando la pila se descarga, no puede
cargarse con buen rendimiento mediante una
corriente eléctrica. En cambio un acumulador es
una pila electrolítica destinada a la generación de
energía eléctrica y que, después de descargarse,
puede restituirse a la situación de cargada
mediante una corriente eléctrica que circule en
dirección opuesta a la de la corriente producida
cuando el acumulador se descarga». Los
acumuladores se denominan frecuentemente pilas
secundarias. En una pila electrolítica, la energía se
almacena en forma de energía química, y la
energía eléctrica se produce a expensas de los
electrodos, que bien pasan al electrólito, bien se
convierten en una forma degradada de energía
química. Por ello, una pila primaria transforma
energía química en energía eléctrica.
•
Pilas primarias.
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100
Como se sabe existen muchas combinaciones de
metales y de soluciones capaces de engendrar una
f.e.m. y constituir así una pila, solamente un
número limitado de tales combinaciones es
comercialmente realizable. Las condiciones a las
cuales debe ajustarse una buena pila son las que
siguen:
a) No deben producirse acciones locales, es decir
que no debe haber ningún o poco desgaste
de materiales cuando la pila no produce
corriente.
b) La f.e.m. debe ser de tal magnitud que permita
a la pila suministrar una cantidad razonable de
energía con una corriente moderada.
c) No debe ser necesario reemplazar los materiales
con frecuencia y el coste de éstos debe ser
reducido.
d) La resistencia interna y los efectos de
polarización no deben ser importantes,
porque de otra manera la pila no puede
suministrar ni siquiera cantidades moderadas
de corriente durante un tiempo adecuado.
Así, por ejemplo, la pila representada en la figura
59 (b) no sería realizable, porque el cobre y el cinc
se gastarían, hasta cuando la pila no suministrase
corriente alguna. La polarización sería importante,
y la pila solamente podría suministrar una
corriente relativamente pequeña.
•
Resistencia interna.
Como se ha señalado en el capítulo III, cualquier
pila o acumulador tiene una resistencia interior,
que tiende al mismo tiempo a reducir la magnitud
de la corriente y de la tensión entre terminales,
cuando suministran corriente. Esta resistencia se
produce .en los electrodos, en la superficie de
contacto entre los electrodos y el electrolito y en el
propio electrolito. Puede reducirse modificando las
dimensiones de la pila, del mismo modo que con
cualquier conductor eléctrico. La sección
transversal del camino que sigue la corriente en el
interior de la pila debe ser tan grande como sea
posible. Esto representa que debe existir una gran
superficie de contacto entre los electrodos y el
electrolito. La sección transversal de los electrodos
debe ser también bastante amplia para transportar
la corriente a los terminales de la pila sin excesiva
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Aplicación e Corriente Directa
caída de potencial. Se presentan ligeras
dificultades para conseguir que las pérdidas de
tensión en las mismas placas sean despreciables.
Se comprende que a mayores electrodos
corresponden mayores pilas, con mayor capacidad
de corriente. Además del medio de aumentar la
superficie de contacto de los electrodos con el
electrolito, la resistencia de la pila puede reducirse
disminuyendo la distancia entre los electrodos.
Con ello se reduce la longitud del recorrido de la
corriente dentro de la pila y se reduce
proporcionalmente la resistencia de la pila.
Aumentando el tamaño de la pila no aumenta su
f.e.m. La f.e.m. de-pende únicamente del material
de los dos electrodos y del electrolito. Por ejemplo,
si en dos pilas, una mucho mayor que la otra, se
han empleado idénticos materiales para los
electrodos y se utiliza el mismo electrolito, las dos
generarán f.e.m. iguales. Es decir que si se
conectan uniendo los terminales negativos y los
positivos no deberá circular corriente alguna entre
las dos pilas. Sin embargo, al aumentar el tamaño
de los elementos de una pila, se incrementa su
capacidad.
•
Polarización.
Si se lleva a cabo un ensayo para determinar el
descenso de la tensión entre los terminales cuando
se toma corriente de una pila, como por ejemplo
una pila seca, conectando un voltímetro, un
amperímetro y una resistencia exterior, como en la
figura anterior 60, los resultados serán
aproximadamente los siguientes:
Cuando la pila está en circuito abierto, el
voltímetro indicará la fem de la Pila E , indicada
en la siguiente figura. Cuando se cierra el
interruptor S, la corriente circula y la tensión entre
los terminales descenderá rápidamente desde A
hasta
B.
La
distancia
AB
representa,
aproximadamente, la caída de potencial debida a
la resistencia interior de la pila, de la que hemos
hablado más arriba. Pasando el tiempo, la tensión
entre los terminales continúa descendiendo, como
indica la porción BB' de la curva, aun cuando la
resistencia exterior se mantenga constante. Esta
ulterior caída de tensión se debe enteramente a la
polarización.
Mantenimiento de Sistemas Automaticos, Mantenimeinto de Motores y Planeadores y Sistemas Electroniocs de Aviacion
101
Si al llegar al tiempo correspondiente al punto B',
se pone la resistencia exterior en corto circuito, la
tensión entre los terminales se eleva casi
inmediatamente hasta el valor A', representando la
distancia B'A' la caída de tensión debida a la
resistencia interior de la pila. Pasado algún tiempo
más, contándolo ahora de derecha a izquierda y
según la escala de la parte alta del diagrama,
figura anterior, la f.e.m. de la pila se recupera
gradualmente, debido a que se desprenden las
burbujas de hidrógeno generadas en el cátodo.
La polarización se debe al hecho de que cuando la
pila suministra corriente, se forman pequeñas
burbujas de hidrógeno sobre la placa positiva o
cátodo, que cubren prácticamente su superficie y
dan lugar a dos efectos.
1. Un aumento efectivo de la resistencia de la
superficie de contacto entre el cátodo y el
electrolito.
2. Una acción secundaria entre el hidrógeno y la
placa positiva o cátodo, que produce una
fuerza electromotriz de polarización opuesta a
la de la pila.
Estos dos efectos explican la reducción de la f.e.m.
y la capacidad de muchos tipos de pilas después
de algún tiempo de prestar servicio.
Despolarización.
Puede
obtenerse
una
despolarización parcial o casi completa, tanto por
procedimientos físicos como químicos. La
despolarización física se obtiene haciendo rugosas
las superficies de los-electrodos.
En ocasiones se consigue esto mediante la
electrodeposición de una masa suelta de metal
sobre la superficie del electrodo, como, por
ejemplo, de negro de platino sobre una superficie
de platino. El hidrógeno se desprende mucho más
fácilmente si las superficies son rugosas.
En la práctica, sin embargo, la despolarización se
realiza casi siempre por medios químicos, como
los de empleo de un agente oxidante, tal como el
ácido crómico o el bióxido de manganeso,
dispuesto en íntimo contacto con el cátodo. El
hidrógeno se combina fácilmente con el oxigeno
de estos agentes para formar agua (H20). Este
método se emplea en la pila de bicromato, en la
de Leclanché y en las pilas secas.
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Aplicación e Corriente Directa
Pila de Daniell. Esta pila es del tipo de dos líquidos
con placas de cobre y de cinc como electrodos.
Consiste en un vaso de vidrio que contiene en su
interior otro recipiente menor de un material
poroso dentro del cual hay una solución de sulfato
de cinc o de esta sal y ácido sulfúrico. El ánodo o
electrodo negativo está sumergido en este
electrolito. Alrededor del vaso poroso hay una
solución de sulfato de cobre con algunos cristales
de esta sal en el fondo del vaso de vidrio. Una
placa de cobre, que hace de cátodo, rodea el vaso
poroso. Éste mantiene separadas las dos
soluciones. Como el cobre se encuentra dentro de
una solución saturada de sulfato de cobre no hay
polarización. Esta pila está indicada para emplearla
cuando el circuito esta continuamente cerrado. Si
se deja abierto el circuito, los electrodos se
consumen rápidamente.
Cuando la pila queda fuera de servicio por algún
tiempo, conviene retirar los electrodos y lavar
completamente el vaso poroso La f.e.m. de esta
pila es aproximadamente de 1,1 voltios.
Atendiendo al aspecto práctico de su utilización, la
pila Daniell está anticuada, pero da un ejemplo del
principio en que se basan las pilas de gravedad.
Pila de gravedad. Esta pila es una modificación
de la de Daniell, utilizándose la diferencia de
densidad y no una pared porosa para mantener
separados los dos electrólitos. El cátodo, que es de
cobre, está formado por cintas delgadas, unidas
entre sí y colocadas en el fondo del vaso, junto
con cristales de sulfato de cobre. Una solución de
sulfato de cobre llena el vaso hasta poca distancia
del borde. La conexión del electrodo de cobre con
el terminal se suele hacer por medio de un hilo de
cobre aislado, que pasa por la solución y emerge
fuera del vaso. Deben que dar siempre cristales de
sulfato de cobre en el fondo.
El ánodo, que es de cinc y por lo general más bien
Pila de macizo, se hace fundido y en forma de
pata de gallo, gravedad, disponiéndolo colgado
del borde del vaso. Este electrodo está rodeado
por una solución de sulfato de cinc que queda
separada por densidad de la solución de sulfato de
cobre, que es más pesada y tiende a quedarse en
el fondo. Las soluciones deben verterse
cuidadosamente, puesto que si la solución de
sulfato de cobre se pone en contacto con el cinc,
se forma un depósito de cobre sobre él. Este
depósito se ha de quitar si por casualidad llegara a
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102
formarse. Durante el funcionamiento de la pila, el
cinc se disuelve en el sulfato de cinc, y el cobre
metálico de) sulfato se deposita sobre el electrodo
de cobre. El cátodo aumentará, por lo tanto, de
peso mientras que el ánodo lo irá perdiendo.
Ésta es la razón por la cual se hace macizo el
ánodo de cinc y delgadas las cintas del cátodo de
cobre cuando se prepara la pila. La f.e.m. de la
pila es prácticamente igual a la de la Daniell y
aproximadamente de 1,09 voltios, variando
ligeramente con la concentración de las
soluciones.
Para evitar que el sulfato de cinc ascienda por
capilaridad, se parafina la parte alta del vaso. Para
dificultar la evaporación se suele recubrir con
aceite la superficie del electrolito. Cuando se carga
de nuevo la pila, se añade cinc metálico y cristales
de sulfato de cobre y se quita cobre metálico y
sulfato de cinc..
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en terminales debe considerarse que solo de un
voltio cuando la pila esta en servicio
El medio mas empleado para reducir la
polarización es poner bióxido de manganeso en
contacto intimo con el carbón. El bióxido de
manganeso cede fácilmente oxígeno, que se une a
las burbujas de hidrógeno para formar agua.
En uno de los tipos de pilas de Leclanché se
suspende una varilla de cinc en el centro de un
cilindro hueco de carbón y bióxido de manganeso.
Un tipo más perfeccionado, la pila de vaso
poroso, está representada en la siguiente figura.
Consta de un vaso de carbón lleno de bióxido de
manganeso rodeado por la placa de cinc, curvada
en forma de cilindro, manganeso rodeado por la
placa de cinc, curvada en forma de cilindro,
manteniéndose la separación entre ambos por
medio de aros de caucho.
La pila de gravedad es del tipo de circuito cerrado
y debe mantenerse así el circuito para obtener los
mejores resultados. De otro modo, el sulfato
de cobre se mezclará gradualmente con el sulfato
de cinc. Esta pila se ha utilizado para las señales
ferroviarias, aparatos de alarma de incendio y
servicios telefónicos, en cuyo caso se trabaja en
circuito cerrado. Las baterías de acumuladores las
han reemplazado en muchas ocasiones, y con
frecuencia utilizando corriente alterna de las redes
de distribución, previamente rectificada.
Pila de Leclanché. La pila de Leclanché es quizás
el tipo más familiar de pila primaria, porque
constituye el fundamento de la pila eca, que tan
amplia aplicación ha conseguido. De hecho, la pila
seca es pura y simplemente una forma de pila de
Leclanché, en la cual el electrolito queda retenido
por un medio absorbente. El cátodo es de carbón
moldeado y el ánodo es de cinc amalgamado. El
electrolito es sal amoníaco (cloruro amónico).
Debido a que se polariza rápidamente, esta pila se
utiliza sólo para instalaciones en circuito abierto, o
sea para funcionamiento intermitente. Su f.e.m.
varía entre 1,4 y 1,5 voltios, pero debido a la caída
de tensión ocasionada por la resistencia interior y a
la que produce la polarización, la tensión en
terminales debe considerarse que es sólo de 1
voltio cuando la pila está en servicio. El medio más
empleado para reducir la polarización, la tensión
La solución suele constituirse disolviendo 150 g
de cloruro amónico en un litro de agua. Si la
solución es más concentrada se producen cristales
de cloruro de cinc sobre el cinc y el carbón. Para
evitar que la solución ascienda por las paredes del
vaso se recubren éstas con parafina y el extremo
del carbón se embadurna con cera.
Debido a su simplicidad y al hecho de que no
contiene ácidos o álcalis nocivos, este tipo de pila
se
empleó
mucho
para
circuitos
de
funcionamiento intermitente, tal como timbres de
puertas, teléfonos y telégrafos. La pila seca, de
forma más conveniente, ha reemplazado casi
completamente este tipo de pila.
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103
Pilas secas. La pila seca es en realidad una pila de
Leclanché en la que el electrolito está
impregnando un material absorbente y todo el
conjunto va herméticamente cerrado para evitar la
evaporación. Como este tipo de pila es
relativamente muy ligero, portátil y conveniente,
ha reemplazado prácticamente los demás tipos de
pilas primarias. El nombre «pila
seca» es
realmente inapropiado, puesto que ninguna pila
verdaderamente
seca puede suministrar una
corriente apreciable. Realmente la causa primor
dial de agotamiento de una pila seca es que,
efectivamente, se quede seca.
La sección transversal de una pila seca típica se
representa en la figura 65. El ánodo es de chapa
de cinc y tiene forma de vaso cilíndrico, que sirve
como envoltura de la pila. El terminal
correspondiente está soldado en el borde superior
del cinc, el cual está recubierto con un material no
conductor, como papel secante o yeso. El cátodo
está formado por una barra de carbón recubierta
por una mezcla de coque, carbón, etc. La barra
varía de forma según la fábrica de procedencia.
Está colocada en el centro de la envoltura de cinc y
el terminal correspondiente se fija en su
extremo.
El agente despolarizador, polvo de bióxido de
manganeso, se mezcla con coque muy fino y se
comprime bien en el espacio comprendido entre el
carbón y la capa de material no conductor que
recubre el cinc. Se llena con ello la envoltura
hasta unos 3 cm del borde. Se añade una
solución de cloruro amónico con una ligera
proporción de sulfato de cinc y se tapa con cera o
con un producto alquitranado. La parte exterior
de la envoltura de cinc se barniza las mas veces y
el conjunto se pone siempre dentro de una
envoltura cerrada de cartón.
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La f.e.m. de una pila seca varía entre 1,5 y 1,6
voltios cuando está nueva, pero baja a 1,4 voltios
con el tiempo, aun cuando la pila esté inactiva. El
que la f.e.m. sea muy inferior a 1,5 voltios indica
ordinariamente que se ha empezado a deteriorar.
La resistencia interior de una pila nueva es de 0,1
ohmios aproximadamente y aumenta varias veces
con el tiempo. El efecto de polarización es grande
en comparación con la resistencia interior, de
manera que un valor reducido de la resistencia
interior no tiene importancia, excepto en el
aspecto de indicar una pérdida de condiciones de
la pila. Un método para ensayar estas condiciones
es ponerla en corto circuito con un amperímetro y
si marca un valor instantáneo de 1,5: 0,1 = 15
amperios, es que se halla en buenas condiciones.
Cuando está nueva, la corriente llega a alcanzar,
por este método, hasta 25 amperios. Cuando
suministra una corriente apreciable, la tensión
entre terminales se acerca mucho a 1 voltio.
Una de las causas principales de que una pila se
gaste es que el cinc se deteriora como resultado
de las reacciones electroquímicas en el interior de
aquélla. La solución resuma por los poros y el
interior se seca, con lo que la pila queda
inutilizable. La vida de una pila puede prolongarse
temporalmente reponiendo la solución, pero en
general los resultados obtenidos están lejos de ser
satisfactorios.
Como ya se sabe, las pilas secas se prestan a
muchas aplicaciones. Donde pueden aplicarse es
en el suministro de corrientes moderadas para
servicios intermitentes, pero también permiten
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104
suministrar una corriente ininterrumpida de una
intensidad de 0,1 amperio. Se usan en gran escala
para timbres de llamada, campanas eléctricas,
zumbadores, teléfonos, telégrafos, encendedores
de aparatos de gas, lámparas de destellos y otras
muchas aplicaciones. Se emplean también como
baterías A, B y C en los receptores de radio de
corriente continua.
Pila de Rubén. La pila de Rubén (R. M.)1 se
estudió conjuntamente por los Laboratorios Rubén
y P. R. Mallory y Cía., durante la segunda guerra
mundial, para cubrir las necesidades de las fuerzas
armadas, en cuanto a baterías secas necesarias
para sus equipos de radar y otros aparatos
electrónicos que requieren una relación alta entre
la capacidad en amperios hora y el volumen y
densidades de corriente más elevadas que las que
en general podían obtenerse con las pilas de
Leclanché. El ánodo es de cinc amalgamado, y el
cátodo se constituye con una íntima mezcla de
óxido mercúrico, como despolarizante, y grafito,
para reducir su resistividad. El electrolito es una
disolución de potasa cáustica (KOH) que contiene
cincato potásico. Las pilas se construyen de dos
formas. En una de ellas, el ánodo consiste en una
tira ondulada de cinc, arrollada en espiral (fig. 66,
a), de un espesor de 0,051 a 0,13 mm, que se
amalgama después de conformarla. Con la cinta
de cinc se arrollan dos tiras de papel absorbente y
resistente a los álcalis (electrolito), de modo que el
cinc sobresale en la parte superior y el papel en la
inferior. Este ánodo se aisla de la caja de acero que
contiene a la pila, con un aislador de poliestireno.
El despolarizador catódico se separa del ánodo
con una pantalla de papel resistente a los álcalis.
La tapa de la pila es de cobre que está en
contacto con la cinta de cinc formando el terminal
negativo. La pila se hace estanca con un anillo
aislante de neopreno. La caja de acero, que es
químicamente inerte para los ingredientes que
contiene la pila, forma el electrodo positivo.
En el segundo tipo de pila de Rubén, denominado
de «botón» (fig. 66, b), el ánodo está constituido
por un disco de polvo comprimido de amalgama
de cinc. Los otros elementos de la pila son
idénticos a los del tipo representado en la figura
66 (a). Este segundo tipo tiene un rendimiento
volumétrico superior al anterior, lo que, unido a
otros factores, ha hecho que lo reemplace.
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La diferencia de potencial entre bornes, en circuito
abierto, es de 1,34 voltios, y no varía con el
tiempo ni cambia con la temperatura. Las ventajas
de esta pila son su larga «vida en almacén», que
permite conservarla indefinidamente; su larga vida
en servicio, que es aproximadamente el cuadruplo
de la que tienen las pilas secas de Leclanché, de
volumen
equivalente;
escaso
peso;
una
característica de tensión muy plana, que es
ventajosa para usos electrónicos, ya que las
características de las válvulas varían mucho con la
tensión; adaptación a trabajos con altas
temperaturas, sin averías y alta resistencia a los
golpes.
Como ejemplo de la alta capacidad de las pilas de
Rubén en comparación con los tipos ordinarios de
pilas secas, puede citarse el caso de utilización de
ambos tipos en un equipo portátil de
radioteléfono. La batería de pilas secas pesaba 4,3
Kg y hubo que substituirla después de un
funcionamiento continuo de 7,8 horas; en cambio,
la de pilas de Rubén, que tenía un peso de 4 Kg,
funcionó 38 horas antes de cambiarla.
Pilas de cloruro de plata y magnesio, activadas con
agua. Al comenzar la segunda guerra mundial y
debido a las diversas mejoras en los equipos
electrónicos de los ejércitos, se hizo imprescindible
el disponer de baterías de pilas de muy poco peso,
pequeño tamaño y gran capacidad. Tanto los
acumuladores como las baterías de pilas que
existían resultaban demasiado grandes o no tenían
la capacidad necesaria para cubrir las necesidades
de los nuevos equipos electrónicos ligeros y
pequeños. Además, como las baterías se
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105
empleaban en todo el mundo, era necesario que,
aun al almacenarlas indefinidamente, no perdieran
sus características. Como resultado de ello, los C.
F. Burgess Laboratorios desarrollaron el tipo de
pila de cloruro de plata y magnesio, activada con
agua. El electrodo positivo está constituido por
una lamina de plata de 0,025 a 0,076 mm de
espesor, con un recubrimiento por deposición
electrolítica de cloruro de plata v el electrodo
negativo se forma con lámina de magnesio En los
tipos construidos para tensión moderada, pero
gran intensidad de corriente, la hoja de plata esta
recubierta por ambos lados con cloruro de plata, y
a cada electrodo se suelda un hilo terminal. Los
dos electrodos se arrollan en espira] interponiendo
entre ambos papel absorbente, lo que constituye
una pila cilíndrica en cuyo extremo emergen dos
hilos. La pila constituida de esta manera,
totalmente en seco, es completamente inerte y se
conserva indefinidamente. Cuando el papel
absorbente se satura de un electrolito,
preferiblemente agua dulce o salada, la pila puede
suministrar una corriente eléctrica sensible. Para
constituir una batería de dos o más pilas, es
conveniente encintar a pila cilíndrica con cinta de
plástico o papel barnizado y, entonces, enrollar
sobre ella una segunda pila. Cuando se quieren
obtener tensiones elevadas, pero intensidades
pequeñas de corriente, las baterías se hacen
preferentemente de forma plana y la hoja de plata
se cubre con el cloruro de plata solamente por
una cara. Las pilas pueden suministrar corriente de
intensidad relativamente alta con tensiones en
descarga, de 1,3 a 1,5 voltios entre terminales,
que se conserva relativamente constante, aun por
encima del régimen de descarga. Una pila con un
electrodo de 44,5 mm de diámetro y 82,5 mm de
altura tiene una capacidad de 0,875 amperioshora cuando se descarga con tensión de un voltio
y pesa 74 g, seca y 110g húmeda. El Promedio
de amperios- hora y vatios-hora por kilogramo es
de 6,4 y 42,7 respectivamente valores que son
muy superiores a los de los otros tipos de baterías
y que son el doble del que corresponde a los
elementos con electrodos de plomo con electrolito
acido. Además, como en todas partes se
encuentra agua, las baterías pueden expedirse a
cualquier lugar, sin electrolito. Estas pilas se
adaptan muy bien
para determinadas
aplicaciones, como por ejemplo para las radios
instaladas en boyas de salvamento, que se lanzan
al mar desde los aeroplanos cerca de los puntos en
que se encuentren las tripulaciones de aparatos
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derribados Ln cuanto la boya toca al agua, el agua
del mar penetra en la batería y la activa, con lo
que suministra corriente a un emisor de radio
automático que guía las embarcaciones de
salvamento o los aeroplanos hacia el lugar
adecuado. Las pilas de este tipo son caras, pero su
precio está justificado por los servicios especiales
que pueden prestar.
Pila patrón de Westón- En los trabajos prácticos
es esencial poder contar con un Patrón de
comente, de diferencia de potencial y de
resistencia. Naturalmente que el conocimiento de
dos de estas cantidades nos permite determinar la
tercera fácilmente, por medio de la ley de Ohm.
No es un problema difícil fabricar y reproducir
patrones de resistencia, ya que no son más que
tiras u otras formas de metal, cuidadosamente
montadas y calibradas. Estos patrones son
prácticamente eternos, porque su resistencia
permanece constante por tiempo indefinido. Los
patrones de intensidad de corriente o de tensión
son mucho más difíciles de reproducir y de
mantener que el patrón de resistencia, y se ha
comprobado que es más fácil conseguir un patrón
de diferencia de potencial que uno de intensidad
de corriente. Este patrón es la f.e.m. de una pila
normal o patrón. La f.e.m. de una pila depende de
los materiales que la constituyen y de sus
impurezas, de la concentración del electrolito, de
la temperatura, de los efectos de polarización, etc.
Se hace difícil, por lo tanto, elegir estos materiales
para una pila de manera que permitan
reproducirla en distintos momentos y en lugares
diferentes con el grado suficiente de precisión. El
elemento de Weston cumple dichos requisitos y en
la actualidad se emplea universalmente como pila
patrón.
En esta pila, el 'cátodo es de mercurio y el ánodo,
de amalgama de cadmio. El electrolito escuna
solución de sulfato de cadmio y sulfato
mercurioso.
La pila se fabrica en dos formas, la pila patrón y la
pila secundaria no saturada. En la pila patrón se
dejan cristales de sulfato de cadmio en contacto
con la solución, con lo que se consigue que esté
siempre saturada. Su f.e.m. queda ligeramente
afectada por la temperatura, produciéndose un
cambio de unos 50 microvoltios por grado
centígrado para temperaturas comprendidas entre
25 y 40°C, pero se pueden hacer correcciones
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106
precisas. Es posible reproducir estas pilas con
f.e.m. que difieran entre sí solamente de algunas
millonésimas.
El vaso que contiene la pila es un tubo de vidrio en
forma de H, cuyos brazos tienen 25 mm de
diámetro. El tubo está cerrado herméticamente. El
cátodo de mercurio se dispone en el fondo de uno
de los brazos del tubo en H, y sobre él la pasta de
sulfato mercurioso. En el fondo del otro brazo está
el ánodo de amalgama de cadmio. Los terminales
enlazados al cátodo y al ánodo se sueldan al
fondo de los brazos. Los rápidos cambios de
temperatura no afectan por igual los dos brazos,
lo que da origen a errores hasta que la
temperatura se estabiliza. Para reducir estos
efectos al mínimo posible, se encierra la pila en
una caja de baquelita (fig. 67) cuya parte frontal
se ha suprimido para que se vea la forma
constructiva de la pila. Recientemente se ha
añadido una cubierta de cobre (fig. 67), para
disminuir aún más la acción de la temperatura.
La tensión entre los terminales de cualquier pila
difiere de su f.e.m. de una cantidad igual al
producto RI, caída de tensión debida a la
resistencia de la pila. Como la resistencia de una
pila de Weston es de unos 125 ohmios, es
evidente que, si suministra una corriente
apreciable, su tensión entre los bornes será muy
pronto distinta de su f.e.m. La pila debe
emplearse, por lo tanto, de tal manera que la
intensidad de la corriente producida no sea
apreciable. Por medio del llamado método de
Poggendorf, que se describe en el § 137, la pila se
utiliza sin que produzca corriente alguna. No debe
suministrar la pila más de 0,0001 amperios en
ningún instante. Si se absorbe una corriente
sensible, la f.e.m. cae, pero cuando el circuito se
abre de nuevo, la f.e.m. vuelve lentamente a su
valor inicial.
•
Secundarias.
Los elementos secundarios, llamados también
acumuladores, se fundan en los mismos principios
que los primarios o pilas, pero ambos difieren en
la manera de regenerarlos.
Los materiales de una pila primaria que se han
gastado durante el proceso de generación de
corriente han de reemplazarse por otros nuevos,
mientras que, en un acumulador, los ateriales
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constitutivos vuelven a su condición inicial
haciendo pasar la corriente en sentido opuesto.
Por esta razón, los productos electroquímicos que
se producen durante la descarga deben
conservarse dentro del acumulador. Por lo tanto, si
un acumulador durante su funcionamiento da
lugar a productos que escapan, ordinariamente
en forma de gases, de manera que no pueden
volver a recuperarse cuando se invierte la corriente,
este acumulador no resultará conveniente. Por
ejemplo, la pila de Leclanché desprende gas
amoníaco y, por lo tanto, no puede servir de
acumulador. Las pilas de Daniell y de gravedad son
reversibles y, por esta razón, son teóricamente
utilizables como acumuladores; pero como los
materiales activos quedan disueltos y no pueden
recuperarse durante el ciclo inverso, su vida como
acumuladores seria muy corta. Se utilizan
ordinariamente tres tipos de acumuladores: el de
placas de plomo y ácido; el níquel, hierro y álcali,
y el níquel, cadmio y álcali. En todos estos tipos,
los elementos activos quedan en los electrodos.
Acumuladores de plomo y ácido. El principio
fundamental del acumulador de placas de plomo
se apoya en el siguiente y sencillo experimento:
dos placas planas de plomo se sumergen en una
solución de ácido sulfúrico (peso específico = 1,2
aprox.). Estas placas se conectan en serie con una
lámpara de incandescencia, o una resistencia
cualquiera equivalente, y el conjunto se conecta a
la red de suministro de corriente continua a 115
voltios. Cuando la corriente circula por el
acumulador, se desprenden burbujas de gas de las
dos placas, pero se observa que estas burbujas son
mucho más numerosas en una placa que en la
otra. Después de cierto tiempo, se observará que
una de las placas ha adquirido una coloración
chocolate oscura, y que la otra aparentemente no
ha cambiado de aspecto. Un examen cuidadoso,
sin embargo, hará ver que el plomo compacto de
la última placa comienza a hacerse esponjoso
Cuando la corriente pasa por el acumulador, se
produce la carga y el voltímetro conectado a sus
bornes acusa una diferencia de potencial de 2,5
voltios aproximadamente entre ellos. Si se
interrumpe la corriente abriendo el interruptor, la
lectura del voltímetro se reduce a unos 2,05
voltios, y el acumulador será capaz ahora de
suministrar una pequeña corriente. Sin embargo,
la energía que puede suministrar este acumulador
es muy limitada e incluso con una pequeña
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107
intensidad de corriente se agota en muy poco
tiempo. Durante la descarga del acumulador, la
tensión cae lentamente hasta 1,75 voltios, después
de lo cual desciende más rápidamente hasta
que llega a anularse, lo que aparentemente indica
que el acumulador está agotado. El color pardo
oscuro adquirido por una de las placas se volverá
más claro y tenderá a parecerse más al primitivo c
el acumulador recobrará ligeramente su
posibilidad de suministrar corriente por un tiempo
breve.
La placa que ha adquirido color chocolate oscuro
durante el experimento mencionado es la placa
positiva o cátodo, y la que se convirtió
parcialmente en plomo esponjoso es la negativa o
ánodo. Las burbujas se producen más en el ánodo
y son de hidrógeno libre. Algunas burbujas que
aparecen también en la placa positiva son de
oxigeno. Cuando se hace pasar una corriente por
un acumulador de este género, el plomo metálico
de la placa positiva se convierte en peróxido de
plomo, mientras que la placa negativa no cambia
de composición química, pero el plomo se vuelve
más poroso que el
metálico
ordinario,
adquiriendo
una estructura
esponjosa más
blanda. Cuando el acumulador se descarga, el
peróxido de plomo de la placa positiva se
transforma en sulfato de plomo, y el plomo
esponjoso de la placa negativa se transforma
también en sulfato de plomo, de manera que
ambas placas tienden a hacerse equivalentes desde
el punto de vista electroquímico.
El principio electrolítico del acumulador es el
mismo que el de una pila primaria Cuando las dos
placas de plomo son electroquímicamente iguales,
es decir cuando ambas son de sulfato de plomo,
no existe diferencia de potencial entre ellas.
Cuando la placa positiva se transforma en
peróxido y la negativa en plomo esponjoso por la
acción de la corriente durante la carga, las dos
placas dejan de ser iguales y existe entre ellas una
f.e.m. Esta f.e.m. es de unos 2,05 voltios, y la
diferencia entre esta f.e.m. y la de 2,50 voltios que
hay entre terminales durante la carga son los 0,45
voltios necesarios
para vencer la resistencia
interna y los efectos de polarización. Este sencillo
experimento pone de manifiesto el principio
fundamental del funcionamiento
de los
acumuladores de placas de plomo.
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Cuando se lee de izquierda a derecha esta
ecuación química, representa la reacción que se
produce al cargar el acumulador. Cuando se lee de
derecha a izquierda, indica las reacciones que se
producen durante la descarga. Cuando el
acumulador está en carga, el solo cambio que se
produce en
el electrolito es que el agua
descompone el sulfato convirtiéndose en acido
sulfúrico Esto se nota porque aumenta el peso
especifico del electrolito durante la carga. Durante
la descarga, el ácido sulfúrico disociado por la
corriente reacciona con el peróxido de plomo y
forma agua. Por lo tanto, en la descarga, el peso
específico del electrolito disminuye. Cuando se
carga el acumulador queda hidrógeno libre en la
placa negativa y oxígeno en la
placa positiva.
Debido a la naturaleza explosiva del hidrógeno, no
debe encenderse ninguna llama en la proximidad
de una batería de acumuladores que se esté
cargando.
Placas Planté. No sería práctico construir los
acumuladores con placas planas de plomo, como
hemos visto en el experimento precedente. La
superficie de las mismas expuesta a la acción
electroquímica sería tan pequeña comparada con
el volumen del plomo, que la capacidad del
elemento
en amperios-hora sería demasiado
pequeña para tener un valor comercial. Además,
con una carga relativamente pequeña, el peróxido
oscuro que se forma en la placa positiva se
desprendería en escamas y se depositaría en el
fondo del elemento.
Es necesario, por lo tanto, construir placas que
tengan una superficie relativamente grande
expuesta a la acción electroquímica y en las que, al
mismo tiempo, se reduzcan al mínimo las
posibilidades de formación de escamas de
peróxido en la placa positiva. Hay dos métodos
para alcanzar este resultado: el de Planté y el de
Faure. En el método de Planté, el materia] activo
de las placas se forma a partir de plomo metálico
haciendo pasar una corriente a través del
acumulador, primero en una dirección y luego en
la opuesta, con lo cual se transforma el plomo de
la superficie de las placas en material activo.
Un método para conseguir que la superficie de
contacto sea muy grande es el que se sigue con las
placas Gouid, representadas en la siguiente figura.
Una placa lisa de plomo atacado, sin antimonio,
que se somete previamente a un proceso
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108
mecánico de labra con discos circulares, ó de
ranurado superior) para formar delgadas aletas
con núcleo de plomo sólido inferior). La placa se
coloca entonces en una solución oxidante y se
carga. Mediante este proceso se forma en las
aletas el peróxido de plomo activo, que se acusa
por la presencia entre ellas de materia oscura El
núcleo, de plomo sólido, queda más o menos
protegido contra la acción del
electrolito y
permanece como elemento conductor. Al mismo
tiempo proporciona el plomo necesario para,
transformándose en material activo, suplir el que
se desprende de la superficie o pierde el contacto
con ella.
Otro tipo de placa Planté, es la Exide Manchester,
que se representa en la siguiente figura. Es una
rejilla constituida por una placa perforada de
plomo y antimonio. El material activo consiste en
una cinta ondulada de plomo, arrollada en espiral
e introducida a presión en los taladros de la rejilla.
El peróxido tiene mayor volumen que el plomo de
que procede. Por lo tanto, cuando se carga el
acumulador, las espirales se dilatan y quedan aún
más adheridas a la placa. La rejilla, por su parte,
no sufre un ataque apreciable, pero sirve de
soporte mecánico. La ventaja de este tipo de placa
es su rigidez y su resistencia mecánica. Como la
rejilla actúa simplemente como soporte de las
espirales de plomo, la placa puede utilizarse hasta
que todo el plomo se transforme en material
activo, sin que el conjunto de la placa se
desintegre.
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Las placas positivas Planté se considera que
pueden soportar de 1800 a 2400 ciclos completos
de carga y descarga. En las placas Planté, las
cargas y descargas producidas mientras se utiliza
el acumulador, convierten poco a poco toda la
placa en material activo. Por este motivo, debe
quitarse paulatinamente de las placas positivas
una parte del material activo para dejar espacio
para el nuevo que se forme. Por lo tanto, debe
dejarse espacio suficiente entre el fondo de los
vasos y el borde inferior de las placas para que el
peróxido de plomo desprendido, al acumularse en
el fondo, no establezca un corto circuito entre dos
placas.
Las placas negativas Planté deben soportar de
2500 a 3000 ciclos completos de carga y descarga
antes que su capacidad se reduzca al 80 % de su
valor inicial. Su pérdida de capacidad se debe más
a una degradación de su estructura esponjosa que
a una desintegración mecánica de la placa.
Sólo de manera excepcional se utilizan placas
negativas de tipo Planté, empleándose casi
siempre placas Faure, o empastadas, incluso con
placas positivas Planté.
Placas Faure o empastadas. Este tipo de placa
consiste en una especie de enrejado de plomo
antimonioso sobre el que se aplica el óxido de
plomo en forma de pasta. Después se carga el
acumulador. La pasta de la placa positiva se
convierte en peróxido y la de la placa negativa en
plomo esponjoso.
La principal ventaja de la placa empastada es su
elevada capacidad de energía, especialmente para
periodos cortos, junto con su tamaño más
reducido y su menor coste y peso para
determinada duración de la descarga. Se emplea
mucho cuando se requiere ligereza y poco
volumen, como en las baterías para vehículos
eléctricos y en las de encendido y arranque de los
automóviles.
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109
También las placas positivas empastadas si se
hacen lisas pierden el material activo, porque se
desprende en escamas o por la erosión producida
por las burbujas. Una placa empastada debe
soportar de 300 a 400 ciclos completos de carga y
descarga antes que su capacidad se reduzca al
80% de su valor inicial.
Colocando esterillas de fibra de vidrio sobre las
placas positivas, que actúan retardando la erosión,
se consigue aumentar la vida del acumulador
hasta 750 ciclos, si bien sacrificando un poco sus
características eléctricas, sin duda porque se
retarda la circulación del electrolito libre. Estas
placas se emplean también cuando quieren
obtenerse las mejores cualidades eléctricas a
expensas de la duración, siempre que haya otros
factores que interesen más que la vida de las
placas.
Las placas positivas empastadas ganan en
capacidad durante sus primeros tiempos,
produciéndose un aumento hasta del 120 %
aproximadamente de su primitivo valor. Esta
capacidad suplementaria es precisa durante la
mayor parte de la vida de la placa, ya que se
requiere material activo de nueva formación tan
rápidamente como se va desprendiendo. Sin
embargo, tan pronto como se ha utilizado toda la
reserva de material activo, las erosiones que se
producen después dan origen a pérdidas
considerables de la capacidad. La erosión y la
rapidez con que se reduce la capacidad de las
placas son entonces tan considerables que la vida
utilizable de la placa toca prácticamente a su fin.
Si las descargas son elevadas, las placas
empastadas tienen mucha más capacidad en
amperios, por unidad de superficie, que las placas
Planté. Por otro lado, las placas Planté son más
rugosas y duran más.
En todos los acumuladores se coloca una placa
negativa, más que las positivas. Esto permite que
todas las placas positivas trabajen por ambas
caras. Si alguna placa positiva trabaja solamente
por una cara, como el material activo se dilata
durante su transformación en peróxido de plomo
por efecto de la carga, la dilatación que sufren las
dos caras es distinta y la placa se alabea.
Acumulador blindado Exide. Para la propulsión de
vehículos de varias clases y para muchas otras
aplicaciones en las que conviene combinar las
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características de la placa empastada con muchas
de las debidas a la rugosidad y larga duración de
las placas Planté, se emplea en la mayor parte de
las ocasiones el acumulador blindado Exide. Sus
placas positivas consisten en un bastidor de plomo
antimonioso que soporta cierto número de tubos
perforados de ebonita. Dentro de cada tubo se
pone un núcleo de forma irregular de plomo
antimonioso, que sirve de colector de corriente. El
peróxido, o material activo, se comprime dentro
de los tubos asta llenar el espacio que queda entre
el núcleo irregular y la cara interior del tubo
Las perforaciones son tan pequeñas que el
peróxido no se desprende, eliminándose así,
prácticamente, el efecto de la erosión de las placas
positivas. Una placa ordinaria empastada, un poco
gruesa, se emplea en este acumulador como placa
negativa. Aun cuando un poco más caro, este tipo
de acumulador dura dos o tres veces más que el
usual de placas empastadas.
También puede soportar un trabajo muy duro. La
siguiente figura representa la vista y un corte
parcial de un acumulador blindado Exide.
Los acumuladores pueden ser de dos tipos: fijos y
transportables.
Acumuladores fijos. Las placas de este tipo de
acumuladores pueden ser del modelo de Planté o
del modelo empastado, según sea el servicio al
que se destinen. Para un servicio de «ciclo»
continuo o para una misión de regulador a una
intensidad moderada, pero uniforme, de carga y
de descarga, la placa Planté es preferible. Cuando
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110
se instala una batería de acumuladores para un
servicio de auxilio, que sufrirá una sobrecarga
durante el corto período correspondiente a la
punta que no puede soportar el generador, es
preferible emplear placas empastadas Faure. Para
una superficie dada en planta, una batería de
placas empastadas puede suministrar por hora el
doble de la corriente que una batería equipada
con placas Planté,
y para la intensidad máxima de corriente esta
relación es aún mayor. Este factor es muy
importante en los barrios de las ciudades con gran
densidad de edificación, en los que se instalan con
frecuencia estas baterías, ya que en ellos la
superficie disponible tiene mucho valor.
Cuando los acumuladores se deben emplear para
servicios de ciclo continuo o de regulación,
conviene utilizar placas de tipo Planté en las
baterías fijas, debido a su gran duración. Sin
embargo, en muchas de las instalaciones
modernas, se utilizan placas gruesas empastadas.
Debido al perfecto ajuste de los elementos del
acumulador en su vaso, que permite que los
separadores presionen contra las superficies de las
placas, el desprendimiento de material activo se
reduce al mínimo y se consigue una larga duración
de las placas. Las placas empastadas ofrecen
ventajas para los servicios de auxilio, ya que
pueden soportar una sobrecarga elevada durante
un tiempo pequeño.
Los vasos se hacen de ebonita y se proveen de
tapas para evitar salpica duras de ácido. (Antes se
utilizaban vasos de vidrio o de madera recubierta
de plomo, pero han sido substituidos por los de
ebonita).
Baterías portátiles. Las baterías para propulsión de
vehículos o para el arranque e iluminación de
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automóviles, es preciso que suministren una
descarga intensa con un mínimo de peso y de
tamaño. Para las baterías portátiles y aun para
algunas baterías fijas, son importantes los dos
últimos factores. Por lo tanto, se han de emplear
placas empastadas, tanto para las positivas como
para las negativas. Éstas se construyen de un
espesor relativamente pequeño y se aíslan entre sí
con separadores delgados. Se empaquetan
fuertemente dentro de un vaso de ebonita de
composición especial o de plástico. El conjunto es
en esencia el mismo que en el acumulador
blindado. La tapa se cierra herméticamente con un
preparado de asfalto para evitar las salpicaduras
del líquido. Hay un orificio en la parte superior del
vaso, cerrado con un tapón, que hace posible
reponer el agua que falte en el electrolito. Un
orificio de ventilación dispuesto en el tapón
permite la salida de los gases. La intensidad de
descarga de este tipo de acumuladores puede ser
elevada cuando, por ejemplo, se utilizan para el
arranque. Además, la capacidad en amperioshora, con relación al peso y volumen del elemento,
debe ser elevada. Por esta razón, el volumen del
electrolito es reducido y su densidad debe variar
entre límites amplios. Cuando la batería está a
plena carga, la densidad llega a valer 1,28 y 1,30,
y cuando está completamente descargada, baja
hasta 1,10.
Los elementos se disponen en conjuntos o en cajas
para unidades múltiples, según el tipo de servicio
al que han de destinarse, y se conectan por su
parte superior mediante tiras de plomo
empalmadas a los bornes por fusión del plomo o
por medio de tuercas. Las baterías de alumbrado y
arranque
de
automóviles
se
agrupan
corrientemente colocando los elementos en cajas
de plástico o composición especial, dando una
f.e.m. de 6 voltios aproximadamente. Las cajas
para unidades múltiples se adaptan para distintos
tipos de servicio, tales como propulsión de
vehículos, carretones industriales, locomotoras de
minas y alumbrado de ferrocarriles. El número de
elementos que contiene cada caja debe ser de
unos ocho cuando los acumuladores son
pequeños y no menor de dos si son grandes,
como en los de alumbrado de ferrocarriles. Las
cajas, especialmente para tamaños grandes, se
hacen en general de acero, mejor que de madera,
lo que permite constituir baterías de gran tamaño.
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111
Las baterías portátiles se adquieren, por lo común,
ya montadas, con su carga de electrolito y listas
para su empleo en cuanto se reciben. Sin
embargo, es recomendable una carga de ensayo.
Como el espacio disponible para el electrolito es
muy limitado en las baterías para vehículos y hay
un desprendimiento considerable de gases, el nivel
del electrolito desciende muy rápidamente, de tal
manera que se requieren frecuentes adiciones de
agua que, por lo regular, se hacen una vez por
semana de servicio activo.
Características
de
los
acumuladores.
Prácticamente todos los acumuladores tienen un
tiempo nominal de duración de descarga de unas
8 horas. Así, si una batería Planté puede
suministrar u0na corriente de 40 amp.
Continuamente y durante 8 horas, su capacidad
nominal será de 40-8 = = 320 amp.-hora. La
intensidad normal de carga de esta batería sería de
40 amp. Suponiendo que fuese capaz de
suministrar 40 amp. durante 8 horas, no podría
proporcionar 64 amp. durante 5 horas (320 amp.hora), sino solamente el 88 % de esta cantidad, o
sea 56,3 amp. durante 5 horas. Este valor 56,3 se
llama la capacidad para 5 horas.
A continuación se incluye una tabla en la que se
indica el porcentaje de capacidad para varios tipos
horarios de descarga.
Esta disminución de la capacidad, cuando se
producen descargas rápidas, se debe a la dificultad
que tiene la solución libre para penetrar
rápidamente en los poros del material activo, lo
que hace que no es posible reducir todo el
material activo durante cortos periodos de
descarga. Si la batería deja de suministrar corriente
durante un tiempo corto, será posible recuperar
alguna parte de energía y suministrar más
corriente, aunque en apariencia la batería estaba
agotada. Esto es debido a la penetración final en
los poros del material activo de la solución libre.
Las
baterías
pueden
soportar
descargas
extremadamente intensas durante intervalos
reducidos. Por ejemplo, a una batería de arranque,
que suministre 10 amp. continuos durante 8
horas, se le puede exigir durante un instante, para
el arranque, una intensidad de 450 amp.
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Carga. Para la carga de la batería se puede
observar la regla siguiente: La intensidad de carga
en amperios puede siempre igualarse al número
de amperios-hora que ha suministrado la batería
durante la descarga. Por ejemplo, si una batería ha
suministrado 200 amp.-hora, puede utilizarse una
corriente de, 200 amp. para la carga. A medida
que la batería se carga, la capacidad en amperioshora
disminuye
y
debe
reducirse
proporcionalmente la intensidad de carga. La
intensidad nunca debe ser tal que pueda provocar
desprendimientos violentos de gases.
El escape de gases representa una disipación de
energía, ya que una parte considerable de la
suministrada para la carga se gasta simplemente
en descomponer el agua en hidrógeno y oxigeno.
Por añadidura, la producción de gases tiende a
calentar la batería, se pierde ácido con las
salpicaduras que producen las burbujas al
romperse, y el material activo se desprende de las
placas debido a la acción erosiva de las mismas
burbujas. Cuando una batería está totalmente
cargada, cualquier corriente producirá burbujas,
pero la intensidad puede reducirse a un valor tal
que la formación de gases no sea excesiva y sea
prácticamente inofensiva. Este valor se denomina
intensidad de final de carga.
Una batería se puede cargar en 5 horas
empezando con una intensidad varias veces mayor
que la final y reduciéndola paulatinamente a
medida que aun entra la carga, hasta alcanzar el
valor final mencionado (método del voltaje
constante) o bien emplear una comente constante
de intensidad moderada durante un tiempo
mucho más largo, de hasta 16 horas (método de
corriente constante).
Un ejemplo usual del método de corriente
constante es la carga de las baterías de baja
tensión utilizando las redes de distribución de 110
voltios. La figura 76 indica cómo se carga una
batería para arranque, áe 6 voltios. La f.e.m. de la
hateria es tan pequeña en comparación con la
tensión de 110 voltios de la red, que la corriente
es absorbida casi enteramente por la resistencia de
un grupo de lámparas o por cualquier otra
resistencia en serie. Siendo esta resistencia
prácticamente constante, la corriente permanece
sensiblemente constante, prescindiendo del ligero
cambio producido en la f.e.m. de la batería.
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112
Cuando no se dispone de corriente continua, se
acostumbra a emplear rectificadores para convertir
la corriente alterna en continua para la carga de
baterías. Los rectificadores de tipo comercial más
corrientes para esta utilización son los de discos
secos, como los de óxido de cobre (Rectox), los de
selenio y los de cátodo incandescente, como los
Tungar y Rectigon (véase vol. U, cap. XV). Estos
rectificadores pueden estar adaptados para carga
a corriente constante o modificada, para carga a
tensión constante.
Antes de conectar la batería debe confirmarse
plenamente si la red suministra corriente continua,
y es también necesario saber cuál de los
conductores es el positivo. Si existe duda en la
polaridad y no se dispone de un voltímetro,
pueden introducirse los extremos de dos
conductores conectados a la linea dentro de un
vaso que contenga agua ligeramente acidulada o
con sal. Se formarán burbujas en el negativo.
Cuando se cargue empleando el método de
corriente constante, la intensidad de carga deberá
reducirse cuando se llegue cerca de la carga
completa.
El método de potencial constante es preferible en
muchos casos, porque la corriente de carga se
reduce automáticamente debido a que se eleva la
f.e.m. cuando se alcanza la carga completa y no se
requiere ningún cuidado o muy poco. La tensión
aplicada debe ser de unos 2,3 voltios por elemento
de la batería cuando no se coloca una resistencia
en serie en el circuito. La dinamo de polos
auxiliares se adapta a este método de carea véase
g 318
Con 2,3 voltios por elemento y sin resistencia en
serie, la corriente al empezar la carga es por lo
general excesiva, por lo cual es recomendable
intercalar una pequeña resistencia en serie. Si se
utiliza esta resistencia es conveniente un voltaje de
2,5 ó 2,6 voltios por elemento, como también
deben hacerse otros ajustes durante el periodo de
carga.
Muchas instalaciones, tales como las baterías de
mando de interruptores en aceite, que se disponen
en las centrales productoras de energía, se hacen
funcionar como baterías tampón conectadas
continuamente con las barras de salida. Por lo
general, estas instalaciones se componen de 60
elementos, y las barras están a una tensión media
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de 129 voltios, que corresponden a 2,15 voltios
por elemento, tensión a la cual se mantienen
cargados los acumuladores.
Si se requiere volver a cargar la batería después de
una prolongada descarga, o para dar una carga
periódica de equilibrio, se eleva un poco la tensión
en las barras hasta un límite que viene
determinado por el carácter de los receptores
conectados.
Cuando no hay medio de elevar la tensión en las
barras con el fin que se ha indicado, se utiliza un
grupo elevador de tensión para que la corriente e
carga alcance el potencial suficientemente alto
para que circule por ia batería. El grupo está
formado en general por una dinamo de baja
tensión con excitación en derivación e
independiente, accionada - por un motor de
derivación. La figura representa el esquema de
conexiones del grupo elevador. El generador tiene
su terminal negativo conectado con la barra
positiva y eleva la tensión de las barras desde V,
hasta V, pudiendo corre-girse estos valores para
que proporcione la corriente de carga que se
quiera. Para poner el grupo en marcha se cierra
primero el interruptor S1,con lo que el motor se
pone en marcha. Se cierran luego los interruptores
S2 y S3 y la corriente de excitación de la dinamo
se gradúa hasta que su valor V, sea igual a la
f.e.m. de la batería, lo que se logra por medio de
un voltímetro V y sirviéndose del interruptor de
dos posiciones $4 (doble polo-doble salida). Los
interruptores Su, en general de una sola posición,
se cierran a continuación, y la excitación de la
dinamo se reajusta para obtener la corriente que
se desee.
Como ejemplo, consideremos una instalación de
129 voltios con una batería tampón. Como el
voltaje medio por elemento es de 2,15 voltios,
serán necesarios 60 elementos. Supongamos que
la capacidad de la batería es de 320 amp.-hora. La
corriente de carga será 320/8 = 40 amp. (a la
velocidad normal de carga de 8 horas). La tensión
en los elementos debe elevarse para la carga a
unos 2,5 voltios. Por lo tanto, la tensión total
necesaria será 2,5-60 = 150 voltios. De estos 150
voltios, 129 los suministran las barras; el grupo
elevador debe aportar los 21 voltios restantes y la
potencia total utilizada para cargar la batería será:
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113
La tensión en tos terminales de un elemento
aumenta durante la carga. La tensión entre
terminales es de unos 2,18 voltios al comenzar la
carga de duración normal de 8 horas, y va
aumentando paulatinamente hasta unos 2,4
voltios, y después aumenta más rápidamente hasta
2,6 voltios. Este aumento corresponde al periodo
de desprendimiento de gases e indica también que
el elemento está cerca de la carga completa. Es
este incremento de la tensión el que produce
automáticamente el cese en la acción de la
corriente de carga cuando se emplea e! método
de potencial constante. La tensión no aumenta tan
rápidamente cuando la intensidad de carga se
reduce hacia el final del periodo de carga, porque
la caída IR es menor en el propio elemento.'
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interior y unos 10 cm de longitud y están
reforzados por medio de ocho anillos sin costura,
colocados a distancias iguales a lo largo del tubo.
La placa negativa es generalmente de construcción
análoga a la positiva, excepción hecha de que la
materia activa es óxido de hierro finamente
dividido y está contenido en células rectangulares,
perforadas, de acero niquelado, en lugar de
colocarla en tubos. Las placas positivas y negativas
están representadas en la siguiente figura.
En la siguiente figura 78, la curva característica de
carga corresponde a una temperatura de 21°C. La
tensión final se sitúa entre 2,75 y 2,45 voltios para
variaciones de temperatura comprendidas entre —
1°C y 43°C. Por este motivo, el voltaje final de un
elemento no puede tomarse como base para la
carga, a menos que se tome en consideración la
temperatura del electrolito. 1
La caída de tensión para distintas duraciones de la
descarga está representada en la misma figura .
Se puede observar que la tensión de la batería
para una descarga de 8 horas de duración es
prácticamente constante durante las 5 primeras
horas y que. durante las horas que siguen, la
variación de voltaje no es importante. Ésta es una
marcada ventaja cuando se emplea la batería para
la alimentación de lámparas de incandescencia.
•
Acumuladores alcalinos Edison de níquel y
hierbo
96. Construcción de las placas. La placa positiva
está constituida por una rejilla de acero niquelado
que sostiene tubos del mismo material, en uyo
interior se dispone el material activo positivo.
Cuando se introduce en los tubos, el material
activo está en forma de hidróxido niqueloso, pero
e transforma en óxido de níquel después del
tratamiento de formación de las placas. Con el fin
de dar al electrolito libre acceso al material activo,
los tubos están perforados. Para mejorar la
conductividad eléctrica, el material activo se
alterna con capas de limaduras de níquel metálico
puro, en el momento de meterlo en el tubo. Los
tubos tienen de 0,476 a 0,635 cm de diámetro
Principios electroquímicos En lugar de emplear un
ácido, el acumulador de Edison utiliza un
electrolito alcalino, que consiste en una solución al
21 % de potasa cáustica, a la que se añade una
pequeña cantidad de hidróxido Utico. El
electrolito, en lugar de atacar los tubos de acero,
células, rejillas, vaso, etc., en realidad los conserva.
Las reacciones químicas que tienen lugar en el
interior del acumulador son complejas, pero su
naturaleza es la que indican las ecuaciones
siguientes:
En ningún caso, el electrolito desintegra o disuelve
tas materias activas, y, teniendo en cuenta que
sólo una cantidad relativamente pequeña de la
potasa cáustica y el hidróxido Utico e» absorbida
por el electrodo de bióxido de níquel, la
composición del electrolito no varia de su modo
apreciable de uno a otro extremo del ciclo de
carga y descarga. La conductibilidad y el peso
especifico del electrolito son, por lo tanto,
prácticamente constantes.
Estos procesos se expresan también en e)
diagrama de reacciones. Durante la carga, el
material activo de la placa negativa, óxido ferroso
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114
(FeO), se reduce a hierro (Fe). El material activo de
la placa positiva, óxido de níquel (NiO), se oxida
formándose el bióxido (NiO^). Durante la
descarga se desarrolla el proceso inverso,
oxidándose la
placa
negativa,
que
se
transforma en óxido ferroso, y reduciéndose la
placa positiva, que pasa a óxido de níquel. Debe
observarse que durante todo el ciclo de carga y
descarga, la solución que tiene por composición
2KOH + HtO permanece invariable, tanto
químicamente como en concentración. Por este
motivo, a menos que haya evaporación, la
densidad del electrolito no cambia con la carga y
la descarga, como sucede en los acumuladores de
plomo y ácido.
Montaje. Pasando una varilla de acero de
conexión por los orificios que hay en la parte alta
de las placas, se unen eléctricamente el grupo de
las positivas y el de las negativas. Por medio de
arandelas de acero colocadas entre las placas
adyacentes y atravesadas por la varilla de
conexión, se asegura la separación adecuada
entre ellas.
Una arandela de cierre y su tuerca atornillada en
cada uno de los extremos de la varilla de
conexión sujeta firmemente en su posición las
placas de un grupo. El grupo positivo y el
negativo se intercalan para formar los elementos
completos, manteniéndose la distancia entre la
placa positiva y la negativa adyacentes por medio
de rejillas o varillas verticales de ebonita.
Los elementos acoplados se colocan en un vaso o
recipiente de chapa ondulada de acero niquelado
y después se suelda la tapa de acero en su
posición conveniente, como se indica en la figura
80. Los terminales quedan aislados de la tapa por
una serie de arandelas de ebonita y de caucho,
que al mismo tiempo procuran un cierre estanco
para gases y liquides. En la tapa se dispone un
tubo saliente, para llenar, que lleva un tapón
roscado .El tapón se mantiene abierto o cerrado
por medio de un cierre con resorte de acero. Del
tapón está suspendida una válvula de ebonita, que
cierra por su peso propio cuando el tapón está
cerrado, con lo que impide la entrada del aire
exterior y reduce la evaporación, pero deja salir los
gases del interior
Los extremos de las piezas polares están fileteados.
Inmediatamente debajo tienen una parte de
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menor espesor para fijar las arandelas de los
terminales de los conductores de conexión entre
elementos de un grupo y entre los grupos. Las
arandelas de conexión son de acero forjado y se
introducen en !a parte más estrecha de las piezas
polares y están unidas a conductores gruesos de
cobre. Todas las arandelas, conductores y tuercas
están niquelados. Los elementos están montados
dentro de bastidores metálicos para formar
baterías.
Característica de carga y descarga. La capacidad
nominal de un elemento Edison se refiere a una
descarga normal durante 5 horas hasta que la
tensión se reduce a 1 voltio por elemento para los
tipos A, fí, C, D, F y N. En la figura a 82 se incluyen
las curvas características de carga y descarga, para
el acumulador Edison tipo A. Debe observarse que
la tensión media para estos tiempos de descarga
es de 1.2 voltios por elemento, poco más o
menos. Para periodos de descarga distintos del
normal, la tensión variará desplazándose hacia
arriba o hacia abajo de la curva media, como
indica la figura b. Estas características de descarga
se basan en considerar una carga normal de 7
horas para los elementos de los tipos A, B,C. D, F
y N. La densidad del electrolito varía muy
ligeramente entre la carga y la descarga, de modo
que no puede emplearse para darse cuenta del
estado de carga. El término de la carga completa
está indicado porque el voltaje deja de subir
durante un periodo de '/, hora durante la carga
con corriente constante. El estado de la carga
puede deducirse aproximadamente en cualquier
momento por medio de un contador de amperioshora o por medio de un aparato aplicado al
elemento piloto, que indica la tensión
correspondiente a un ritmo de descarga dado.
Electrolito. Como en los otros tipos de
acumuladores, el nivel de la solución desciende
gradualmente durante el servicio, debido a la
descomposición electrolítica de! agua en
hidrógeno y oxigeno, producida a cargar la
batería. Las burbujas de gas arrastran, al
desprenderse, pequeña; partículas de solución, la
mayoría de las cuales son detenidas por la válvula
especial del tapón del orificio para llenar el
elemento y vuelven nuevamente al fondo. Una
ligera cantidad, no obstante, se escapa y como
sólo se emplea agua destilada para compensar las
pérdidas, la concentración de la solución se reduce
paulatinamente. Después de largo tiempo, que
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115
dependerá de uso que se haga del elemento, la
densidad de la solución llega a 1,160 t 15oC
(60oF), en cuyo caso debe reemplazarse por
electrolito nuevo de densidad conveniente. La
densidad normal del electrolito en elementos
nuevos varia entre 1,195 y 1.215 con el nivel de la
solución a la altura adecuada por encima de las
placas y habiendo efectuado la corrección de
temperatura.
Ventaja». El acumulador alcalino de níquel-hierro
ofrece grandes ventajas, que hacen que sea el
preferido en los diversos servicios a los cuales se lo
destina, Estas ventajas se deben a la naturaleza de
los materiales empleados, al método de
construcción, y al principio electroquímico en que
se funda. El empleo del acero en gran escala
permite mucha precisión en la fabricación y hace
que el acumulador pueda resistir las vibraciones y
choques que accidentalmente se presentan en
servicio normal. Además, el empleo de tubos,
células y rejillas de acero hace posible construir la;
placas con la seguridad de que retendrán los
materiales activos y de que se eliminará toda
posibilidad de alabeamiento.
Aparte de su construcción robusta, el acumulador
Edison tiene otras ventajas, que son su peso ligero
por vatio-hora de capacidad y su resistencia contra
las variaciones bruscas de corriente. Puede
soportar sobrecargas, descargas excesivas, cortos
circuitos accidentales, cargas en sentido contrario
o el quedar fuera de servicio y descargado durante
un tiempo indefinido, sin deteriorarse. Está libre
de los efectos corrosivos de los vapores ácidos y no
está expuesto a los males usuales de los
acumuladores de plomo, como la sulfatación,
sedimentación o corrosión de los terminales. Su
acoplamiento y sus conexiones son simples, no
requieren el recambio de separadores, de tiempo
en tiempo, y no los perjudican las heladas. Su
funcionamiento merece confianza durante un
largo plazo de tiempo.
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como los circuitos de vía, iluminación de señales,
señales de los cruces, enclavamientos; para fuerza
motriz e iluminación en los buques, lámparas de
seguridad eléctricas para mineros, iluminación de
socorro, centrales eléctrica aisladas de la red; para
relojes, señales de alarma de incendio, y otros
servicios. Los distintos tipos que se fabrican
actualmente no se adaptan a las características del
sistema de arranque a baja tensión de los
automóviles y no se pueden adquirir para este uso.
A continuación se reúnen en una tabla los datos
relativos a los acumuladores Edison de distintos
tipos:
Si bien este tipo de acumulador se emplea
corrientemente en Europa, no se ha introducido
ampliamente en los Estados Unidos hasta estos
últimos años.
Construcción mecánica. Tanto las placas positivas
como las negativas están constituidas por
estrechas celdillas de acero y con pequeños
agujeros, en los que queda seguramente retenido
el material activo (siguiente figura). La materia
activa de las placas positivas es hidróxido niquélico
y grafito tratado especialmente, y las placas
negativas una mezcla de óxidos de cadmio y de
hierro. Los separadores son cintas delgadas de
poliestireno, que permiten colocar las placas muy
próximas. Este hecho combinado con la alta
conductibilidad de los materiales activos hace que
la resistencia del elemento es muy baja. Cada
grupo completo de placas está constituido por
unas
cuantas placas positivas y negativas
alternadas, ensambladas con pasadores y
conectadas a los bornes terminales, comunes para
todas las placas de a misma polaridad. El conjunto
completo se dispone en un vaso estanco d acero,
utilizándose poliestireno para el aislamiento. Los
elementos se reúnen en cajas de madera para
constituir baterías para servicios específicos.
Aplicaciones. Los acumuladores Edison se utilizan
muy especialmente en las baterías de los vehículos
de servicio urbano, vagonetas para la industria,
tractores y locomotoras para minas y fábricas,
movidos por acumuladores; para la iluminación y
el acondicionamiento de aire de los coches de
pasajeros de los ferrocarriles; para el mando de
vehículos de tracción de varias unidades; para
todos los tipos de señalización ferroviaria tales
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116
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Aplicaciones y ventaja. Las baterías de níquel
cadmio (nicad) se utilizan en muchos servicios,
como los de autobuses, radio, iluminación de
yates y casas de campo, alumbrado de vehículos
ferroviarios, acondicionamiento de aire, señales
ferroviarias, lámparas de mano, linternas y para el
arranque de motores de combustión. Un tipo
especial de las baterías nicad, la «alead», está
proyectado para un régimen severo de descarga,
lo que hace que se adapte especialmente para el
arranque de los motores Diesel.
Electrolito. El electrolito es potasa cáustica (KOH).
Cuando las haterías salen de las fábricas
totalmente cargadas, están llenas de electrolito
cuya densidad es de 1,210 a 22°C (72°F). Al cargar
el elemento, la materia activa del electrodo
positivo se oxida, y la del negativo se reduce.
Durante la descarga, se produce la reacción
opuesta. El electrolito actúa, virtualmente, sólo
como un conductor eléctrico y no toma parte en
ninguna reacción química permanente con la
materia activa de las placas. De aquí que su
densidad permanezca constante durante la carga y
la descarga. Durante la carga no se producen
gases en el acumulador hasta que la tensión por
elemento llega a 1,47 ó 1,48 voltios. Los gases
están formados por oxígeno e hidrógeno y su
presencia representa una ligera pérdida de agua, a
pesar de que la válvula de ventilación (figura
anterior) evita e! que escape gran parte de
aquéllos. El nivel del electrolito debe ser siempre el
necesario para que cubra las placas.
Carga y descarga. La carga puede realizarse tanto
por el sistema de intensidad de corriente constante
como por el de tensión constante, si bien es más
recomendable el primero. Normalmente debe
cargarse la batería en 7 horas, si bien puede
hacerse más rápidamente. La tensión se mantiene
constante y aproximadamente entre 1.4 y 1,5
voltios (siguiente figura. 85) hasta las
proximidades del final de la carga, y entonces
asciende rápidamente hasta unos 1,8 voltios. La
batería debe cargarse de modo continuo. En la
descarga,
la
tensión
es
constante
y
aproximadamente igual a 1,2 voltios y desciende
después al valor final de 1 a 1,1 voltios, según el
régimen de descarga
Las baterías nicad y alead tienen la ventaja de su
robustez mecánica, no las perjudican las
sobrecargas ni los largos períodos de inactividad,
la materia activa no se desprende en escamas,
trabajan con buenas características en amplias
zonas de temperatura, no desprenden gases en la
descarga y no existe corrosión, su resistencia
interna es baja y la tensión es aproximadamente
constante para valores de los amperios-hora de
descarga muy diferentes.
.Rendimiento de las baterías de acumulador». El
rendimiento de una batería es la relación entre la
energía suministrada y la energía consumida en
vatios-hora.
Ejemplo. Un elemento a plena carga se descarga
a una intensidad uniforme de 38 amp. en 6 horas
y con una tensión inedia de 1.95 voltios. El
elemento se carga nuevamente a una intensidad
de 40 amp. durante 6 horas y a una tensión media
de 3,3 voltios. En estas condiciones, el elemento
queda de nuevo en el estallo Inicial de carga.
¿Cuál es su rendimiento?
Vatios-hora suministrados = 38-1,95-6 — 445
Vatios-hora consumidos = 40-2,30-R = 552
Rendimiento 445: 552 = 0,807 u 80.7 %
Se habla con frecuencia del rendimiento en
amperios-hora de una batería de acumuladores.
Como los amperios-hora no son unidad de
energía, el rendimiento en amperios-hora no es
una medida de la capacidad de la batería para
acumular energía. En el ejemplo, el rendimiento en
amperios-hora se halla como sigue:
Amperios-hora suministrados = 38'6 = 228
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117
Amperios-hora consumidos = 40'6 -= 240
Rendimiento en amperios-hora = 228: 240 = 95 %
El menor rendimiento en vatios-hura es debido a
la diferencia entre las tensiones en carga y en
descarga, como se indica en los gráficos de las
anteriores figuras.
El rendimiento de una batería de acumuladores
varia con la intensidad de la carga y descarga y
con la temperatura. Como a elevada intensidad de
carga y descarga corresponde una pérdida por PR
relativamente alta, así como por polarización, el
rendimiento tiene que ser más bajo en estas
condiciones. Además, un elemento se puede
cargar en 8 horas y descargar en 3 horas con un
rendimiento aparente de 60 %, lo que no
representa su verdadero rendimiento, ya que el
elemento no se habrá descargado completamente,
aunque lo parezca. Como habrá sido imposible
que el ácido fresco del acumulador impregne la
materia activa, mucha parte de ésta no habrá sido
reducida, y después de algún tiempo se encontrará
que el elemento ha recuperado una parte
considerable de energía que podrá restituir.
El rendimiento en amperios-hora de una batería
de acumuladores es del orden del 95 %. Para un
ciclo completo, el rendimiento de una batería fija
de mediano tamaño es, aproximadamente, del
75% para un periodo de carga y descarga de 8
horas. El rendimiento en vatios-hora para una gran
batería fija es alrededor del 85 % en iguales
condiciones. Cuando una batería trabaja como
tampón y el ciclo de carga y descarga se produce
en minutos y aun en segundos, el rendimiento en
vatios-hora puede elevarse a 95 ó 96 %.
Al elegir una batería, el rendimiento es solamente
uno de los factores que se han de tener en cuenta.
El coste inicial y el de conservación tienen una
influencia muy sensible sobre el coste total y por
esta razón han de tenerse muy en cuenta.
También otros factores como el peso, la solidez, la
regularidad de tensión y la capacidad para
sobrecargas deben considerarse para cada
instalación en particular.
Electrólisis. El agua pura es muy mala conductora
de la electricidad. En realidad puede considerarse
prácticamente como aislante. Si, no obstante, se le
añade una pequeña cantidad de ácido, álcali, o
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sal, la solución se transforma en buena
conductora. Además, si una corriente eléctrica
pasa a través de dicha solución, disocia las
moléculas de la sustancia disuelta, o las de la
misma agua, en cuerpos simples que aparecen en
el ánodo y en el cátodo. El fenómeno de
disociación producida por la corriente eléctrica, en
las indicadas condiciones, recibe el nombre de
electrólisis. La solución que se vuelve conductora
en tales condiciones se designa con el nombre de
electrolito.
Si hacemos pasar una corriente por el agua
ligeramente acidulada, empleando para los
electrodos un material inerte como el platino, se
desprenderá hidrógeno en el cátodo y oxigeno en
el ánodo, y el volumen de hidrogeno liberado será
doble que el volumen de oxigeno. Por esto se dice
que la molécula de agua. H,0, se ha disociado en
sus dos constituyentes ele-mentales.
La teoría de la electrólisis se funda en la
disociación electrolítica. En la solución, las
moléculas de los ácidos, álcalis y sales se disocian
en iones positivos y negativos. Asi el ácido
clorhídrico (HCl) se disocia en un ion positivo (+)
H, y un ion negativo (—) Cl. De la misma manera,
la molécula de sulfato cúprico (CuSO.4) se disocia
en +Cu y en -SO,, que son respectivamente sus
iones positivo y negativo. De acuerdo con la teoría
electrónica, el ion negativo tiene exceso de
electrones y el ion positivo está en déficit de
electrones. Cuando no se aplica ninguna diferencia
de potencial entre los electrodos, los iones están
moviéndose en la solución. Pero cuando se aplica
una diferencia de potencial a los electrodos
introducidos en la solución, los iones positivos se
dirigen al electrodo negativo o cátodo y por este
motivo se llaman cationes. Los iones negativos se
van al ánodo o electrodo positivo y por ello
reciben el nombre de aniones.
Los iones positivos ceden su carga al cátodo y los
negativos la ceden al ánodo, y así se produce la
corriente. Por esta razón, la conducción de la
corriente a través de un electrolito se produce por
efecto de convección, en el que las cargas las
transportan los iones a los electrodos. Así, la
conducción electrolítica difiere de la conducción
metálica ordinaria en que
hay en ella un transporte de materia y está
acompañada de una transformación química.
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118
En la siguiente figura 86 están indicados los
efectos que se producen cuando se introducen dos
placas de cobre en una solución de sulfato de
cobre y se hace pasar una comente eléctrica de
una a otra. Los iones positivos de cobre (Cu) se
dirigen al cátodo y depositan cobre metálico. Los
iones negativos del sulfato (SO,) se dirigen al
ánodo y se combinan con el ion hidrógeno del
agua para formar el ácido sulfúrico y dejar en
libertad una molécula de oxigeno en el ánodo. La
reacción es la que sigue:
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Leyes de la electrolisis de Faraday. Como resultado
de sus experimentos, Faraday descubrió las dos
leyes fundamentales de la electrólisis La primera
ley establece que: el peso del electrolito
descompuesto es proporcional a la cantidad de
electricidad que ha pasado a través del mismo. Es
decir, el peso:
p = q = it
donde
es una constante llamada equivalente
electroquímico de la sustancia; q la cantidad de
electricidad en culombios, í la intensidad de la
corriente en amperios, y t el tiempo en segundos.
La segunda ley establece que: para una cantidad
dad» de electricidad, el peso de los productos de
la electrólisis es proporcional a tos respectivos
equivalentes electroquímicos. Por ejemplo, el peso
atómico del hidrógeno es 1,008 y 1 culombio
liberará 0,0104 miligramos. El valor 0,0104 es el
equivalente electroquímico del hidrógeno. A
continuación se dan los valores de los equivalentes
electroquímicos de algunos de los elementos
simples
SO4. + H20 = H2SO4, + O
Esta reacción tiene lugar en la fabricación
electrolítica del cobre refinado. El lingote de
cobre que se ha de retinar se emplea como ánodo
y como cátodo una placa delgada de cobre. El
cobre se disuelve en el ánodo y se deposita puro
en el cátodo. Las impurezas se depositan como
barro anódico en el fondo del vaso. Sin embargo,
se pueden recuperar metales de gran valor, como
la plata y el oro, contenidos en dicho barro.
La electrólisis no se limita a las substancias en
disolución en el agua, sino que también se
produce con sales fundidas. Por ejemplo, por
electrólisis del cloruro de sodio fundido (NaCl) se
deposita el metal sodio (Na) en el cátodo y el gas
cloro (Cl) en el ánodo. El aluminio se extrae por
electrólisis del óxido de aluminio o alúmina
anhidra (ALO,) fundida a la temperatura de900°a
1OOO°C.
Los números volados indican las valencias.
•
De carga ácida.
•
De níquel cadmio.
•
Alcalinas.
•
Conectadas en serie y paralelo.
•
Resistencia interna y su efecto en una batería.
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119
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Trabajo en equipo
Identificar la verificación del comportamiento de
las variables de resistencia, corriente y voltaje en
los diferentes tipos de agrupamientos de pilas que
existen.
4.1.1
Construcción y operación de Termocuplas
Acoplando
un
termoelemento
con
un
galvanómetro u otro instrumento sensible se
forma un conjunto que permite medir corrientes,
fundado en el efecto térmico de las mismas. Un
par térmico muy pequeño está en contacto
térmico con una pequeña resistencia, a través de
la cual circula la corriente que se desea medir. El
par y los pequeños hilos de conexión están
encerrados en un tubo en el que se hizo el vacío,
reduciéndose así la disipación de calor del par. Los
terminales del par están conectados a un
galvanómetro o a algún otro aparato sensible, del
tipo de D'Arsonval. El paso de la corriente por la
resistencia eleva la temperatura del par térmico y,
como resultado de la f.e.m. de origen térmico que
se genera, el aparato indicador se desvía. Las
desviaciones son prácticamente proporcionales al
cuadrado de la intensidad de la corriente.
Teniendo en cuenta que los efectos de capacidad y
de autoinducción
son prácticamente nulos, estos aparatos se
adaptan
bien
a
las
mediciones
con
radiofrecuencias. El circuito de la resistencia de
calefacción es delicado y no soporta mas que
corrientes de muy pequeña intensidad. Para
corrientes muy intensas se necesitan shunts.
•
Fotoceldas
A finales del siglo pasado se descubrió que
determinados elementos, como el sodio, potasio,
selenio y cesio, eran sensibles a la acción de la luz
y cuando ésta iniciaba sobre ellos se generaban
f.e.m. débiles. En el estado actual de nuestros
conocimientos este efecto no es otra cosa que el
de fotoemisión, es decir la emisión de electrones
por la acción de la luz incidente. En 1885, Fritts
construyó una pila seca de discos de selenio
recubiertos con una fina chapa de oro, en la que
«la corriente que se produce es debida a la
conversión directa de la energía radiante en
eléctrica, sin acción química». Si se exceptúan los
perfeccionamientos que hoy tienen, la pila de Fritts
reúne todos los atributos de las modernas
fotocélulas o células fotoeléctricas y ha dado
origen a fotómetros y relevadores fotoeléctricos
similares a los actuales. A pesar de que Pritts
describió ampliamente su pila en conferencias y
escritos, fracasó en cuanto a su industrialización y,
por el hecho de que lo se construyó en escala
suficiente para permitir la conversión de potencias
apreciables, no despertó interés. Hasta 1930, en
que se emprendió seriamente el estudio de las
fotocélulas de tipo seco consiguiendo su sencilla
adaptación a las aplicaciones industriales, no fue
posible disponer de ellas.
En la figura anterior 105 se representa una
sección transversal de la fotocélula construida por
la General Electric. Sobre una lámina de acero,
como base, se dispone una capa de selenio, y
encima de ella se depositan varias capas finas de
metales conductores, cubriendo luego la célula
completa, excepto los contactos eléctricos, con
una capa de laca transparente que la protege
contra los agentes atmosféricos, como la
humedad por ejemplo. En la figura 106 se indica
la intensidad de la corriente generada en función
de la iluminación medida en lux y para diferentes
valores de la resistencia R del circuito. Las células
fotoeléctricas tienen muchas aplicaciones, como,
por ejemplo, para fotómetros, que pueden hacerse
fácilmente transportables y pueden emplearse
para medir la iluminación de cualquier lugar, para
mediciones de exposición en fotografía y para
regular, mediante relevadores, operaciones
industriales de distribución o de vigilancia.
Identificar la estructura del generador de corriente
directa para su funcionamiento con otros
componentes eléctricos donde se aplican
4.2 Generadores de corriente directa
Definición. Los generadores eléctricos son
máquinas destinadas a transformar la energía
mecánica en eléctrica. Esta transformación se con
sigue por la acción de un campo magnético sobre
unos conductores eléctricos dispuestos sobre una
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120
armazón. Si mecánicamente se produce un
movimiento relativo de los conductores y el
campo, se generará en los primeros una fuerza
electromotriz, de modo que, si se enlazan a un
circuito exterior, le suministrarán energía eléctrica.
En el generador de corriente continua, o dínamo,
el campo magnético es, ordinariamente, fijo y la
armazón (inducido) la que gira. En muchos tipos
de generadores de corriente alterna, la armazón
está fija y es el campo el que gira. Lo mismo el
inducido, en un caso, como el campo, en el otro,
se hace girar por medio de una fuerza mecánica
aplicada a su eje.
•
Devanado de campo.
Los electroimanes que se usan para producir el
campo magnético de un generador se llaman
bobinas de campo. En un generador simple, hay
dos bobinas de campo colocadas de manera que
sus campos magnéticos se combinan para formar
un circuito magnético. Como se ilustra en la
figura, las bobinas de campo están devanadas
alrededor de núcleos llamados piezas polares, que
son parte de la cubierta del generador. Las dos
piezas polares están separadas por un espacio
donde se instala la armadura. El circuito
magnético cerrado va de la pieza polar "norte" a
través de la separación al polo "sur", y luego a
través de la cubierta, regresando a la pieza polar
norte. La cubierta del generador, igual que las
piezas polares, está construida con material de
buenas propiedades magnéticas, de manera que
ayuda a mejorar la intensidad del campo
magnético. No hay conexión eléctrica entre la
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bobina de campo y las piezas polares o la cubierta
del generador. Sólo forman un circuito magnético.
Las dos bobinas de campo están devanadas en
serie, de manera que están energizadas por la
misma fuente de energía, la cual es de cc y, como
resultado, el campo magnético producido por las
bobinas de campo siempre tiene la misma
dirección. Ambas bobinas de campo, juntas, se
llaman devanado de campo.
El generador simple tiene dos bobinas de campo y,
por lo tanto, dos polos: uno norte y otro sur. Este
es un generador de dos polos o bipolar. Muchos
generadores existentes tienen cuatro polos, seis
polos, etc. Independientemente del numero de
bobinas que tenga, el número total de polos
siempre es número par, ya que por cada polo
norte debe existir un polo sur. Una razón para
tener más de dos bobinas de campo es que, al
aumentar el número de bobinas de campo o
polos, se puede reducir el tamaño y el peso del
generador, en tanto que su salida permanece
invariable. En un generador bipolar, la mitad de las
líneas de flujo debe atravesar la anchura o espesor
del núcleo de la armadura, que es de un material
magnético. El núcleo de la armadura debe ser lo
suficientemente grueso para evitar la saturación
magnética.
En un generador de seis polos, sólo es necesario
que la sexta parte de las líneas de flujo atraviesen
el espesor del núcleo de la armadura en cualquier
punto; pero, como hay una serie de líneas de flujo,
el número total es el mismo. En consecuencia, el
núcleo puede hacerse mucho más delgado y aún
seguirá pasando el mismo número total de líneas
de flujo, encontrando poca oposición. Esto es lo
mismo que sucede con la cubierta del generador,
que sirve como parte de la trayectoria para las
líneas de flujo. Cuanto mayor sea el número de
polos, más delgada puede ser la cubierta. En
efecto, cuanto mayor sea el número de polos, más
trayectorias tendrán las líneas de flujo. Otra razón
para aumentar el número de [rolos es que, con
ciertos tipos de devanados de armadura, el voltaje
de salida del generador puede aumentar.
•
Devanado de armadura.
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121
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lado de la misma bobina estará a la mitad de un
polo sur.
•
Igual que las bobinas de campo combinadas
constituyen el devanado de campo, las bobinas de
armadura combinadas se llaman devanado de
armadura. Las terminales de la bobina de
armadura se conectan a diferentes segmentos en
el conmutador, en donde su fem es recogida por
las escobillas. Las bobinas de todas las armaduras
modernas de generadores están devanadas sobre
un núcleo de hierro que tiene la forma de un
tambor. El núcleo suministra un medio para hacer
girar las bobinas y al mismo tiempo, es una buena
trayectoria de baja reluctancia para las líneas de
flujo del campo magnético establecido por el
devanado de campo El núcleo tiene ranuras
longitudinales y las bobinas están devanadas en
estas ranuras. Los dos lados de cada bobina se
hallan instalados en diferentes ranuras. En la
figura puede apreciarse un núcleo típico de
tambor con una bobina de armadura de tres
espiras.
Las terminales de las bobinas de armadura se
pueden conectar a los segmentos del conmutador
de diversas maneras. La disposición que se use
determina en gran medida las características de
voltaje y corriente del generador. Para toda
aplicación práctica, todas las diversas disposiciones
se pueden dividir en dos tipos principales:
devanados imbricados y devanados ondulados.
Cuando se combinan los devanados imbricados y
los ondulados, resulta un devanado ancas de rana,
debido a la forma que resulta.
En cualquier devanado de armadura, ya sea
imbricado u ondulado cabe recordar un punto
importante en el sentido de que cada bobina esta
devanada sobre el núcleo de tal manera que los
dos lados de la bobina están separados la misma
distancia que en el campo, separa a un polo norte
de un polo sur. Por lo tanto, siempre que un lado
de bobina este a la mitad de un polo norte, el otro
Plano neutro
De lo estudiado cerca del conmutador básico, se
recordará que si una escobilla hace contacto con
dos segmentos de conmutador que tengan una
bobina conectada entre ellos, la escobilla cunéela
en corlo a la bobina. S. en ele momento se entiba
induciendo un voltaje en la bobina pasará una
corriente elevada a través de la bobina y
probablemente la queme. Para evitar esto, Solo
una bobina debe citar conectada en corto con una
escobilla, o sea conmutada, cuando su voltaje
inducido es igual a cero. Los puntos de su
rotación, en los cuales una bobina tiene cero
voltajes inducidos, se encuentran a lo largo de lo
que se ha llamado plano neutro. Como se ilustra
para un generador de dos polos, el plano neutro
es perpendicular a las líneas de flujo y se encuentra
a Ia mitad de las piezas polares.
El plano neutro es el mismo para todas las
bobinas, y cada vez que la armadura completa una
rotación, cada bobina pasa dos veces a través de
él. Por lo tanto, teóricamente tendrá lugar una
conmutación perfecta si las escobillas del
generador se encuentran localizadas en el plano
neutro. Sin embargo, en la práctica, la posición del
plano neutro tiende a desplazarse cuando el
generador está girando. Por lo tanto las escobillas
tienen que moverse a la. Nueva posición del plano
neutro, o debe hacerse algo para evitar que el
plano se desplace. Las dos causas de este
desplazamiento de plano neutro son: la reacción
de armadura y la autoinducción de las bobinas de
armadura.
Resumen
Elaborar
un
resumen
características de las celdas.
4.2.1
de
las
Estructura del generador de corriente
continua
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122
•
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Regulación del generador de corriente
continúa
Se recordará que la regulación es el proceso de
mantener constante la salida en un generador.
Normalmente, esto se logra por medio de un
dispositivo o circuito sensible a la salida del
generador, el cual controla la corriente en el
devanado de campo para compensar los cambios
en la salida. Las dos causas principales de cambio
o inestabilidad en la salida de un generador son
los cambios en la resistencia de la carga y los
cambios en la velocidad de rotación del
generador.
El voltaje de salida de generadores con derivación
y combinados impulsados a velocidades
constantes no varía mucho si las variaciones de
carga se encuentran dentro del rango de diseño
del generador. Como resultado, sólo se tiene
regulación para estos generadores cuando se
desea una salida muy estable o cuando las
variaciones de carga son muy grandes.
Por otra parte, los generadores de velocidad
variable requieren generalmente de regulación.
Puede comprenderse el motivo, si se considera el
generador del cual está provisto un automóvil. El
generador es movido por el motor del automóvil,
de manera que su velocidad de rotación es muy
diferente cuando la máquina funciona lentamente
que cuando funciona a gran velocidad. Sin
embargo, a pesar de esta amplia variación en la
velocidad de rotación, el generador debe
suministrar un voltaje constante de 6 o 12 volts al
sistema eléctrico del automóvil. Si este voltaje
variase, las luces, la bocina y de hecho todo el
sistema eléctrico sería afectado. La única forma en
que un generador puede suministrar un voltaje
estable de 6 o 12 volts, es por medio de un
dispositivo regulador. Y no solamente ese
dispositivo regulador debe mantener constante el
voltaje de salida sino que también debe limitar la
corriente de salida del generador a su valor
nominal máximo para evitar que el generador se
queme. Así pues, generalmente se requiere regular
tanto el voltaje como la corriente en un generador
de velocidad variable.
•
Regulación de voltaje del generador
Un circuito típico que se utiliza para regular el
voltaje de salida de un generador aparece en la
figura. Un lado del devanado de campo en
derivación está conectado directamente a la salida
negativa del generador. El otro lado del devanado
de campo está conectado a la terminal positiva de
la salida del generador ya sea a través de un
resistor R y una bobina L2 o a través de los
contactos C, los cuales están controlados por el
campo magnético de L1. Así pues, el devanado de
campo se encuentra directamente conectado a la
salida del generador (C cerrado), o bien, está
conectado en serie con R (C abierta).
Los contactos se mantienen cerrados por medio de
un resorte, de manera que en el mismo instante
en que el generador se arranca, los contactos se
cierran y el devanado de campo queda conectado
directamente a la salida del generador. Conforme
el generador aumenta su velocidad, también
aumentan el voltaje de salida y la corriente que
fluye a través de L1, la cual está conectada
directamente a la salida del generador. Cuando el
voltaje de salida llega a cierto punto, el campo
magnético de L1 es suficientemente fuerte para
vencer la tensión del resorte que mantiene cerrado
a C, de manera que C abre.
La corriente de campo pasa ahora a través de R y
L2. Con el aumento de la resistencia en el circuito
del campo, la intensidad de campo disminuye y se
limita el aumento del voltaje de salida del
generador. La corriente a través de L2 a origina un
campo magnético en L2 y éste se opone al de L1,
ya que las dos bobinas están devanadas en forma
opuesta, lo cual neutraliza parcialmente la
atracción magnética de L1 sobre C y el resorte
cierra nuevamente a C. Como resultado, el
devanado de campo queda otra vez conectado
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123
directamente a la salida del generador, de manera
que la corriente de campo asciende, aumentando
el voltaje de salida que a su vez hace que C se abra
debido al aumento de atracción magnética de L1.
Este ciclo se verifica con gran rapidez y muchas
veces por segundo, haciendo que los contactos
vibren abriendo y cerrando el circuito. El voltaje de
salida del generador varía ligeramente pero con
gran rapidez en torno de un valor determinado
por el voltaje del resorte que mantiene cerrado a
C. El voltaje de salida efectivo en cc es el valor
medio entre los valores superior e inferior. Este
promedio depende de si los contactos al vibrar
permanecen más tiempo en una posición que en
la otra. Si se mantienen cerrados un mayor tiempo
del que están abiertos, el voltaje medio será mayor
y viceversa. Cuando el voltaje máximo se eleva, los
contactos permanecen más tiempo en la posición
abierta para mantener constante la salida de
voltaje. El resorte es graduable, lo cual controla la
acción vibratoria de los contactos y el voltaje
medio de salida del generador.
•
Regulación de la corriente.
El objeto de regular la corriente de salida de un
generador es evitar que la corriente exceda el valor
máximo que el generador puede transmitir sin
peligro. En la figura se muestra un método muy
usado para regular la corriente. Esencialmente, es
muy similar al método que se sigue para regular el
voltaje. Según los contactos C estén abiertos o
cerrados, el devanado de campo se encuentra
directamente a la salida del generador o tiene
resistencia R en serie con ella. La apertura y cierre
de C se controla por medio de la bobina L, que
está en serie con la salida del generador, de
manera que lleva toda la corriente de carga.
Normalmente, los contactos C se mantienen
cerrados por un resorte.
Así pues, cuando el generador arranca, el
devanado
de
campo
queda
conectado
directamente a la salida del generador. Por lo
tanto, el voltaje de salida comienza a aumentar y
la corriente de carga, que fluye a través de L,
también aumenta. Cuando la corriente aumenta
hasta el punto donde la atracción magnética de L
vence a la tensión del resorte que mantiene
cerrado a C, los contactos se abren. Esto hace que
la resistencia R quede en serie con el devanado de
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campo y que la corriente de campo y, por lo tanto,
la tensión de salida, se reduzcan.
Como .resultado, la corriente de carga también
disminuye. La disminución en corriente reduce la
atracción magnética de L y el resorte cierra
nuevamente a C, lo cual conecta nuevamente al
devanado de campo directamente con la salida del
generador y permite que la corriente aumente
nuevamente hasta que la atracción magnética de L
sea suficiente para vencer al resorte y abrir a C.
Como en el regulador de voltaje, este ciclo se
repite continuamente y la corriente varía
ligeramente por encima y por debajo del valor
medio determinado por la tensión del resorte que
mantiene cerrado a C.
Resumen
Elaborar
un
resumen
de
características de los generadores.
las
Identificar su clasificación y sus partes de los
motores
de
corriente
directa
para
su
funcionamiento en los diferentes circuitos y
equipos eléctricos.
4.3 Motores de corriente directa
•
Motores prácticos de corriente continúa
Limitaciones del motor elemental de cc
Se puede construir un motor elemental de cc
como el que se ha estudiado aquí, pero, aunque
funcione, tiene dos importantes limitaciones que
restringen su utilidad. En primer lugar, no siempre
puede arrancar por sí solo y, una vez que está
funcionando, lo hace en forma muy irregular.
El motor elemental de cc tiene su armadura con
una sola espira y cuando esta última está en el
plano neutro, el motor no puede arrancar por sí
solo. En el plano neutro no hay corriente en la
armadura, ya que las escobillas están
desconectadas del conmutador. Sin embargo,
aunque se podría hacer que circule corriente en la
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124
armadura, debe recordarse que en el plano
neutro, los flujos no interactúan. Como resultado,
no se podría producir par y la inercia mantendría
al motor en reposo
Para poner en marcha el motor, es necesario
quitar su armadura del plano neutro; al ponerla en
cualquier otra posición, las escobillas se conectan
nuevamente al conmutador; de este modo, fluye
corriente en la armadura y se produce un par. Una
vez que ha arrancado, el motor continúa
funcionando hasta que se desconecta de la fuente
de potencia. Lo anterior se relaciona con la
segunda limitación: cuando un motor elemental
de cc funciona, lo hace en forma irregular porque
produce un par que también es irregular. El par
máximo se produce sólo cuando el plano de la
armadura de una sola espira es paralelo al del
campo.
Esta posición forma ángulo recto con el plano
neutro. Una vez que la armadura pasa este plano
de par máximo, se produce un par cada vez menor
hasta que llega nuevamente al plano neutro
donde obviamente no hay par. La inercia lleva a la
armadura hacia adelante del plano neutro y, en
esta forma, el motor continúa girando. Sin
embargo, por la irregularidad del par producido,
no es factible que el motor elemental de cc de una
sola espira pueda tener aplicaciones prácticas.
•
Motor cc armadura de dos espiras
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una terminal de cada espira de la armadura, con lo
que se obtienen dos circuitos de espira en
paralelo. Si se alimenta potencia a un conjunto de
segmentos de anillo, por medio de un par de
escobillas fijas, entonces habrá una sola espira
conectada a la vez.
En esta armadura de espiras múltiples, el
conmutador tiene dos funciones: sirve para que la
corriente fluya en la espira manteniendo siempre la
misma dirección; además, cambia la línea de
alimentación de potencia, conectándola con la
espira que se acerca a la posición de par máximo.
Así, en la armadura de dos espiras, mientras la
espira 2 se aproxima a la posición de par máximo,
la espira 1 se acerca a la posición de mínimo par y
el conmutador desconecta la espira 1, conectando
la espira 2. La corriente fluye en la espira
manteniendo la dirección que favorece la rotación
continua. Al poco tiempo, conforme la espira 2 se
aproxima al par mínimo, en tanto que la espira 1
nuevamente se aproxima al máximo, el
conmutador invierte las conexiones de la espira 2
hacia la espira 1. Esta vez, también cambia la
dirección de la corriente a través de la espira 1
para mantener la dirección original de rotación.
Con este tipo de armadura de espiras en paralelo,
el motor arranca por si solo, pero sigue7
funcionando en forma irregular debido a que, en
un momento dado, sólo una espira suministra el
par que impulsa al motor. Naturalmente, cuando
el motor tiene dos espiras, el par que lo im- pulsa
durante cada revolución es dos veces mayor que el
de un motor con una sola espira. Sin embargo, el
peso muerto de la segunda espira contrarresta la
ventaja que representa el par adicional.
•
Se puede lograr que el motor elemental de cc
arranque por si solo si se le instala una armadura
de dos o más espiras. En este tipo de armadura,
las espiras se colocan de modo que formen un
ángulo recto entre si; así, cuando una de ellas
está en el plano neutro, la otra está en el plano
de par máximo. En este caso, el conmutador está
dividido en dos pares de segmentos, es decir, en
cuatro partes; cada segmento está conectado con
Cómo aumentar
armadura
la
eficiencia
de
la
Según se ha estudiado, al aumentar espiras a la
armadura de un motor elemental de cc, sólo se
logra que éste se ponga en marcha por sí solo,
no necesariamente que el motor funcione con
la uniformidad requerida para que sea efectivo
con carga. En un motor elemental con un solo par
de escobillas, no importa cuantas espiras
independientes se usen, sólo una de ellas lleva
corriente a la vez y produce par para mover el
motor. Por ejemplo, en un motor de tres
espiras, la espira que produce el par debe mover
el peso muerto de las dos espiras restantes. Para
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125
un funcionamiento realmente mejor, la corriente
debe ser alimentada al mismo tiempo a todas las
espiras de la armadura, excepto, naturalmente, a
cualquiera de las espiras que esté en el plano
neutro.
Una solución aparentemente sencilla sería hacer
un motor de tres espiras con una escobilla para
cada segmento del conmutador. Con seis
escobillas, sería posible alimentar corriente al
mismo tiempo a todas las espiras de armadura.
Como resultado, todas las espiras producirían par
simultáneamente, mejorando el funcionamiento
del motor. Sin embargo, el uso de seis escobillas
no es una solución práctica, ya que el motor sería
caro, voluminoso y su mantenimiento sería
complicado. Por lo tanto, la solución más
conveniente a este problema sería aquella en que
se conservara un solo par de escobillas. Si se
conectan las espiras de la armadura de tal modo
que estén dispuestas como circuito en serie,
entonces se podrá usar un solo par de
escobillas
para
que simultáneamente
se
alimente corriente a todas las espiras. Como
resultado, todos los devanados originarán par al
mismo tiempo, favoreciendo el funcionamiento del
motor. Según se explicará más adelante, la mayor
parte de los motores de cc tienen un solo juego de
escobillas y muchas espiras de armadura
conectadas en varias disposiciones en serieparalelo.
Motor de cc con armadura de cuatro espiras
En la figura se muestra el diagrama de un motor
práctico de cuatro espiras. Dicho diagrama sirve
para que el lector comprenda cómo está dispuesto
el circuito eléctrico. Primero, note que las espiras
están conectadas con segmentos adyacentes del
conmutador. Asimismo, observe que las
conexiones están dispuestas de tal manera que la
combinación de espiras y segmentos del
conmutador constituyen un gran circuito en serie.
En la armadura de dos espiras en paralelo que se
estudió antes, cada extremo de las espiras estaban
conectadas con segmentos opuestos del
conmutador. Como resultado, donde se
necesitaba un par de segmentos por cada espira,
ahora sólo se necesita un segmento por cada
espira.
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En el caso de la armadura de cuatro espiras, esto
significa que sólo se necesitan cuatro segmentos
de conmutador para el devanado en serie. El
devanado en paralelo requeriría otros segmentos.
Si ahora se agregan escobillas al conmutador en
segmentos opuestos A y C, la armadura quedará
dividida en dos circuitos en serie, que están en
paralelo entre sí: un circuito en serie constituido
por el segmento A, la espira 1, el segmento B, la
espira 2, y el segmento C; este circuito está en
paralelo con el circuito en serie que forman el
segmento C, la espira 3, el segmento D, la espira
4, y el segmento A. Así pues, cuando la corriente
fluye en el circuito como se ilustra en el dibujo, los
cuatro devanados llevarán la corriente y
cooperarán para facilitar el funcionamiento del
motor. En este tipo de armadura, las escobillas son
más anchas que las separaciones entre los
segmentos del conmutador, de manera que el
circuito nunca se abre cuando las escobillas pasan
de un segmento al siguiente.
Funcionamiento
Si se examina detalladamente la ilustración del
motor práctico de cc, se observará que la
armadura aparece en una posición en la cual
ninguno de sus devanados se encuentra en el
plano neutro; por lo tanto, todos los devanados
pueden contribuir al par del motor. Naturalmente,
para que todos los devanados produzcan par,
deben
estar
alimentados
con
corriente
simultáneamente. Si se sigue la trayectoria que se
describirá a continuación, se comprenderá cómo
se logra esto. Comenzando en la terminal negativa
de la fuente de potencia, la corriente atraviesa la
escobilla negativa, pasa a los dos juegos en
paralelo de devanados en serie, luego a la escobilla
positiva y regresa nuevamente a la terminal
positiva de la fuente de energía. Nótese que hay
un circuito completo para que la corriente fluya a
través de todos los devanados, igual que en el
diagrama de la página anterior. En realidad,
ambos circuitos son idénticos.
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126
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Cuando se produce un par, la armadura gira y no
tarda en tomar una posición donde una de sus
espiras queda en el plano neutro. En este punto,
debe producirse la conmutación. Según se
explicará en seguida, la técnica de conmutación en
el motor práctico de cc difiere ligeramente de la
que se estudió para el motor elemental de cc.
•
Conmutación
En el estudio de la conmutación en el motor
elemental de cc de una sola espira, se explicó que
el conjunto de conmutador y escobilla funciona
como un interruptor de inversión, abriendo y
cerrando. Primero, las escobillas se desconectan
del segmento del conmutador cuando la espira
entra al plano neutro, antes de ser reconectada a
segmentos opuestos cuando la espira pasa por el
plano neutro. En esta operación, primero se abría
un circuito con corriente y luego se completaba
nuevamente. Estas acciones de interrupción
producen un arco en el punto de interrupción. Así
pues, en el motor elemental, generalmente hay
mucho arqueo y chisporroteo entre las escobillas y
el conmutador, lo que produce puntos de quemadura en el conmutador y que las escobillas se
desgasten rápidamente. La vida útil de este motor,
entre reparaciones, se acortaría.
En motores prácticos de cc, la interrupción en el
conmutador quita la corriente de la espira que
atraviesa el plano neutro con mínimo de arqueo,
lo cual se logra, en parte, mediante una escobilla
que conecte en corto la espira en el instante en
que se encuentra en el plano neutro.
Debido a que la espira se encuentra en el plano
neutro durante la con- mutación y existe
interacción mínima o nula con el flujo del campo,
la diferencia de potencial a través de la espira
también es mínima. Esto significa que, cuando la
escobilla se conecta en corto con la espira que está
en el plano neutro y luego reestablece el circuito
con flujo de corriente en la nueva dirección, las
operaciones de cerrar y abrir se hacen en puntos
de potencial casi idéntico, de manera que la
conmutación ocurre con un mínimo de arqueo y
chisporroteo. Manteniendo el periodo de duración
del corto a un mínimo absoluto, se asegura que el
par sólo se pierda durante el instante en que la
espira se encuentra en el plano neutro y que el
motor funcione a la mayor velocidad de
funcionamiento posible.
•
Conmutación en la armadura de cuatro
espiras
La conmutación en un motor práctico de cc con
armadura de cuatro espiras se lleva a cabo
haciendo que las escobillas conecten en corto
segmentos contiguos del conmutador para
interrumpir el flujo de corriente en una espira de
armadura asociada, cuando ésta pasa por el plano
neutro. Cuando la conmutación se lleva a cabo
debidamente, el motor funciona a la máxima
velocidad posible y con el mínimo de chisporroteo.
Según se ilustra, en el sistema aplicado en motores
prácticos, cuando un par de espiras, por ejemplo 1
y 3, llega al plano neutro, éstas se conectan en
corto de manera que dejan de transmitir corriente.
Al mismo tiempo, las otras dos espiras, 2 y 4,
siguen conectadas en este circuito y siguen
llevando corriente. Notando que, debido a la
disposición simétrica y al funcionamiento del
conmutador y las escobillas, dos de los devanados
de armadura siempre están en corto circuito en un
instante determinado. Como resultado, en la
práctica,
las
armaduras
se
devanan
intencionalmente de manera que los pares de
devanados afectados por la acción de las escobillas
lleguen al plano neutro simultáneamente.
•
Plano neutro
Del estudio de la conmutación en el motor
práctico de cc, se recordará que el arqueo
producido durante el funcionamiento del motor se
mantiene al mínimo, debido a que hay una
diferencia de potencial mínima en una espira de
armadura cuando se encuentra en el plano neutro.
Como lo indica la figura que representa un motor
de dos polos, el plano neutro debe encontrarse en
el eje que forme ángulo recto con las líneas de
flujo del campo y debe estar a la mitad de las
piezas polares. A veces, a este eje se le llama plano
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127
neutro geométrico del motor. El plano neutro en
un motor es el mismo para todas las espiras de la
armadura. Cada espira atraviesa el plano neutro
dos veces por cada revolución completa de la
armadura.
Teóricamente, pues, para lograr la conmutación
perfecta, el plano donde se colocan las escobillas
del motor, llamado el eje de escobillas, debe
coincidir idealmente con el eje del plano neutro
del motor. Sin embargo, en la práctica, la posición
del plano neutro real tiende a desplazarse del eje
geométrico neutro cuando el motor funciona. El
desplazamiento depende de la velocidad y
dirección del funciona- miento del motor. Por lo
tanto, el eje de escobillas se moverá hacia la nueva
posición del plano neutro, o bien, tendrán que
tomarse medidas para evitar que el plano se
desplace. La causa principal de este desplazamiento del plano neutro cuando el motor funciona
es un efecto que se conoce como reacción de
armadura.
•
Reacción de armadura
Cuando la armadura de un motor lleva corriente,
se establece un flujo magnético alrededor de los
conductores del devanado de armadura. Así pues,
se tienen dos campos magnéticos en el espacio
que hay entre las piezas polares de campo: él
campo magnético principal y el campo producido
por la armadura. Estos dos campos se combinan
para producir un nuevo campo magnético
resultante. En este caso, el campo resultante se
distorsiona de tal manera que se desplaza en
sentido opuesto a la dirección de rotación de la
armadura. Esta distorsión del campo original se
llama reacción de armadura. Como el plano
neutro del motor está en ángulo recto con el flujo
del campo, resulta que éste también se desplaza
en dirección opuesta a la de rotación de la
armadura.
La magnitud de reacción de armadura determina
la cantidad de desplazamiento del plano neutro.
La reacción de armadura varía según la cantidad
de corriente que circula por ella. Cuanto mayor sea
la corriente, mayor será el desplazamiento del
plano neutro con respecto al plano neutro
geométrico. En forma similar, la dirección de
desplazamiento depende de la dirección de flujo
de corriente en la armadura.
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Si el motor debe funcionar a velocidad constante y
en una sola dirección, las escobillas pueden
ubicarse en la nueva localización del plano neutro
y quedar en esa posición para obtener una
conmutación efectiva. Pero si el motor ha de
funcionar a diferentes velocidades, direcciones y
con cargas variables, la corriente en la armadura
variará considerable- mente. En consecuencia, la
reacción de armadura también variará y con ella la
posición del plano neutro. Esto significa que, para
una conmutación efectiva, la escobilla debe
cambiar de posición cada vez que cambie el plano
neutro. Es obvio que esto constituiría un
procedimiento sumamente complicado.
•
Interpolo
Cuando un motor funciona a varias velocidades,
en diferentes direcciones o contra cargas variables,
la corriente de armadura y la reacción de
armadura también varían. Para que un motor
como éste funcione con conmutación eficiente, se
requeriría un cambio en la posición de las
escobillas para cada desplazamiento del plano
neutro. Como este realineamiento constante de
escobillas es poco práctico, los motores necesitan
alguna forma de mantener el plano neutro en una
posición y que no se desplace como resultado de
la reacción de armadura. Una solución a este
problema es usar devanados especiales llamados
polos de conmutación o interpolas.
Los interpoles son piezas polares de electroimanes
especiales colocadas en el eje del plano neutro,
entre las piezas polares principales. Los devanados
de los interpoles se conectan en serie con el
devanado de armadura, de manera que la
corriente de armadura establece campos
magnéticos en ellos. Las direcciones de estos
campos son tales que anulan los campos
magnéticos producidos alrededor de las bobinas
de armadura cerca de los interpoles y
contrarrestan la tendencia de la reacción de
armadura a desplazar el plano neutro. Como
resultado, el plano neutro se mantiene lo
suficientemente cerca del plano neutro geométrico
paran todas las modalidades en que funcione el
motor.
El hecho de que los devanados de los interpoles
estén en serie con la armadura hace que se
autorregulen; los interpoles proporcionarán la
cantidad apropiada de campo de anulación para
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128
cada serie distinta de condiciones. Por ejemplo, en
el caso de altas corrientes de armadura, en las
cuales la reacción de armadura es grande y,
también es grande la tendencia a desplazar el
plano neutro, entonces el campo de interpoles que
anula el desplazamiento también será fuerte. Lo
contrario ocurre en bajos niveles de corriente de
armadura.
•
Partes del motor de corriente continua
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Un núcleo de armadura típico es un cilindro sólido
que tiene ranuras y está hecho de metal. En
realidad, el núcleo está formado por delgadas
láminas prensadas de acero dulce. Cada una de las
laminaciones tiene muescas en la orilla; están
revestidas con un barniz aislante y comprimido
para formar el núcleo. En el proceso de formación,
las muescas se alinean de manera que el núcleo
acabado tiene una serie de ranuras longitudinales
en todo su perímetro. Las laminaciones se usan en
el núcleo con objeto de reducir pérdidas por
corrientes parásitas.
Las corrientes parásitas son las que se inducen en
un material conductor cuando éste corta líneas de
flujo magnéticas. Las laminaciones reducen el área
donde pueden existir corrientes parásitas y, en
consecuencia, aumenta la resistencia relativa del
material; así pues, se reducen las pérdidas de
potencia debidas a corrientes parásitas. El uso de
acero dulce como material del núcleo reduce las
pérdidas por histéresis que, según se recordará de
lo estudiado anteriormente, ocurren cuando las
inversiones de magnetización del material del
núcleo están atrasadas con respecto a las
inversiones de la corriente.
En lo que se ha estudiado hasta ahora, se han
introducido los principios del funcionamiento de
los motores de cc. Al estudiar el funciona- miento
eléctrico del motor de cc, también se inició el
estudio de la mayor parte de los elementos físicos
principales del motor de cc. Estos elementos son la
armadura y el conmutador, el conjunto de
escobillas y el imán del campo. A continuación se
describirán los detalles referentes a la estructura de
los motores de cc, lo cual permitirá identificar las
diferentes partes de motores reales. También se
estudiará la estructura del motor analizando sus
partes materiales y los métodos que se usan para
construirlas. Finalmente se evaluarán algunos de
los métodos empleados para el mantenimiento de
motores.
•
Las ranuras del núcleo ya formado sirven para
alojar las espiras de alambre de cobre o devanados
de la armadura. El núcleo de armadura está
montado sobre el eje del motor, el cual
generalmente es una barra de acero duro con
superficie interna de contacto muy bien pulida. El
método de montaje del núcleo sobre el eje varía
considerablemente, según los distintos motores.
Núcleo de armadura y eje
El término armadura o rotor se aplica a la parte
giratoria del motor. Cuando se observa un motor
en marcha, generalmente se ve el eje que gira. El
eje es una extensión externa de la armadura que
pasa a través de la cubierta y coraza del motor; se
encuentra en el lado opuesto al extremo del
conmutador del motor. El conmutador se
describirá posteriormente.
Devanar armadura es toda una ciencia. A
continuación, se señalarán algunos aspectos
importantes del tema, los cuales serán útiles
cuando se estudien las diferencias y semejanzas
básicas que hay entre los motores de c-a y los de
cc.
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129
Los devanados de armadura de cc se clasifican en
devanados de anillo y devanados de tambor,
según la forma que tenga el núcleo de la
armadura. Los primeros motores prácticos tenían
el llamado devanado de anillo de Gramme. En el
devanado de anillo de Gramme el núcleo de
armadura es un anillo de hierro, alrededor del cual
se embobina un devanado continuo y cerrado que
se conecta con segmentos del conmutador a
intervalos regulares. Este tipo de armadura es
ineficiente debido a que los conductores de la
mitad interior del anillo están blindados
magnéticamente por el hierro y, en consecuencia,
no pueden interactuar con el campo. Debido a
ésta y a otras desventajas, actualmente la
armadura de anillo de Gramme es poco menos
que una curiosidad de laboratorio.
•
Armadura devanada en tambor
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final, la armadura devanada siempre debe ser
perfectamente simétrica.
Después de que las bobinas de armadura se han
colocado sobre el inicio, en la ranura del núcleo se
ponen cuñas de material aislante para fijar las
bobinas. Después de esto, se usan bandas
adhesivas de acero para asegurar las bobinas de
manera que no sean expulsadas por la fuerza
centrífuga producida durante la rotación de la
armadura.
Básicamente, hay dos formas en que se dispone el
devanado de los tambores en uso: Devanados
imbricados y devanados ondulados. El imbricado
se usa para motores de baja tensión y alta
corriente. El ondulado se usa en motores que
requieren alta tensión y baja comente.
•
El conmutador
El conmutador consta de segmentos conductores
particulares hechos de cobre y aislados entre sí con
láminas delgadas de mica. Cada segmento, con
sus separadores de mica, se monta en un molde
cilíndrico y se sujeta a las demás por medio de una
brida de sujeción. Los segmentos se aíslan de la
brida de sujeción mediante anillos de mica.
En lugar del anillo de Gramme, la mayor parte de
los motores modernos tienen el núcleo de
armadura en forma de tambor, el cual se estudió
previamente. Las espiras o bobinas que
constituyen la armadura devanada en tambor se
hallan alrededor del núcleo de la armadura,
alojando los lados de las bobinas en las ranuras
del núcleo. Las ranuras suelen estar aisladas con
papel de pescado para proteger los devanados. En
muchas armaduras, las bobinas son formadas
previamente para darles su forma definitiva y
luego se colocan en las ranuras del núcleo. A esto
se le llama devanado de formas y se lleva a cabo
ya sea conformando las bobinas sobre un molde
de madera o doblándolas en una prensa antes de
colocarlas sobre el tambor. Cada devanado
siempre es igual que otro en la armadura y, al
Las puntas de las bobinas de armadura se
conectan a las partes sobre- salientes de los
segmentos de conmutador, las cuales se conocen
como colas. Algunos segmentos del conmutador
se fabrican sin colas y, en su lugar, tienen ranuras
en los extremos, a los cuales se conectan las
puntas de la bobina de armadura. Después de
armado el conmutador, se tornea la superficie en
forma perfectamente cilíndrica y se pule hasta
darle un acabado muy terso, lo cual asegura que
la fricción entre la superficie de conmutación y las
escobillas sea al mínimo. Finalmente, y esto es de
gran importancia, el aislamiento de mica entre los
segmentos se recorta de modo que quede
ligeramente abajo de la superficie de los
segmentos del conmutador, a fin de que no
interfiera el paso de las escobillas.
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130
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En muchos motores la presión del resorte se puede
ajustar según la especificación del fabricante. Si la
presión es excesiva, las escobillas se desgastarán
demasiado rápidamente. Si es insuficiente, se hará
mal contacto, lo cual también producirá
chisporroteo y operación irregular del motor.
Generalmente, después de que un motor ha
estado en servicio durante algún tiempo, la
superficie de cobre del conmutador se desgasta.
Para que el motor funcione satisfactoriamente,
siempre que el cobre se desgasta hasta el nivel de
la mica, es necesario recortar nuevamente a esta
última. Al mismo tiempo, generalmente también
es necesario tornear el conmutador, para que
mantenga su forma cilíndrica.
•
Conjunto de escobillas
El conjunto de escobillas está formado por las
escobillas o carbones, sus sujetadores y resortes de
escobillas. Las escobillas propiamente dichas están
hechas de carbón suave que contiene una gran
proporción de grafito. Este material tiene dos
objetivos: es lo suficientemente suave para que el
conmutador sólo se desgaste al mínimo; al mismo
tiempo, es lo suficientemente duro para que la
escobilla no se desgaste con demasiada rapidez.
Nunca debe aplicarse lubricación entre las
escobillas y el conmutador, pues la que pudiera
necesitarse la proporciona el grafito de las
escobillas.
Generalmente, las escobillas están montadas cada
una en una pieza llamada porta escobillas. Estas
piezas mantienen una posición fija y están
montadas en la cubierta del motor, aunque
aisladas de ella. La escobilla se coloca
holgadamente en el portaescobillas y un resorte la
empuja para que no pierda contacto con el
conmutador. El ajuste flojo y la presión del resorte
hacen posible que las escobillas tengan cierta
libertad de movimiento en sus sujetadores, de
manera que puedan ajustarse a las pequeñas
irregularidades de la superficie del conmutador.
En la mayor parte de los motores, la conexión
eléctrica entre las escobillas y la fuente externa de
potencia es como sigue: las escobillas propiamente
dichas están conectadas eléctricamente a sus
portaescobillas respectivos por medio de alambres
de cobre prensado, llamados "colas de puerco". A
su vez, los sujetadores están conectados a pernos
que van en el exterior de la cubierta del motor.
Tanto los portaescobillas como los pernos están
aislados de la cubierta misma. Los pernos
constituyen los puntos de unión a los cuales se
pueden conectar las terminales de potencia al
motor.
Aunque las escobillas están diseñadas para durar
largo tiempo, siempre se hacen de manera que se
desgasten más rápidamente que el conmutador,
debido a que es más barato y fácil sustituir las
escobillas
que
reparar
una
armadura.
Generalmente se hacen escobillas de bastante
longitud, de manera que puedan mantenerse en
servicio durante un periodo relativamente largo
antes de que queden desgastadas hasta el punto
en que sea necesario substituirlas. El resorte
mantiene a la escobilla firmemente apoyada
contra el conmutador durante toda su vida útil.
•
Devanado de campo
Campo es un nombre común para designar el
campo magnético polar en el cual gira la
armadura. El campo puede originarlo un imán
permanente o, como en la mayor parte de los
motores prácticos, un electroimán. La corriente
que fluye en el electroimán tiene la misma fuente
de energía que la corriente de armadura. El
conjunto de campo consta de piezas polares y
bobinas de campo. Las piezas polares de campo
generalmente están atornilladas a la circunferencia
interna de la cubierta y hechas de láminas de
acero dulce que han sido laminadas para disminuir
las pérdidas por corrientes parásitas. Las piezas
polares suelen tener la forma que se ajusta a la
curvatura de la armadura, para mantener que sea
lo más pequeño posible el entrehierro entre las
piezas polares y la armadura, ya que el aire ofrece
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131
una reluctancia relativamente elevada a las líneas
de flujo magnético.
La mayor parte de los motores de cc tienen piezas
polares independientes llamadas polos salientes
que sobresalen hacia el interior, al área de
armadura. El devanado de campo de un motor de
polos salientes consta de todas las bobinas de
campo particulares devanadas alrededor de sus
núcleos, o sea, las piezas polares. El número de
bobinas de campo determina el número de polos
del motor. Un motor de dos polos tiene dos
bobinas de campo; un motor de cuatro polos
tiene cuatro, etc.
En algunos motores, el devanado de campo no
está formado en polos salientes, sino que está
distribuido alrededor del marco del campo: los
devanados están dispuestos de tal manera que,
cuando se les suministra potencia se obtienen
polos magnéticos fijos.
•
Cubierta y montaje
La cubierta del motor constituye el soporte
mecánico para las diversas partes del motor.
También protege las partes móviles de influencias
exteriores tales como polvo, suciedad y agua. La
mayor parte de las cubiertas de los motores
constan de tres partes: una cubierta de campo y
dos cabezales. La cubierta de campo sirve de
soporte para las bobinas de campo y los
interpoles, si existen. También forma parte del
circuito magnético del devanado de campo.
Debido a esta función magnética, la cubierta de
campo está hecha de hierro y acero de buenas
propiedades magnéticas.
La armadura debe estar suspendida en el campo
de manera que pueda girar dentro de él. La
cubierta proporciona el soporte básico por medio
de los cojinetes montados en ranuras de cada uno
de los cabezales para hacer posible la rotación con
la mínima pérdida de potencia por fricción. Los
cabezales están montados en ambos extremos del
cuerpo del campo y atornillados a él. En los
cabezales de algunos motores se hacen orificios o
accesorios para aceite o grasa, para que sea
posible lubricar los cojinetes. La cubierta también
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es el sostén de los conjuntos de escobillas y de
campo.
La cubierta también constituye el soporte externo
del motor; tiene vanos accesorios para montar el
motor y está construida en formas especiales a fin
de que resista más bien a las partes activas del
motor y queden bien protegidas contra los
diversos ambientes donde habrá de usarse el
motor. Generalmente se hacen orificios de
ventilación en los cabezales y, con frecuencia,
también en la parte central, para que pueda
circular el aire de enfriamiento del motor.
•
Chumaceras y enfriamiento
Dos de las características estructurales más
importantes de los motores eléctricos son los
cojinetes y los dispositivos internos para
enfriamiento. Los cojinetes sostienen la armadura
y permiten que la rotación a alta velocidad sea
suave y con un mínimo de fricción. Cuando se
usan baleros, éstos se montan a presión en los
extremos del eje de la armadura y en la suspensión
de los cabezales. Cuando se usan cojinetes
metálicos, éstos simplemente se colocan en la
suspensión de los cabezales y el eje pulido de la
armadura se ajusta al cojinete. Cuando los
cabezales se atornillan a la parte central en el
armado de la cubierta, la armadura queda
sostenida automáticamente por los cojinetes de
los cabezales.
Los cojinetes de algunos motores están hechos de
modo que tengan lubricación permanente, para
toda la vida del motor. En otros motores se cuenta
con algún medio para lubricar periódicamente los
cojinetes. Generalmente, para este objeto se
construyen dispositivos o copas de engrase en los
cabezales. La lubricación periódica de un motor es
quizá la parte más importante del mantenimiento
del motor.
Cuando un motor funciona, suele producir una
cantidad considerable de calor. Este debe disiparse
rápidamente si se desea que el motor tenga una
larga vida de servicio. El método más común para
disipar este calor es mediante orificios de
ventilación y un ventilador integrado al motor. Los
orificios se encuentran en los cabezales y en el
cuerpo central, para ventilar las partes internas
que llevan corriente. El ventilador es una rueda
con aletas que generalmente está montada en un
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132
extremo del eje de la armadura. Cuando la
armadura gira, el ventilador saca aire por los
orificios de ventilación y de esta manera extrae el
calor de la cubierta.
4.3.1
Clasificación de los motores de corriente
continua
Los motores de cc han sido clasificados
eléctricamente según la forma en que sus
devanados de campo están conectados a la fuente
de energía eléctrica que los impulsa. Los nombres
descriptivos de derivación, de serie y compound,
identifican los tres tipos principales de motores de
cc. En el motor en derivación, el devanado de
campo y el de armadura se conectan en paralelo al
circuito de entrada. En el motor tipo serie, el
devanado de campo y el de armadura están
conectados en serie con el circuito de entrada.
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tiempo, en comparación con un caballo. Un
caballo de fuerza equivale a 33,000 libras-pie de
trabajo por minuto. La cantidad de libras-pie de
trabajo que produce un motor es igual a su par
multiplicado por la velocidad a que funciona.
Puede calcularse el caballaje de cualquier motor si
se conocen su par y su velocidad. El par se puede
medir directamente por medio de un dispositivo
que se llama freno de Prony y la velocidad se
puede determinar mediante un tacómetro, o
contador de revoluciones por minuto, y un reloj.
Generalmente, en la placa de datos del motor se
indica el caballaje nominal del mismo.
La potencia eléctrica que toma un motor de cc de
la línea de alimentación es simplemente el
producto de la corriente por el voltaje, y se expresa
en watts.
Potencia = voltaje x corriente
Como su nombre lo indica, en el motor de tipo
combinado las conexiones en serie y derivado del
devanado de campo y la armadura, se combinan
en una sola máquina. Los motores de cc se
clasifican mecánicamente, según el tipo de
cubierta que tienen y según la llamada
característica carga-velocidad.
Las cubiertas de los motores son de los siguientes
tipos: abierto, semicerrado, a prueba de goteo, a
prueba de agua, sumergible y a prueba de
explosión. Según sus características de cargavelocidad los motores se clasifican en motores de
velocidad constante, velocidades múltiples,
velocidad ajustable, velocidad variable y de
velocidad variable ajustable.
4.3.2
Potencia nominal de motores de corriente
continua
Los motores se clasifican según la carga que
pueden impulsar y a lo cual se le llama salida de
potencia. También se clasifican por la potencia
eléctrica que toman de la línea, llamada la entrada
de potencia, y por la calidad con que transforman
energía eléctrica, en energía mecánica, a lo que se
llama eficiencia.
La salida de potencia es una medida de la energía
mecánica que el motor transmite a plena carga y
se indica en caballos de fuerza. El caballaje es una
forma de indicar la cantidad de trabajo que puede
efectuar un motor en determinado periodo de
Pwast = Evolts x Iamp
•
Potencia nominal de los motores
Desgraciadamente, no toda la potencia que llega a
un motor es recuperada como potencia mecánica
útil para impulsar la carga. Parte de la potencia se
consume como calor en el devanado de campo;
otra parte se consume en forma de calor en la
armadura; y otra parte se utiliza para vencer los
efectos de carga mecánica debidos a la fricción, la
resistencia del aire, etc. En todos estos casos, se
consume una cantidad de potencia que no se
transfiere a la carga como energía mecánica. Esta
potencia perdida recibe el nombre de pérdidas. La
salida de potencia de un motor siempre es igual a
su entrada de potencia menos todas las pérdidas
de potencia.
La eficiencia de un motor es una medida de la
transformación de la entrada de potencia en salida
de potencia. Si las pérdidas son bajas, se dice que
la eficiencia es alta. La eficiencia se determina
dividiendo la entrada de potencia entre la salida de
potencia y multiplicando por 100, para obtenerla
en porcentaje. La entrada, expresada en watts, se
puede dividir entre la salida expresada en caballos
de fuerza (hp), debido a que existe una relación
definida entre ambas, que es la siguiente:
1 hp = 746 watts
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133
La clasificación de la información en la placa de
datos del motor generalmente suministra la
información suficiente para obtener o calcular
todo lo que se necesita conocer del motor. Con
frecuencia, los motores se clasifican según la
entrada en caballos de fuerza De acuerdo con esta
clasificación, un motor de hp, por ejemplo, tendrá
una salida algo menor de l^ hp debido a las
pérdidas.
Resumen
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Realizar el trabajo en forma eficiente y
oportuna.
Practicas de Ejercicio y listas de
cotejo
Portafolio
de evidencias
El alumno, realizará los ejercicios y
prácticas incluidas en este manual con
orden,
limpieza,
eficiencia
y
responsabilidad.
Elaborar
un
resumen
de
las
características de los motores de cd.
Sugerencias o Notas
Consideraciones sobre
seguridad e higiene
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134
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Prácticas y Lista de Cotejo
Unidad de aprendizaje:
1
Práctica número:
1
Nombre de la práctica:
Teoría de la electricidad.
Propósito de la práctica:
Al finalizar la práctica, el alumno comprobará la existencia y el comportamiento
de las cargas eléctricas, mediante la ejecución de experiencias sencillas.
Escenario 1:
Escenario 2:
Aula
Taller, laboratorio.
Duración:
2 Hrs.
Materiales
• 1 tira de madera de 7x10x1 cm.
• 25 cm. de alambre galvanizado
No.12.
• 10 cm. de hilo de seda o nylon.
• 10 cm. de alambre de cobre
No.12.
• 1 disco de aluminio de 1 cm. de
radio.
• 1 frasco de vidrio con tapa
metálica.
• 1 corcho o pelota chica de
esponja.
• 1 tira de papel de estaño de 5x5
cm.
• 1 peine o regla de plástico.
• Hojas blancas.
• Lápices.
Maquinaria y equipo
•
Herramienta
• Una lezna.
• Unas pinzas de
electricista.
• Unas tijeras de cortar
lámina.
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135
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Procedimiento
™ Realizar la practica con responsabilidad, limpieza, seguridad y trabajo en equipo.
® Aplicar las medidas de seguridad e higiene en el desarrollo de la práctica.
En el taller:
•
•
•
•
•
•
El taller deberá de estar limpio antes de iniciar la práctica.
No deberá de localizarse objeto alguno tirado en el suelo, que pueda ocasionar un accidente.
En el taller se deberá contar siempre con un extintor ABC cuya carga este debidamente verificada.
Los materiales y equipos antes de su uso, deberán estar guardados en casilleros, o su equivalente.
No se permitirá el acceso al taller a personas ajenas a la práctica.
Todas las conexiones eléctricas del taller deberán encontrarse en buen estado y por ningún motivo
existirán cables o conductores expuestos.
• Se deberá evitar daños a materiales, equipos, mobiliario y aulas.
• No se permitirá introducir al taller, alimentos y bebidas.
En la persona:
• Evitar el uso de relojes, hebillas y botones expuestos, corbatas, cabello largo sin recoger.
• Utilizar la ropa y equipo de trabajo, según sea la labor.
® Aplicar las medidas ecológicas en el desarrollo de la práctica.
• Los desperdicios que se generen, deberán ser depositados en los recipientes adecuados para ello.
• Deberá de evitarse residuos de aceites o grasas en el piso.
• Los materiales que sean susceptibles a ser reutilizados serán conservados para tal fin.
9 El alumno más adelantado o experimentado, con la guía del PSA, (o el PSA) tendrá que:
• Explicar el procedimiento que se va a ejecutar, reflexionando sobre el tipo de tareas que se
aprenderán.
• Corregir errores o malas interpretaciones en el procedimiento, para su correcta ejecución.
9 Los alumnos tendrán que:
• Contestar las preguntas que haga el PSA sobre el procedimiento.
• Plantear dudas, así como soluciones a los problemas que se presenten durante la práctica.
• Ejecutar el procedimiento hasta hacerlo con precisión.
• Pasar en forma rotatoria por el aprendizaje de enseñar.
Escenario 1
1. Elegir el área adecuada en el laboratorio o taller.
2. Elaborar un plan de trabajo para la práctica.
Escenario 2
3. Acudir al laboratorio o taller y presentarse con el responsable del mismo.
4. Pedir el material y herramienta necesarios para llevar a cabo la práctica con el responsable de laboratorio
o taller.
5. Elaborar un péndulo eléctrico utilizando la base de madera, el alambre galvanizado, el hilo de seda y el
pequeño disco de aluminio.
Escenario 3
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136
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Procedimiento
6. Acerque un peine o una regla de plástico al disco de aluminio.
7. Tomar notas de lo observado.
8. Frote el peine en su cabello o la regla de plástico con un pedazo de nylon.
9. Acerque nuevamente el peine o la regla al disco de aluminio suspendido.
10. ¿Adquirió el peine o regla una propiedad que no tenía antes?
11. ¿Qué propiedad será la adquirida?
12. ¿A qué se deben los fenómenos de atracción que se observaron?
13. Tomar notas de lo observado.
Escenario 4
14. Aproxime el peine o regla electrizado al disco de aluminio suspendido.
15. Tomar notas de lo observado.
16. ¿Qué ocurre inicialmente?
17. ¿Qué ocurre después?
18. Repita varias veces como sea necesario para observar mejor este fenómeno.
19. Tomar notas de lo observado.
Escenario 5
20. Construya un electroscopio utilizando el frasco de vidrio, el corcho o pelota de esponja, el alambre de
cobre y la tira de papel de estaño.
21. Acerque un peine o una regla de plástico a la parte superior del alambre de cobre.
22. Observa algún efecto en la laminilla de estaño.
23. Tomar notas de lo observado.
24. Frote el peine en su cabello o la regla de plástico con un pedazo de tela de nylon.
25. Acerque nuevamente el peine o la regla al alambre de cobre.
26. ¿Qué nota en la laminilla?
27. Tomar notas de lo observado.
28. Repita varias veces como sea necesario para observar mejor este fenómeno.
29. Explique a que se deben los efectos producidos en la laminilla del electroscopio.
Escenario 6
30. Construya un soporte empleando un sujetador de papeles (clip) y un hilo tal como lo muestra la figura.
31. Frotar vigorosamente un peine de poco peso (ligero) con un paño de nylon.
32. Rápidamente colóquelo en el soporte hecho con el sujetador de papeles.
33. Mantenga el peine suspendido.
34. Inmediatamente frotar el extremo de otro peine con el mismo paño.
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137
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Procedimiento
35. Ahora acerca el extremo frotado de este peine al extremo del peine suspendido.
36. El peine suspendido deberá moverse alejándose del peine que se acerca.
37. Explicar las causas del fenómeno que se observan.
Escenario 7
38. Elaborar un reporte de la práctica que incluya:
• Desarrollo de la práctica.
• Observaciones.
• Conclusiones
39. Limpiar y entregar el material y herramienta utilizada.
40. Limpiar el área de trabajo.
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Lista de cotejo de la práctica
Número 1:
Teoría de la electricidad.
Nombre del alumno:
Instrucciones:
A continuación se presentan los criterios que van a ser verificados
en el desempeño del alumno mediante la observación del mismo.
De la siguiente lista marque con una 9 aquellas observaciones
que hayan sido cumplidas por el alumno durante su desempeño
Si
Desarrollo
No
No
Aplica
Aplicó las medidas de seguridad e higiene en el desarrollo de las prácticas.
Utilizó la ropa y equipo de trabajo.
Realizó la práctica con responsabilidad, limpieza, seguridad y trabajo en equipo.
Acudió al taller o laboratorio y siguió las indicaciones del prestador de servicios
académicos.
2. Trabajó en el área apropiada del taller o laboratorio.
3. Seleccionó el material de acuerdo a la práctica.
4. Elaboró el péndulo eléctrico correctamente.
5. Verificó el comportamiento que se presentó en el desarrollo de la práctica con el
péndulo eléctrico.
6. Construyó correctamente el electroscopio.
7. Verificó el comportamiento que se presentó en el desarrollo de la práctica con el
electroscopio.
8. Elaboró correctamente el soporte hecho con el clip para suspender el peine.
9. Verificó el comportamiento que se presentó en el desarrollo de la práctica con el
peine suspendido en el soporte hecho con el clip.
10. Limpió y guardó el material requerido en la práctica.
11. Limpió el área de trabajo
12. Siguió el plan de trabajo en el desarrollo de la práctica.
13. Entregó el reporte con los requerimientos solicitados.
®
®
™
1.
Observaciones:
PSA:
Hora de inicio:
Hora de término:
Evaluación:
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139
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Unidad de aprendizaje:
1
Práctica número:
2
Nombre de la práctica:
Verificación de voltaje eléctrico.
Propósito de la práctica:
Al finalizar la práctica, el alumno verificará el voltaje eléctrico utilizado en los
circuitos eléctricos.
Escenario:
Taller, laboratorio.
Duración:
2 Hrs.
Materiales
• Cable calibre 12.
Maquinaria y equipo
•
Herramienta
Básicas:
• Cable calibre 22.
• Martillos.
• Foco 12 voltios y 127 voltios.
• Pinzas de corte.
• Led.
• Pinzas de punta.
• Perfocel de 20x20 cm.
• Desarmador plano.
• Pasta.
• Cautín.
• Soldadura.
• Pela cables.
• Socket para foco de 12 voltios y
127 voltios.
• Interruptor.
• Batería sólida:
− 1.5 vcd.
− 3.0 vcd.
− 6.0 vcd.
− 9.0 vcd.
• Tornillos de 3/16”x½”.
• Rondanas.
• Tuercas.
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140
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Aplicación e Corriente Directa
Procedimiento
™ Realizar la practica con responsabilidad, limpieza, seguridad y trabajo en equipo.
® Aplicar las medidas de seguridad e higiene en el desarrollo de la práctica.
En el taller:
•
•
•
•
•
•
El taller deberá de estar limpio antes de iniciar la práctica.
No deberá de localizarse objeto alguno tirado en el suelo, que pueda ocasionar un accidente.
En el taller se deberá contar siempre con un extintor ABC cuya carga este debidamente verificada.
Los materiales y equipos antes de su uso, deberán estar guardados en casilleros, o su equivalente.
No se permitirá el acceso al taller a personas ajenas a la práctica.
Todas las conexiones eléctricas del taller deberán encontrarse en buen estado y por ningún motivo
existirán cables o conductores expuestos.
• Se deberá evitar daños a materiales, equipos, mobiliario y aulas.
• No se permitirá introducir al taller, alimentos y bebidas.
En la persona:
• Evitar el uso de relojes, hebillas y botones expuestos, corbatas, cabello largo sin recoger.
• Utilizar la ropa y equipo de trabajo: Overol, bata o la ropa adecuada, zapatos de seguridad, Casco,
Gogles o lentes, Guantes de algodón o carnaza, según sea la labor, Protección auditiva, Mascara para
polvos cuando sea necesario.
® Aplicar las medidas ecológicas en el desarrollo de la práctica.
• Los desperdicios que se generen, deberán ser depositados en los recipientes adecuados para ello.
• Deberá de evitarse residuos de aceites o grasas en el piso.
• Los materiales que sean susceptibles a ser reutilizados serán conservados para tal fin.
® Utilizar apropiadamente el equipo de seguridad.
9 El alumno más adelantado o experimentado, con la guía del PSA, (o el PSA) tendrá que:
• Explicar el procedimiento que se va a ejecutar, reflexionando sobre el tipo de tareas que se aprenderán.
• Corregir errores o malas interpretaciones en el procedimiento, para su correcta ejecución.
9 Los alumnos tendrán que:
• Contestar las preguntas que haga el PSA sobre el procedimiento, aspectos importantes que deben
cuidar, errores más frecuentes, etc.
• Plantear dudas, así como soluciones a los problemas que se presenten durante la práctica y en relación
a situaciones específicas.
• Ejecutar el procedimiento hasta hacerlo con precisión.
• Pasar en forma rotatoria por el aprendizaje de enseñar.
Escenario 1
1. Elegir el área adecuada en el laboratorio o taller.
2. Elaborar un plan de trabajo para la práctica.
Escenario 2
3. Acudir al laboratorio o taller y presentarse con el responsable del mismo.
4. Pedir el material necesario para llevar a cabo la practica con el responsable de laboratorio o taller.
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Aplicación e Corriente Directa
Procedimiento
5. Dibujar el diagrama No. 1 en la tabla de perfocel
Diagrama No. 1
6. Colocar los elementos requeridos en el Dibujo.
7. Sujetar los elementos con los tornillos en la tabla de perfocel
8. Colocar la fuente de voltaje en la tabla de perfocel.
9. Accionar el interruptor.
10. Desenergizar el circuito para cambiar la fuente de voltaje.
11. Registrar qué sucede en el foco cuando se acciona el interruptor.
12. Realizar el mismo procedimiento con el diagrama No. 2 utilizando como fuente de alimentación, batería
níquel-cadmio y/o plomo-ácido.
Diagrama No. 2
13. Realizar el mismo procedimiento con el diagrama No. 3 utilizando como fuente de alimentación una toma
de 120 vca.
Mantenimiento de Sistemas Automaticos, Mantenimeinto de Motores y Planeadores y Sistemas Electroniocs de Aviacion
142
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Aplicación e Corriente Directa
Procedimiento
Diagrama No. 3
14. Limpiar y entregar el material y herramienta utilizada.
15. Limpiar el área de trabajo.
Escenario 3
16. Elaborar un reporte de la práctica que incluya:
• Desarrollo de la práctica.
• Observaciones.
• Conclusiones.
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143
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Aplicación e Corriente Directa
Lista de cotejo de la práctica
Número 2:
Verificación de voltaje eléctrico.
Nombre del alumno:
Instrucciones:
A continuación se presentan los criterios que van a ser
verificados en el desempeño del alumno mediante la
observación del mismo.
De la siguiente lista marque con una 9 aquellas observaciones
que hayan sido cumplidas por el alumno durante su
desempeño
Si
Desarrollo
No
No
Aplica
® Aplicó las medidas de seguridad e higiene en el desarrollo de las prácticas.
® Utilizó la ropa y equipo de trabajo.
™ Realizó la práctica con responsabilidad, limpieza, seguridad y trabajo en
equipo.
1. Acudió al taller o laboratorio y siguió las indicaciones del prestador de
servicios académicos.
2. Trabajo en el área apropiada del taller o laboratorio.
3. Seleccionó el material de acuerdo a la práctica.
4. Dibujo el circuito del diagrama No. 1.
5. Colocó los elementos requeridos en el circuito No.1.
6. Cambió correctamente las fuentes de voltaje en el circuito No. 1.
7. Verifico el comportamiento que se presento en el circuito No.1.
8. Dibujo el circuito del diagrama No. 2.
9. Colocó los elementos requeridos en el circuito No. 2
10. Cambió correctamente la fuente de voltaje en el circuito No. 2.
11. Verificó el comportamiento que se presento en el circuito No.2.
12. Dibujo el circuito del diagrama No. 3.
13. Colocó los elementos requeridos en el circuito No. 3
14. Cambió correctamente la fuente de voltaje en el circuito No. 3.
15. Verificó el comportamiento que se presento en el circuito No.3.
16. Limpió y guardo el material requerido en la práctica.
17. Limpió el área de trabajo.
18. Siguió el plan de trabajo en el desarrollo de la práctica.
19. Entregó el reporte con los requerimientos solicitados.
Observaciones:
PSA:
Hora de inicio:
Hora de término:
Evaluación:
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Aplicación e Corriente Directa
Mantenimiento de Sistemas Automaticos, Mantenimeinto de Motores y Planeadores y Sistemas Electroniocs de Aviacion
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Aplicación e Corriente Directa
Unidad de aprendizaje:
1
Práctica número:
3
Nombre de la práctica:
Aplicación de la ley de Ohm.
Propósito de la práctica:
Al finalizar la práctica, el alumno comprobara mediante la ejecución de
experiencias sencillas la relación que existe entre tensión, corriente y resistencia
en un circuito eléctrico.
Escenario 1:
Escenario 2:
Aula
Taller, laboratorio.
Duración:
1 Hrs.
Materiales
• Resistor de 47 ohms a ½ W.
• Resistor de 100 ohms a ½ W.
• Resistor de 150 ohms a ½ W.
• Resistor de 220 ohms a ½ W.
• 20 cm. de alambre de cobre No.
18.
• 15 cm. de alambre o cable de
conexiones No. 22.
• Una tira de triplay de 8x15x0.6
cm.
• Una pila de 1.5 V.
• 20 cm. de fleje metálico.
• 4 tornillos con tuerca de 1.25x0.3
cm. o ½”.
Maquinaria y equipo
• Multímetro o multiprobador.
Herramienta
• Una pinza de punta.
• Un destornillador de 5
mm. de hoja.
• Cuchilla.
• Lezna.
• Pinza de punta.
• Pinza de corte.
• Tijera de cortar lámina.
• Martillo de bola de
250 g.
• Lima bastarda.
• Lima musa.
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146
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Aplicación e Corriente Directa
Procedimiento
™ Realizar la practica con responsabilidad, limpieza, seguridad y trabajo en equipo.
® Aplicar las medidas de seguridad e higiene en el desarrollo de la práctica.
En el taller:
• El taller deberá de estar limpio antes de iniciar la práctica.
• No deberá de localizarse objeto alguno tirado en el suelo, que pueda ocasionar un accidente.
• En el taller se deberá contar siempre con un extintor ABC cuya carga este debidamente verificada.
• Los materiales y equipos antes de su uso, deberán estar guardados en casilleros, o su equivalente.
• No se permitirá el acceso al taller a personas ajenas a la práctica.
• Todas las conexiones eléctricas del taller deberán encontrarse en buen estado y por ningún motivo
existirán cables o conductores expuestos.
• Se deberá evitar daños a materiales, equipos, mobiliario y aulas.
• No se permitirá introducir al taller, alimentos y bebidas.
En la persona:
• Evitar el uso de relojes, hebillas y botones expuestos, corbatas, cabello largo sin recoger.
• Utilizar la ropa y equipo de trabajo: Overol, bata o la ropa adecuada, zapatos de seguridad, Casco,
Gogles o lentes, Guantes de algodón o carnaza, según sea la labor, Protección auditiva, Mascara para
polvos cuando sea necesario.
® Aplicar las medidas ecológicas en el desarrollo de la práctica.
• Los desperdicios que se generen, deberán ser depositados en los recipientes adecuados para ello.
• Deberá de evitarse residuos de aceites o grasas en el piso.
• Los materiales que sean susceptibles a ser reutilizados serán conservados para tal fin.
® Utilizar apropiadamente el equipo de seguridad.
9 El alumno más adelantado o experimentado, con la guía del PSA, (o el PSA) tendrá que:
• Explicar el procedimiento que se va a ejecutar, reflexionando sobre el tipo de tareas que se
aprenderán.
• Corregir errores o malas interpretaciones en el procedimiento, para su correcta ejecución.
9 Los alumnos tendrán que:
• Contestar las preguntas que haga el PSA sobre el procedimiento, aspectos importantes que deben
cuidar, errores más frecuentes, etc.
• Plantear dudas, así como soluciones a los problemas que se presenten durante la práctica y en
relación a situaciones específicas.
• Ejecutar el procedimiento hasta hacerlo con precisión.
• Pasar en forma rotatoria por el aprendizaje de enseñar.
Escenario 1
1. Elegir el área adecuada en el laboratorio o taller.
2. Elaborar un plan de trabajo para la práctica.
Escenario 2
3. Acudir al laboratorio o taller y presentarse con el responsable del mismo.
4. Pedir el material, equipo y/o herramienta necesarios para llevar a cabo la práctica con el responsable de
laboratorio o taller.
5. De acuerdo con el código de colores, calcular el valor de cada resistor.
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147
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Aplicación e Corriente Directa
Procedimiento
R1 =
ohms
R2 =
ohms
R3 =
ohms
R4 =
ohms
ohms
R4 =
ohms
6. Comprobar el valor de cada uno de los resistores con el óhmetro.
R1 =
ohms
R2 =
ohms
R3 =
7. Comprobar con el voltímetro el voltaje de la pila.
8. Tomar notas de lo observado.
9. Construya el circuito que se indica a continuación, utilizando el resistor de 47 ohms.
R1 = 47
10. Calcular, de acuerdo con la ley de Ohm, la corriente que circula en el circuito.
11. Tomar notas de lo observado.
12. Compruebe con el amperímetro si el valor de la corriente que circula en el circuito, coincide con el
obtenido con la formula de la ley de Ohm.
13. Tomar notas de lo observado.
14. Repita la operación indicada en el número 8 de la actividad anterior, sustituyendo el resistor de 47 ohms
por el de 100 ohms.
15. Empleando la fórmula de la ley de Ohm, calcular la corriente que circula en el circuito.
16. Tomar notas de lo observado.
17. Repita los ejercicios anteriores, utilizando los resistores de 150 ohms y 220 ohms.
18. Tomar notas de lo observado.
19. Lectura obtenida con el instrumento en el 1er. caso.
I1 (150 ohms) =
Amperes.
20. Lectura obtenida con el instrumento en el 2do. caso.
I2 (220 ohms) =
Amperes.
21. Explique lo que ocurre con la corriente en los circuitos en que el valor de los resistores es mayor.
22. Anote lo ocurrido con la corriente en los circuitos en que es menor el valor del resistor.
23. Explique a qué se deben los fenómenos anteriores.
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Aplicación e Corriente Directa
Procedimiento
Escenario 3
24. Elaborar un reporte de la práctica que incluya:
• Desarrollo de la práctica.
• Observaciones.
• Conclusiones
25. Limpiar y entregar el material y herramienta utilizada.
26. Limpiar el área de trabajo.
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Aplicación e Corriente Directa
Lista de cotejo de la práctica
Número 3:
Aplicación de la ley de Ohm.
Nombre del alumno:
Instrucciones:
A continuación se presentan los criterios que van a ser
verificados en el desempeño del alumno mediante la
observación del mismo.
De la siguiente lista marque con una 9 aquellas observaciones
que hayan sido cumplidas por el alumno durante su
desempeño
Desarrollo
® Aplicó las medidas de seguridad e higiene en el desarrollo de las prácticas.
® Utilizó la ropa y equipo de trabajo.
™ Realizó la práctica con responsabilidad, limpieza, seguridad y trabajo en
equipo.
1. Acudió al taller o laboratorio y siguió las indicaciones del prestador de
servicios académicos.
2. Trabajó en el área apropiada del taller o laboratorio.
3. Seleccionó el material de acuerdo a la práctica.
4. De acuerdo con el código de colores, calculó el valor de cada resistor.
5. Comprobó el valor de cada uno de los resistores con el óhmetro.
6. Comprobó con el voltímetro el voltaje de la pila.
7. Construyó el circuito, utilizando el resistor de 47 ohms.
8. Calculó, de acuerdo con la ley de Ohm, la intensidad de corriente que
circula en el circuito.
9. Comprobó con el amperímetro si el valor de la intensidad de corriente
que circula en el circuito, coincide con la obtenida con la fórmula de la
ley de Ohm.
10. Construyó el circuito, utilizando el resistor de 100 ohms.
11. Calculó, de acuerdo con la ley de Ohm, la intensidad de corriente que
circula en el circuito.
12. Comprobó con el amperímetro si el valor de la intensidad de corriente
que circula en el circuito, coincide con el obtenido con la fórmula de la
ley de Ohm.
13. Construyó el circuito, utilizando el resistor de 150 ohms.
14. Calculó, de acuerdo con la ley de Ohm, la corriente que circula en el
circuito.
15. Comprobó con el amperímetro si el valor de la corriente que circula en el
circuito, coincide con el obtenido con la fórmula de la ley de Ohm.
16. Construyo el circuito, utilizando el resistor de 220 ohms.
17. Calculó, de acuerdo con la ley de Ohm, la corriente que circula en el
circuito.
18. Comprobó con el amperímetro si el valor de la corriente que circula en el
circuito, coincide con el obtenido con la formula de la ley de Ohm.
19. Siguió el plan de trabajo en el desarrollo de la práctica.
Si
No
No Aplica
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150
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Aplicación e Corriente Directa
20. Entregó el reporte con los requerimientos solicitados.
21. Limpió y guardó el material, equipo y herramienta utilizada en la práctica.
22. Limpió el área de trabajo
Observaciones:
PSA:
Hora de inicio:
Hora de término:
Evaluación:
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Aplicación e Corriente Directa
Unidad de aprendizaje:
2
Práctica número:
4
Nombre de la práctica:
Uso del código de colores para resistencias de carbón.
Propósito de la práctica:
Al finalizar la práctica el alumno verificará el valor de las resistencias mediante el
uso del código de colores.
Escenario:
Laboratorios o taller.
Duración:
2 Hrs.
Materiales
• Tabla de campo.
• Hojas de papel.
Maquinaria y equipo
Herramienta
• Equipo de seguridad marcado por
el laboratorio o el taller.
• Lápiz.
• Goma.
• Resistencias diferentes tipos y
valores
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152
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Aplicación e Corriente Directa
Procedimiento
™ Realizar la practica con responsabilidad, limpieza, seguridad y trabajo en equipo.
® Aplicar las medidas de seguridad e higiene en el desarrollo de la práctica.
En el taller:
• El taller deberá de estar limpio antes de iniciar la práctica.
• No deberá de localizarse objeto alguno tirado en el suelo, que pueda ocasionar un accidente.
• En el taller se deberá contar siempre con un extintor ABC cuya carga este debidamente verificada.
• Los materiales y equipos antes de su uso, deberán estar guardados en casilleros, o su equivalente.
• No se permitirá el acceso al taller a personas ajenas a la práctica.
• Todas las conexiones eléctricas del taller deberán encontrarse en buen estado y por ningún motivo
existirán cables o conductores expuestos.
• Se deberá evitar daños a materiales, equipos, mobiliario y aulas.
• No se permitirá introducir al taller, alimentos y bebidas.
En la persona:
• Evitar el uso de relojes, hebillas y botones expuestos, corbatas, cabello largo sin recoger.
• Utilizar la ropa y equipo de trabajo: Overol, bata o la ropa adecuada, zapatos de seguridad, Casco,
Gogles o lentes, Guantes de algodón o carnaza, según sea la labor, Protección auditiva, Mascara para
polvos cuando sea necesario.
® Aplicar las medidas ecológicas en el desarrollo de la práctica.
• Los desperdicios que se generen, deberán ser depositados en los recipientes adecuados para ello.
• Deberá de evitarse residuos de aceites o grasas en el piso.
• Los materiales que sean susceptibles a ser reutilizados serán conservados para tal fin.
® Utilizar apropiadamente el equipo de seguridad.
9 El alumno más adelantado o experimentado, con la guía del PSA, (o el PSA) tendrá que:
• Explicar el procedimiento que se va a ejecutar, reflexionando sobre el tipo de tareas que se aprenderán.
• Corregir errores o malas interpretaciones en el procedimiento, para su correcta ejecución.
9 Los alumnos tendrán que:
• Contestar las preguntas que haga el PSA sobre el procedimiento, aspectos importantes que deben
cuidar, errores más frecuentes, etc.
• Plantear dudas, así como soluciones a los problemas que se presenten durante la práctica y en relación
a situaciones específicas.
• Ejecutar el procedimiento hasta hacerlo con precisión.
• Pasar en forma rotatoria por el aprendizaje de enseñar.
Escenario 1
1. Elegir el área adecuada en el laboratorio o taller.
2. Elaborar un plan de trabajo para la práctica.
Escenario 2
3. Acudir al laboratorio o taller y presentarse con el responsable del mismo.
4. Pedir el material necesario para llevar a cabo la practica con el responsable de laboratorio o taller.
5. Verificar el valor de cada resistencia de manera aislada por medio de su código de colores mediante los
siguientes pasos:
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153
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Aplicación e Corriente Directa
Procedimiento
a) Seleccionar una resistencia.
b) Registrar el valor del primer color en la tabla de acuerdo con el código de colores.
c)
Registrar el valor del segundo color en la tabla de acuerdo con el código de colores.
d) Registrar el valor del tercer color en la tabla de acuerdo con el código de colores.
e) Registrar el valor del cuarto color (tolerancia) en la tabla de acuerdo con el código de colores.
f)
Registrar el valor de la resistencia en ohms, kilohms, Megaohms a partir de los valores registrados de
cada resistencia.
g) Repetir los pasos del a al f para las diferentes resistencias.
6. Llenar la siguiente tabla utilizando el procedimiento descrito:
VALORES DE LOS RESISTORES
1er. color
Colores de las franjas
2do. color
Tolerancia
Ohm
Kiloohms
Meg
3er. color
Escenario 3
7. Elaborar un reporte de la práctica que incluya:
• Desarrollo de la práctica.
• Llenado de la tabla de valores de las resistencias medidas.
• Observaciones.
• Conclusiones.
8. Limpiar y entregar el material y herramienta utilizada.
9. Limpiar el área de trabajo.
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154
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Aplicación e Corriente Directa
Lista de cotejo de la práctica
Número 4:
Uso del código de colores para resistencias de carbón.
Nombre del alumno:
Instrucciones:
A continuación se presentan los criterios que van a ser
verificados en el desempeño del alumno mediante la
observación del mismo.
De la siguiente lista marque con una 9 aquellas
observaciones que hayan sido cumplidas por el alumno
durante su desempeño
Desarrollo
® Aplicó las medidas de seguridad e higiene en el desarrollo de las prácticas.
® Utilizó la ropa y equipo de trabajo.
™ Realizó la práctica con responsabilidad, limpieza, seguridad y trabajo en
equipo.
1. Acudió al taller o laboratorio y siguió las indicaciones del prestador de
servicios académicos.
2. Trabajo en el área apropiada del taller o laboratorio.
3. Identifico correctamente el valor de cada resistencia haciendo sus
anotaciones pertinentes.
4. Lleno la tabla con sus valores de las resistencias correspondientes.
5. Siguió el plan de trabajo en el desarrollo de la práctica.
6. Entregó el reporte con los requerimientos solicitados.
Si
No
No Aplica
Observaciones:
PSA:
Hora de inicio:
Hora de término:
Evaluación:
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Unidad de aprendizaje:
2
Práctica número:
5
Nombre de la práctica:
Manejo del óhmetro para circuitos en serie.
Propósito de la práctica:
Al finalizar la práctica, el alumno manejará el óhmetro de acuerdo con los
procedimientos técnicos establecidos.
Escenario 1:
Escenario 2:
Aula.
Taller, laboratorio.
Duración:
4 Hrs.
Materiales
• Cables banana para modulo de
resistencias.
• Papel.
Maquinaria y equipo
Herramienta
• Óhmetro digital y/o analógico.
• Módulo de resistencias lab-volt.
• Lápiz.
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156
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Aplicación e Corriente Directa
Procedimiento
™ Realizar la practica con responsabilidad, limpieza, seguridad y trabajo en equipo.
® Aplicar las medidas de seguridad e higiene en el desarrollo de la práctica.
En el taller:
• El taller deberá de estar limpio antes de iniciar la práctica.
• No deberá de localizarse objeto alguno tirado en el suelo, que pueda ocasionar un accidente.
• En el taller se deberá contar siempre con un extintor ABC cuya carga este debidamente verificada.
• Los materiales y equipos antes de su uso, deberán estar guardados en casilleros, o su equivalente.
• No se permitirá el acceso al taller a personas ajenas a la práctica.
• Todas las conexiones eléctricas del taller deberán encontrarse en buen estado y por ningún motivo
existirán cables o conductores expuestos.
• Se deberá evitar daños a materiales, equipos, mobiliario y aulas.
• No se permitirá introducir al taller, alimentos y bebidas.
En la persona:
• Evitar el uso de relojes, hebillas y botones expuestos, corbatas, cabello largo sin recoger.
• Utilizar la ropa y equipo de trabajo: Overol, bata o la ropa adecuada, zapatos de seguridad, Casco,
Gogles o lentes, Guantes de algodón o carnaza, según sea la labor, Protección auditiva, Mascara para
polvos cuando sea necesario.
® Aplicar las medidas ecológicas en el desarrollo de la práctica.
• Los desperdicios que se generen, deberán ser depositados en los recipientes adecuados para ello.
• Deberá de evitarse residuos de aceites o grasas en el piso.
• Los materiales que sean susceptibles a ser reutilizados serán conservados para tal fin.
® Utilizar apropiadamente el equipo de seguridad.
9 El alumno más adelantado o experimentado, con la guía del PSA, (o el PSA) tendrá que:
• Explicar el procedimiento que se va a ejecutar, reflexionando sobre el tipo de tareas que se
aprenderán.
• Corregir errores o malas interpretaciones en el procedimiento, para su correcta ejecución.
9 Los alumnos tendrán que:
• Contestar las preguntas que haga el PSA sobre el procedimiento, aspectos importantes que deben
cuidar, errores más frecuentes, etc.
• Plantear dudas, así como soluciones a los problemas que se presenten durante la práctica y en
relación a situaciones específicas.
• Ejecutar el procedimiento hasta hacerlo con precisión.
• Pasar en forma rotatoria por el aprendizaje de enseñar.
Escenario 1
1. Elegir el área adecuada en el laboratorio o taller.
2. Elaborar un plan de trabajo para la práctica.
Escenario 2
3. Acudir al laboratorio o taller y presentarse con el responsable del mismo.
4. Pedir el material, equipo y/o herramienta necesarios para llevar a cabo la practica con el responsable de
laboratorio o taller.
5. Calcular la resistencia total teórica del circuito armado.
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157
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Aplicación e Corriente Directa
Procedimiento
6. Armar el circuito como se muestra en la siguiente figura en el módulo de resistencias.
a
b
7. Medir la resistencia R1 con el óhmetro en los puntos a y b.
8. Registrar la lectura tomada entre los puntos a y b.
9. Medir la resistencia R2 con el óhmetro en los puntos b y c.
10. Registrar la lectura tomada en los puntos b y c.
11. Medir la resistencia R3 con el óhmetro en los puntos c y d.
12. Registrar la lectura tomada en los puntos c y d.
13. Sumar las lecturas de las resistencias medidas R1, R2 y R3.
14. Registrar la suma de la resistencia total de los valores prácticos.
15. Medir con el óhmetro en los puntas a-d, para obtener la lectura de la resistencia total practica RT (con el
óhmetro) del circuito.
16. Registrar la lectura tomada entre los puntos a y d.
17. Comparar los valores medidos en a y d (RT), y la suma de de los valores obtenidos de R1, R2 y R3 (los
puntos a-b, b-c, y c-d).
18. Comparar los valores calculados con los valores reales medidos.
Escenario 3
19. Elaborar un reporte de la práctica que incluya:
• Desarrollo de la práctica.
• Observaciones.
• Conclusiones
20. Limpiar y entregar el material y herramienta utilizada.
21. Limpiar el área de trabajo.
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158
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Lista de cotejo de la práctica
Número 5:
Manejo del óhmetro para circuitos en serie.
Nombre del alumno:
Instrucciones:
A continuación se presentan los criterios que van a ser
verificados en el desempeño del alumno mediante la
observación del mismo.
De la siguiente lista marque con una 9 aquellas observaciones
que hayan sido cumplidas por el alumno durante su
desempeño
Si
Desarrollo
No
No
Aplica
® Aplicó las medidas de seguridad e higiene en el desarrollo de las prácticas.
® Utilizó la ropa y equipo de trabajo.
™ Realizó la práctica con responsabilidad, limpieza, seguridad y trabajo en
equipo.
1. Acudió al taller o laboratorio y siguió las indicaciones del prestador de
servicios académicos.
2. Trabajó en el área apropiada del taller o laboratorio.
3. Seleccionó el material de acuerdo a la práctica.
4. Dibujó el circuito del diagrama.
5. Colocó los elementos requeridos en el circuito.
6. Calculó la resistencia total teórica del circuito armado.
7. Realizó la medición de la resistencia R 1 con el óhmetro en los puntos a y b.
8. Realizó la medición de la resistencia R 2 con el óhmetro en los puntos b y c.
9. Realizó la medición de la resistencia R 3 con el óhmetro en los puntos c y d.
10. Realizó la medición de la resistencia R T con el óhmetro en los puntos a y d.
11. Siguió el plan de trabajo en el desarrollo de la práctica.
12. Entregó el reporte con los requerimientos solicitados.
13. Limpió y guardó el material, equipo y herramienta utilizada en la práctica.
14. Limpió el área de trabajo
Observaciones:
PSA:
Hora de inicio:
Hora de término:
Evaluación:
Mantenimiento de Sistemas Automaticos, Mantenimeinto de Motores y Planeadores y Sistemas Electroniocs de Aviacion
159
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Aplicación e Corriente Directa
Unidad de aprendizaje:
2
Práctica número:
6
Nombre de la práctica:
Medición con el óhmetro en circuitos mixtos (serie – paralelo).
Propósito de la práctica:
Al finalizar la práctica, el alumno manejará el óhmetro en circuitos mixtos (serie–
paralelo) de acuerdo con procedimientos y técnicas establecidos.
Escenario 1:
Escenario 2:
Aula.
Taller, laboratorio.
Duración:
4 Hrs.
Materiales
• 1 Tabla de perfocel o triplay de
8x15x3cm.
• 4 Resistencias de diferentes
valores.
Maquinaria y equipo
Herramienta
• Óhmetro.
• Pinzas de punta.
• Cautín.
• Pinzas de corte.
• Cuchilla.
• 20 cm. de cable del No. 22.
• Pasta.
• Soldadura.
• Hojas de papel.
• Lápiz.
• Goma.
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Aplicación e Corriente Directa
Procedimiento
™ Realizar la practica con responsabilidad, limpieza, seguridad y trabajo en equipo.
® Aplicar las medidas de seguridad e higiene en el desarrollo de la práctica.
En el taller:
• El taller deberá de estar limpio antes de iniciar la práctica.
• No deberá de localizarse objeto alguno tirado en el suelo, que pueda ocasionar un accidente.
• En el taller se deberá contar siempre con un extintor ABC cuya carga este debidamente verificada.
• Los materiales y equipos antes de su uso, deberán estar guardados en casilleros, o su equivalente.
• No se permitirá el acceso al taller a personas ajenas a la práctica.
• Todas las conexiones eléctricas del taller deberán encontrarse en buen estado y por ningún motivo
existirán cables o conductores expuestos.
• Se deberá evitar daños a materiales, equipos, mobiliario y aulas.
• No se permitirá introducir al taller, alimentos y bebidas.
En la persona:
• Evitar el uso de relojes, hebillas y botones expuestos, corbatas, cabello largo sin recoger.
• Utilizar la ropa y equipo de trabajo: Overol, bata o la ropa adecuada, zapatos de seguridad, Casco,
Gogles o lentes, Guantes de algodón o carnaza, según sea la labor, Protección auditiva, Mascara para
polvos cuando sea necesario.
® Aplicar las medidas ecológicas en el desarrollo de la práctica.
• Los desperdicios que se generen, deberán ser depositados en los recipientes adecuados para ello.
• Deberá de evitarse residuos de aceites o grasas en el piso.
• Los materiales que sean susceptibles a ser reutilizados serán conservados para tal fin.
® Utilizar apropiadamente el equipo de seguridad.
9 El alumno más adelantado o experimentado, con la guía del PSA, (o el PSA) tendrá que:
• Explicar el procedimiento que se va a ejecutar, reflexionando sobre el tipo de tareas que se aprenderán.
• Corregir errores o malas interpretaciones en el procedimiento, para su correcta ejecución.
9 Los alumnos tendrán que:
• Contestar las preguntas que haga el PSA sobre el procedimiento, aspectos importantes que deben
cuidar, errores más frecuentes, etc.
• Plantear dudas, así como soluciones a los problemas que se presenten durante la práctica y en relación a
situaciones específicas.
• Ejecutar el procedimiento hasta hacerlo con precisión.
• Pasar en forma rotatoria por el aprendizaje de enseñar.
Escenario 1
1. Elegir el área adecuada en el laboratorio o taller.
2. Elaborar un plan de trabajo para la práctica.
Escenario 2
3. Acudir al laboratorio o taller y presentarse con el responsable del mismo.
4. Pedir el material, equipo y/o herramienta necesarios para llevar a cabo la practica con el responsable de
laboratorio o taller.
5. Armar el circuito en la tabla de perfocel o triplay como se muestra en la figura.
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Aplicación e Corriente Directa
Procedimiento
6. Calcular la resistencia total e individual de cada una de las resistencias que componen el circuito.
7. Anotar los valores obtenidos de las resistencias en la tabla No 1.
8. Medir la resistencia R1 con el óhmetro entre los puntos B y C.
9. Registrar la lectura obtenida en la tabla No. 2.
10. Medir la resistencia R2 con el óhmetro entre los puntos E y F.
11. Registrar la lectura obtenida en la tabla No. 2.
12. Medir la resistencia R3 con el óhmetro entre los puntos D e I.
13. Registrar la lectura obtenida en la tabla No. 2.
14. Medir la resistencia R4 con el óhmetro entre los puntos G y H.
15. Registrar la lectura obtenida en la tabla No. 2.
16. Medir la resistencia RT con el óhmetro entre los puntos A y J.
17. Registrar la lectura obtenida en la tabla No. 2
18. Compara los valores calculados teóricamente con los valores obtenidos con el óhmetro.
Escenario 3
19. Elaborar una reporte de la práctica que incluya:
• Desarrollo de la práctica.
• Observaciones.
• Conclusiones
20. Limpiar y entregar el material y herramienta utilizada.
21. Limpiar el área de trabajo.
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Aplicación e Corriente Directa
Lista de cotejo de la práctica
Número 6:
Medición con el óhmetro en circuitos mixtos (serie – paralelo).
Nombre del alumno:
Instrucciones:
A continuación se presentan los criterios que van a ser
verificados en el desempeño del alumno mediante la
observación del mismo.
De la siguiente lista marque con una 9 aquellas observaciones
que hayan sido cumplidas por el alumno durante su
desempeño
Desarrollo
® Aplicó las medidas de seguridad e higiene en el desarrollo de las
prácticas.
® Utilizó la ropa y equipo de trabajo.
™ Realizó la práctica con responsabilidad, limpieza, seguridad y trabajo en
equipo.
1. Acudió al taller o laboratorio y siguió las indicaciones del prestador de
servicios académicos.
2. Trabajó en el área apropiada del taller o laboratorio.
3. Seleccionó el material de acuerdo a la práctica.
4. Calculó la resistencia total e individual del circuito armado.
5. Registró los valores calculados en la tabla No. 1.
6. Dibujó el circuito del diagrama.
7. Armó el circuito en la tabla de perfocel o triplay como se muestra en la
figura y colocó los elementos requeridos.
8. Realizó la medición de la resistencia R1 con el óhmetro entre los puntos
B y C.
9. Realizó la medición de la resistencia R2 con el óhmetro entre los puntos
E y F.
10. Realizó la medición de la resistencia R3 con el óhmetro entre los puntos
G y H.
11. Realizó la medición de la resistencia R4 con el óhmetro entre los puntos
D y I.
12. Realizó la medición de la resistencia RT con el óhmetro entre los puntos
A y J.
13. Registró la lectura tomada en cada uno de los puntos indicados en la
tabla No. 2.
14. Siguió el plan de trabajo en el desarrollo de la práctica.
15. Entregó el reporte con los requerimientos solicitados.
16. Limpió y guardó el material, equipo y herramienta utilizada en la
práctica.
17. Limpió el área de trabajo
Si
No
No Aplica
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Observaciones:
PSA:
Hora de inicio:
Hora de término:
Evaluación:
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Aplicación e Corriente Directa
Unidad de aprendizaje:
2
Práctica número:
7
Nombre de la práctica:
Medición con el voltímetro y el amperímetro en circuitos en serie.
Propósito de la práctica:
Al finalizar la práctica, el alumno manejará el voltímetro y el amperímetro en
circuitos en serie de acuerdo con procedimientos y técnicas establecidos.
Escenario 1:
Escenario 2:
Taller.
Laboratorio.
Duración:
4 Hrs.
Materiales
• 1 Tabla de perfocel o triplay de
8x15x3 cm.
• 3 Focos de 6 o 12V.
• 20 cm. de cable o alambre del No.
22.
• 50 cm. de fleje metálico.
• Baterías o fuente de energía de:
• 1.5 V.
• 9.0 V.
• 8 tornillos con tuerca de 1.25x0.3
cm.
Maquinaria y equipo
rramienta
• Voltímetro.
• Desarmadores.
• Amperímetro.
• Pinzas de electricistas.
• Pinzas de punta.
• Pinzas de corte.
• Tijeras para cortar
lámina.
• Cuchilla.
• Lima bastarda de 6 o
12”.
• Lima musa de 6 o 12”
• Hojas de papel.
• Lápiz.
• Goma.
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Aplicación e Corriente Directa
Procedimiento
™ Realizar la practica con responsabilidad, limpieza, seguridad y trabajo en equipo.
® Aplicar las medidas de seguridad e higiene en el desarrollo de la práctica.
En el taller:
• El taller deberá de estar limpio antes de iniciar la práctica.
• No deberá de localizarse objeto alguno tirado en el suelo, que pueda ocasionar un accidente.
• En el taller se deberá contar siempre con un extintor ABC cuya carga este debidamente verificada.
• Los materiales y equipos antes de su uso, deberán estar guardados en casilleros, o su equivalente.
• No se permitirá el acceso al taller a personas ajenas a la práctica.
• Todas las conexiones eléctricas del taller deberán encontrarse en buen estado y por ningún motivo
existirán cables o conductores expuestos.
• Se deberá evitar daños a materiales, equipos, mobiliario y aulas.
• No se permitirá introducir al taller, alimentos y bebidas.
En la persona:
• Evitar el uso de relojes, hebillas y botones expuestos, corbatas, cabello largo sin recoger.
• Utilizar la ropa y equipo de trabajo: Overol, bata o la ropa adecuada, zapatos de seguridad, Casco,
Gogles o lentes, Guantes de algodón o carnaza, según sea la labor, Protección auditiva, Mascara para
polvos cuando sea necesario.
® Aplicar las medidas ecológicas en el desarrollo de la práctica.
• Los desperdicios que se generen, deberán ser depositados en los recipientes adecuados para ello.
• Deberá de evitarse residuos de aceites o grasas en el piso.
• Los materiales que sean susceptibles a ser reutilizados serán conservados para tal fin.
® Utilizar apropiadamente el equipo de seguridad.
9 El alumno más adelantado o experimentado, con la guía del PSA, (o el PSA) tendrá que:
• Explicar el procedimiento que se va a ejecutar, reflexionando sobre el tipo de tareas que se
aprenderán.
• Corregir errores o malas interpretaciones en el procedimiento, para su correcta ejecución.
9 Los alumnos tendrán que:
• Contestar las preguntas que haga el PSA sobre el procedimiento, aspectos importantes que deben
cuidar, errores más frecuentes, etc.
• Plantear dudas, así como soluciones a los problemas que se presenten durante la práctica y en
relación a situaciones específicas.
• Ejecutar el procedimiento hasta hacerlo con precisión.
• Pasar en forma rotatoria por el aprendizaje de enseñar.
Escenario 1
1. Elegir el área adecuada en el laboratorio o taller.
2. Elaborar un plan de trabajo para la práctica.
Escenario 2
3. Acudir al laboratorio o taller y presentarse con el responsable del mismo.
4. Pedir el material, equipo y/o herramienta necesarios para llevar a cabo la practica con el responsable de
laboratorio o taller.
5. Armar el circuito en la tabla de perfocel o triplay como se muestra en la figura.
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Aplicación e Corriente Directa
Procedimiento
6. Calcular la intensidad de corriente y voltaje total e individual del circuito armado.
7. Registrar los valores calculados teóricamente en la tabla # 1
8. Medir el voltaje y corriente en los puntos a y b.
9. Registrar la lectura tomada de los puntos a y b en la tabla #2.
10. Medir el voltaje y la intensidad de corriente en los puntos b y c.
11. Registrar la lectura tomada entre los puntos b y c en la columna correspondiente de la tabla #2.
12. Medir el voltaje y la intensidad de corriente en los puntos c y d.
13. Anotar la lectura tomada de los puntos c y d en la tabla #2.
14. Medir el voltaje y la intensidad de corriente en los puntos d y a.
15. Registrar la lectura tomada entre los puntos d y a en la columna y fila correspondiente de la tabla #2.
16. Comparar las lecturas calculadas (teóricas) con las lecturas tomadas de los instrumentos.
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167
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Aplicación e Corriente Directa
Procedimiento
Escenario 3
17. Elaborar una reporte de la práctica que incluya:
• Desarrollo de la práctica.
• Observaciones.
• Conclusiones
18. Limpiar y entregar el material y herramienta utilizada.
19. Limpiar el área de trabajo.
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Aplicación e Corriente Directa
Lista de cotejo de la práctica
Número 7:
Medición con el voltímetro y el amperímetro en circuitos en
serie.
Nombre del alumno:
Instrucciones:
A continuación se presentan los criterios que van a ser
verificados en el desempeño del alumno mediante la
observación del mismo.
De la siguiente lista marque con una 9 aquellas observaciones
que hayan sido cumplidas por el alumno durante su
desempeño
Si
Desarrollo
No
No
Aplica
® Aplicó las medidas de seguridad e higiene en el desarrollo de las prácticas.
® Utilizó la ropa y equipo de trabajo.
™ Realizó la práctica con responsabilidad, limpieza, seguridad y trabajo en
equipo.
1. Acudió al taller o laboratorio y siguió las indicaciones del prestador de
servicios académicos.
2. Trabajó en el área apropiada del taller o laboratorio.
3. Seleccionó el material de acuerdo a la práctica.
4. Calculó la intensidad de corriente y voltaje total e individual del circuito
armado.
5. Registró los valores calculados teóricamente en la tabla No. 1.
6. Dibujó el circuito del diagrama.
7. Armó el circuito en la tabla de perfocel o triplay como se muestra en la
figura y colocó los elementos requeridos.
8. Realizó la medición del voltaje y corriente en los puntos a y b.
9. Realizó la medición del voltaje y corriente en los puntos b y c.
10. Realizó la medición del voltaje y corriente en los puntos c y d.
11. Realizó la medición del voltaje y corriente en los puntos a y d.
12. Registro la lectura tomada en cada uno de los puntos indicados en la
tabla No. 2.
13. Siguió el plan de trabajo en el desarrollo de la práctica.
14. Entregó el reporte con los requerimientos solicitados.
15. Limpió y guardó el material, equipo y herramienta utilizada en la práctica.
Observaciones:
PSA:
Hora de inicio:
Hora de término:
Evaluación:
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Aplicación e Corriente Directa
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Aplicación e Corriente Directa
Unidad de aprendizaje:
2
Práctica número:
8
Nombre de la práctica:
Medición con el voltímetro y el amperímetro en circuitos en paralelo.
Propósito de la práctica:
Al finalizar la práctica, el alumno manejará el voltímetro y amperímetro en
circuitos en paralelo de acuerdo con procedimientos y técnicas establecidos.
Escenario 1:
Escenario 2:
Aula,
Taller, laboratorio.
Duración:
2 Hrs.
Materiales
• 1 Tabla de perfocel o triplay de
8x15x3 cm.
• 3 Focos de 6 o 12V.
• 20cm de cable o alambre del No.
22.
• 50 cm. de fleje metálico.
• Baterías o fuente de energía de:
− 1.5 V.
− 9.0 V.
• 8 tornillos con tuerca de 1.25 x
0.3 cm.
Maquinaria y equipo
Herramienta
• Voltímetro.
• Desarmadores.
• Amperímetro.
• Pinzas de electricistas.
• Pinzas de punta.
• Pinzas de corte.
• Tijeras para cortar
lámina.
• Cuchilla.
• Lima bastarda de 6 o
12”.
• Lima musa de 6 o 12”
• Hojas de papel.
• Lápiz.
• Goma.
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171
Colegio Nacional de Educación profesional Técnica
Aplicación e Corriente Directa
Procedimiento
™ Realizar la practica con responsabilidad, limpieza, seguridad y trabajo en equipo.
® Aplicar las medidas de seguridad e higiene en el desarrollo de la práctica.
En el taller:
• El taller deberá de estar limpio antes de iniciar la práctica.
• No deberá de localizarse objeto alguno tirado en el suelo, que pueda ocasionar un accidente.
• En el taller se deberá contar siempre con un extintor ABC cuya carga este debidamente verificada.
• Los materiales y equipos antes de su uso, deberán estar guardados en casilleros, o su equivalente.
• No se permitirá el acceso al taller a personas ajenas a la práctica.
• Todas las conexiones eléctricas del taller deberán encontrarse en buen estado y por ningún motivo
existirán cables o conductores expuestos.
• Se deberá evitar daños a materiales, equipos, mobiliario y aulas.
• No se permitirá introducir al taller, alimentos y bebidas.
En la persona:
• Evitar el uso de relojes, hebillas y botones expuestos, corbatas, cabello largo sin recoger.
• Utilizar la ropa y equipo de trabajo: Overol, bata o la ropa adecuada, zapatos de seguridad, Casco,
Gogles o lentes, Guantes de algodón o carnaza, según sea la labor, Protección auditiva, Mascara para
polvos cuando sea necesario.
® Aplicar las medidas ecológicas en el desarrollo de la práctica.
• Los desperdicios que se generen, deberán ser depositados en los recipientes adecuados para ello.
• Deberá de evitarse residuos de aceites o grasas en el piso.
• Los materiales que sean susceptibles a ser reutilizados serán conservados para tal fin.
® Utilizar apropiadamente el equipo de seguridad.
9 El alumno más adelantado o experimentado, con la guía del PSA, (o el PSA) tendrá que:
• Explicar el procedimiento que se va a ejecutar, reflexionando sobre el tipo de tareas que se aprenderán.
• Corregir errores o malas interpretaciones en el procedimiento, para su correcta ejecución.
9 Los alumnos tendrán que:
• Contestar las preguntas que haga el PSA sobre el procedimiento, aspectos importantes que deben
cuidar, errores más frecuentes, etc.
• Plantear dudas, así como soluciones a los problemas que se presenten durante la práctica y en relación a
situaciones específicas.
• Ejecutar el procedimiento hasta hacerlo con precisión.
• Pasar en forma rotatoria por el aprendizaje de enseñar.
Escenario 1
1. Elegir el área adecuada en el laboratorio o taller.
2. Elaborar un plan de trabajo para la práctica.
Escenario 2
3. Acudir al laboratorio o taller y presentarse con el responsable del mismo.
4. Pedir el material, equipo y/o herramienta necesarios para llevar a cabo la practica con el responsable de
laboratorio o taller.
5. Armar el circuito en la tabla de perfocel o triplay como se muestra en la figura.
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Aplicación e Corriente Directa
Procedimiento
6. Calcular teóricamente cada uno de los valores de la intensidad de corriente y el voltaje total e individual del
circuito armado.
7. Registrar los valores calculados teóricamente en la tabla No. 1 y 2.
8. Medir con el amperímetro entre los puntos A y B.
9. Registrar el valor de la lectura tomada entre los puntos A y B en la tabla No. 3.
Pto.
V
(Volts)
B-G
C-F
D-E
A-H
TOTAL
Tabla No. 3
10. Medir la intensidad de corriente con el amperímetro entre los puntos B y C.
11. Registrar el valor de la lectura tomada entre los puntos B y C en la tabla No. 3.
12. Medir la intensidad de corriente con el amperímetro entre los puntos C y D.
13. Registrar el valor de la lectura tomada entre los puntos C y D en la tabla No. 3.
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Aplicación e Corriente Directa
Procedimiento
14. Medir el voltaje con el voltímetro entre los puntos B y G.
15. Registrar el valor de la lectura tomada entre los puntos B y G en la tabla No. 4.
Pto.
I
(Amperes)
A-B
B-C
C-D
TOTAL
Tabla No. 4
16. Medir el voltaje con el voltímetro entre los puntos C y F.
17. Registrar el valor de la lectura tomada entre los puntos C y F en la tabla No. 4.
18. Medir el voltaje con el voltímetro entre los puntos D y E.
19. Registrar el valor de la lectura tomada entre los puntos D y E en la tabla No. 4.
20. Medir el voltaje con el voltímetro entre los puntos A y H.
21. Registrar el valor de la lectura tomada entre los puntos A y H en la tabla No. 4.
22. Compare las lecturas calculadas teóricamente con las tomadas en los instrumentos.
Escenario 3
23. Elaborar una reporte de la práctica que incluya:
• Desarrollo de la práctica.
• Observaciones.
• Conclusiones
24. Limpiar y entregar el material y herramienta utilizada.
25. Limpiar el área de trabajo.
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Aplicación e Corriente Directa
Lista de cotejo de la práctica
Número 8:
Medición con el voltímetro y el amperímetro en circuitos en
paralelo.
Nombre del alumno:
Instrucciones:
A continuación se presentan los criterios que van a ser
verificados en el desempeño del alumno mediante la
observación del mismo.
De la siguiente lista marque con una 9 aquellas observaciones
que hayan sido cumplidas por el alumno durante su
desempeño
Desarrollo
Si
No
No
Aplica
® Aplicó las medidas de seguridad e higiene en el desarrollo de las
prácticas.
® Utilizó la ropa y equipo de trabajo.
™ Realizó la práctica con responsabilidad, limpieza, seguridad y trabajo en
equipo.
1. Acudió al taller o laboratorio y siguió las indicaciones del prestador de
servicios académicos.
2. Trabajó en el área apropiada del taller o laboratorio.
3. Seleccionó el material de acuerdo a la práctica.
4. Calculó la intensidad de corriente y voltaje total e individual del circuito
armado.
5. Registró los valores calculados en la tabla No. 1 y 2.
6. Dibujó el circuito del diagrama.
7. Armó el circuito en la tabla de perfocel o triplay como se muestra en la
figura y colocó los elementos requeridos.
8. Realizó la medición del voltaje y corriente en los puntos A y B.
9. Realizó la medición del voltaje y corriente en los puntos B y C.
10. Realizó la medición del voltaje y corriente en los puntos C y D.
11. Realizó la medición del voltaje y corriente en los puntos B y G.
12. Realizó la medición del voltaje y corriente en los puntos C y F.
13. Realizó la medición del voltaje y corriente en los puntos D y E.
14. Realizó la medición del voltaje y corriente en los puntos A y H.
15. Registro la lectura tomada en cada uno de los puntos indicados en la
tabla No. 3 y 4.
16. Siguió el plan de trabajo en el desarrollo de la práctica.
17. Entregó el reporte con los requerimientos solicitados.
18. Limpió y guardó el material, equipo y herramienta utilizados en la
práctica.
19. Limpió el área de trabajo
Mantenimiento de Sistemas Automaticos, Mantenimeinto de Motores y Planeadores y Sistemas Electroniocs de Aviacion
175
Colegio Nacional de Educación profesional Técnica
Aplicación e Corriente Directa
Observaciones:
PSA:
Hora de inicio:
Hora de término:
Evaluación:
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176
Colegio Nacional de Educación profesional Técnica
Aplicación e Corriente Directa
Unidad de aprendizaje:
2
Práctica número:
9
Nombre de la práctica:
Medición con el amperímetro y voltímetro en circuitos mixtos (serie–
paralelo).
Propósito de la práctica:
Al finalizar la práctica, el alumno manejará el amperímetro y voltímetro en
circuitos mixtos (serie – paralelo) de acuerdo con procedimientos y técnicas
establecidos.
Escenario 1:
Escenario 2:
Aula,
Taller, laboratorio.
Duración:
4 Hrs.
Materiales
• 1 Tabla de perfocel o triplay de
8x15x3 cm.
• 4 Focos de 6 o 12V.
• 20cm de cable o alambre del No.
22.
• 50 cm. de fleje metálico.
• Baterías o fuente de energía de:
− 1.5 V.
− 9.0 V.
• 8 tornillos con tuerca de 1.25x0.3
cm.
Maquinaria y equipo
Herramienta
• Voltímetro.
• Desarmadores.
• Amperímetro.
• Pinzas de electricistas.
• Fuente de poder y/o eliminador de
12 V. (si se requiere).
• Pinzas de punta.
• Pinzas de corte.
• Tijeras para cortar
lámina.
• Cuchilla.
• Lima bastarda de 6 o
12”.
• Lima musa de 6 o 12”
• Hojas de papel.
• Lápiz.
• Goma.
Mantenimiento de Sistemas Automaticos, Mantenimeinto de Motores y Planeadores y Sistemas Electroniocs de Aviacion
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Colegio Nacional de Educación profesional Técnica
Aplicación e Corriente Directa
Procedimiento
™ Realizar la practica con responsabilidad, limpieza, seguridad y trabajo en equipo.
® Aplicar las medidas de seguridad e higiene en el desarrollo de la práctica.
En el taller:
• El taller deberá de estar limpio antes de iniciar la práctica.
• No deberá de localizarse objeto alguno tirado en el suelo, que pueda ocasionar un accidente.
• En el taller se deberá contar siempre con un extintor ABC cuya carga este debidamente verificada.
• Los materiales y equipos antes de su uso, deberán estar guardados en casilleros, o su equivalente.
• No se permitirá el acceso al taller a personas ajenas a la práctica.
• Todas las conexiones eléctricas del taller deberán encontrarse en buen estado y por ningún motivo
existirán cables o conductores expuestos.
• Se deberá evitar daños a materiales, equipos, mobiliario y aulas.
• No se permitirá introducir al taller, alimentos y bebidas.
En la persona:
• Evitar el uso de relojes, hebillas y botones expuestos, corbatas, cabello largo sin recoger.
• Utilizar la ropa y equipo de trabajo: Overol, bata o la ropa adecuada, zapatos de seguridad, Casco,
Gogles o lentes, Guantes de algodón o carnaza, según sea la labor, Protección auditiva, Mascara para
polvos cuando sea necesario.
® Aplicar las medidas ecológicas en el desarrollo de la práctica.
• Los desperdicios que se generen, deberán ser depositados en los recipientes adecuados para ello.
• Deberá de evitarse residuos de aceites o grasas en el piso.
• Los materiales que sean susceptibles a ser reutilizados serán conservados para tal fin.
® Utilizar apropiadamente el equipo de seguridad.
9 El alumno más adelantado o experimentado, con la guía del PSA, (o el PSA) tendrá que:
• Explicar el procedimiento que se va a ejecutar, reflexionando sobre el tipo de tareas que se
aprenderán.
• Corregir errores o malas interpretaciones en el procedimiento, para su correcta ejecución.
9 Los alumnos tendrán que:
• Contestar las preguntas que haga el PSA sobre el procedimiento, aspectos importantes que deben
cuidar, errores más frecuentes, etc.
• Plantear dudas, así como soluciones a los problemas que se presenten durante la práctica y en
relación a situaciones específicas.
• Ejecutar el procedimiento hasta hacerlo con precisión.
• Pasar en forma rotatoria por el aprendizaje de enseñar.
Escenario 1
1. Elegir el área adecuada en el laboratorio o taller.
2. Elaborar un plan de trabajo para la práctica.
Escenario 2
3. Acudir al laboratorio o taller y presentarse con el responsable del mismo.
4. Pedir el material, equipo y/o herramienta necesarios para llevar a cabo la practica con el responsable de
laboratorio o taller.
5. Armar el circuito en la tabla de perfocel o triplay como se muestra en la figura.
Mantenimiento de Sistemas Automaticos, Mantenimeinto de Motores y Planeadores y Sistemas Electroniocs de Aviacion
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Colegio Nacional de Educación profesional Técnica
Aplicación e Corriente Directa
Procedimiento
6. Calcular teóricamente los valores de la intensidad de corriente y voltaje individual y total del circuito.
7. Registrar los valores calculados en la tabla No. 1 y 2.
8. Medir el valor de la intensidad de corriente con un amperímetro entre los puntos A y B.
9. Registrar el valor obtenido en la tabla No. 3.
Puntos
I
(Amperes)
A-B
B-F
F-G
C-D
D-E
H-I
Tabla No. 3
10. Medir el valor de la intensidad de corriente con el amperímetro entre los puntos B y F.
11. Registrar el valor obtenido en la tabla No. 3.
12. Medir el valor de la intensidad de corriente con el amperímetro entre los puntos F y G.
Mantenimiento de Sistemas Automaticos, Mantenimeinto de Motores y Planeadores y Sistemas Electroniocs de Aviacion
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Aplicación e Corriente Directa
Procedimiento
13. Registrar el valor obtenido en la tabla No. 3.
14. Medir el valor de la intensidad de corriente con el amperímetro entre los puntos C y D.
15. Registrar el valor obtenido en la tabla No. 3.
16. Medir el valor de la intensidad de corriente con el amperímetro entre los puntos D y E.
17. Registrar el valor obtenido en la tabla No. 3.
18. Medir el valor de la intensidad de corriente con el amperímetro entre los puntos H e I.
19. Registrar el valor obtenido en la tabla No. 3.
20. Medir el valor del voltaje con el voltímetro entre los puntos B y C.
21. Registrar el valor obtenido en la tabla No. 4.
Punto
V
(Volts)
B-C
E-F
G-H
D-I
A-J
Tabla No. 4
22. Medir el valor del voltaje con el voltímetro entre los puntos E y F.
23. Registrar el valor obtenido en la tabla No. 4.
24. Medir el valor del voltaje con el voltímetro entre los puntos G y H.
25. Registrar el valor obtenido en la tabla No. 4.
26. Medir el valor del voltaje con el voltímetro entre los puntos D e I.
27. Registrar el valor obtenido en la tabla No. 4.
28. Medir el valor del voltaje con el voltímetro entre los puntos A y J.
29. Registrar el valor obtenido en la tabla No. 4.
30. Comparar los valores calculados teóricamente con los valores obtenidos con los instrumentos de
medición.
Escenario 3
31. Elaborar una reporte de la práctica que incluya:
• Desarrollo de la práctica.
• Observaciones.
• Conclusiones
32. Limpiar y entregar el material y herramienta utilizada.
33. Limpiar el área de trabajo.
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Aplicación e Corriente Directa
Lista de cotejo de la práctica
Número 9:
Medición con el amperímetro y voltímetro en circuitos mixtos
(serie–paralelo).
Nombre del alumno:
Instrucciones:
A continuación se presentan los criterios que van a ser
verificados en el desempeño del alumno mediante la
observación del mismo.
De la siguiente lista marque con una 9 aquellas observaciones
que hayan sido cumplidas por el alumno durante su
desempeño
Desarrollo
Si
No
No
Aplica
® Aplicó las medidas de seguridad e higiene en el desarrollo de las prácticas.
® Utilizó la ropa y equipo de trabajo.
™ Realizó la práctica con responsabilidad, limpieza, seguridad y trabajo en
equipo.
1. Acudió al taller o laboratorio y siguió las indicaciones del prestador de
servicios académicos.
2. Trabajó en el área apropiada del taller o laboratorio.
3. Seleccionó el material de acuerdo a la práctica.
4. Calculó teóricamente los valores de la intensidad de corriente y voltaje
individual y total del circuito.
5. Registró los valores calculados en la tabla No. 1 y 2.
6. Dibujó el circuito del diagrama.
7. Armó el circuito en la tabla de perfocel o triplay como se muestra en la
figura y colocó los elementos requeridos.
8. Realizó la medición del valor de la intensidad de corriente con el
amperímetro entre los puntos A y B.
9. Realizó la medición del valor de la intensidad de corriente con el
amperímetro entre los puntos B y F.
10. Realizó la medición del valor de la intensidad de corriente con el
amperímetro entre los puntos F y G.
11. Realizó la medición del valor de la intensidad de corriente con el
amperímetro entre los puntos C y D.
12. Realizó la medición del valor de la intensidad de corriente con el
amperímetro entre los puntos D y E.
13. Realizó la medición del valor de la intensidad de corriente con el
amperímetro entre los puntos H y I.
14. Registró la lectura tomada en cada uno de los puntos indicados en la tabla
No. 3.
15. Realizó la medición del valor del voltaje con el voltímetro entre los puntos B
y C.
16. Realizó la medición del valor del voltaje con el voltímetro entre los puntos E
y F.
17. Realizó la medición del valor del voltaje con el voltímetro entre los puntos G
y H.
Mantenimiento de Sistemas Automaticos, Mantenimeinto de Motores y Planeadores y Sistemas Electroniocs de Aviacion
181
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Aplicación e Corriente Directa
18. Realizó la medición del valor del voltaje con el voltímetro entre los puntos D
e I.
19. Realizó la medición del valor del voltaje con el voltímetro entre los puntos A
y J.
20. Registró la lectura tomada en cada uno de los puntos indicados en la tabla
No. 4.
21. Siguió el plan de trabajo en el desarrollo de la práctica.
22. Entregó el reporte con los requerimientos solicitados.
23. Limpió y guardó el material, equipo y herramienta utilizada en la práctica.
24. Limpió el área de trabajo.
Observaciones:
PSA:
Hora de inicio:
Hora de término:
Evaluación:
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Aplicación e Corriente Directa
Unidad de aprendizaje:
2
Práctica número:
10
Nombre de la práctica:
Condensadores.
Propósito de la práctica:
Al finalizar la práctica, el alumno comprenderá el funcionamiento y construcción
de un condensador.
Escenario 1:
Escenario 2:
Taller.
Laboratorio.
Duración:
4 Hrs.
Materiales
• Tabla de perfocel o triplay.
Maquinaria y equipo
Herramienta
• Voltímetro.
• Fuente de energía C.D
• Conectores.
• Lámpara de 6.3 V.
• Porta lámpara.
• Condensador de 22
Microfaradios.
• Condensador de 47
Microfaradios.
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Aplicación e Corriente Directa
Procedimiento
™ Realizar la practica con responsabilidad, limpieza, seguridad y trabajo en equipo.
® Aplicar las medidas de seguridad e higiene en el desarrollo de la práctica.
En el taller:
• El taller deberá de estar limpio antes de iniciar la práctica.
• No deberá de localizarse objeto alguno tirado en el suelo, que pueda ocasionar un accidente.
• En el taller se deberá contar siempre con un extintor ABC cuya carga este debidamente verificada.
• Los materiales y equipos antes de su uso, deberán estar guardados en casilleros, o su equivalente.
• No se permitirá el acceso al taller a personas ajenas a la práctica.
• Todas las conexiones eléctricas del taller deberán encontrarse en buen estado y por ningún motivo
existirán cables o conductores expuestos.
• Se deberá evitar daños a materiales, equipos, mobiliario y aulas.
• No se permitirá introducir al taller, alimentos y bebidas.
En la persona:
• Evitar el uso de relojes, hebillas y botones expuestos, corbatas, cabello largo sin recoger.
• Utilizar la ropa y equipo de trabajo: Overol, bata o la ropa adecuada, zapatos de seguridad, Casco,
Gogles o lentes, Guantes de algodón o carnaza, según sea la labor, Protección auditiva, Mascara para
polvos cuando sea necesario.
® Aplicar las medidas ecológicas en el desarrollo de la práctica.
• Los desperdicios que se generen, deberán ser depositados en los recipientes adecuados para ello.
• Deberá de evitarse residuos de aceites o grasas en el piso.
• Los materiales que sean susceptibles a ser reutilizados serán conservados para tal fin.
® Utilizar apropiadamente el equipo de seguridad.
9 El alumno más adelantado o experimentado, con la guía del PSA, (o el PSA) tendrá que:
• Explicar el procedimiento que se va a ejecutar, reflexionando sobre el tipo de tareas que se
aprenderán.
• Corregir errores o malas interpretaciones en el procedimiento, para su correcta ejecución.
9 Los alumnos tendrán que:
• Contestar las preguntas que haga el PSA sobre el procedimiento, aspectos importantes que deben
cuidar, errores más frecuentes, etc.
• Plantear dudas, así como soluciones a los problemas que se presenten durante la práctica y en
relación a situaciones específicas.
• Ejecutar el procedimiento hasta hacerlo con precisión.
• Pasar en forma rotatoria por el aprendizaje de enseñar.
Escenario 1
1. Elegir el área adecuada en el laboratorio o taller.
2. Elaborar un plan de trabajo para la práctica.
Escenario 2
3. Acudir al laboratorio o taller y presentarse con el responsable del mismo.
4. Pedir el material, equipo y/o herramienta necesarios para llevar a cabo la practica con el responsable de
laboratorio o taller.
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Aplicación e Corriente Directa
Procedimiento
5. Armar el circuito como se muestra en la figura, usando el condensador de 22 microfaradios.
6. Encienda la fuente de alimentación o tensión (18 VCC máx.).
7. Anote lo observado.
8. Apague la fuente de alimentación.
9. Cambie la alimentación o tensión a 14 V.C.C.
10. Encienda la fuente de alimentación.
11. Anote lo observado.
12. Apague la fuente de alimentación.
Escenario 3
13. Armar el circuito como se muestra en la figura, usando el condensador de 47 microfaradios.
14. Encienda la fuente de alimentación o tensión (18 VCC máx.).
15. Anote lo observado.
16. Apague la fuente de alimentación.
17. Cambie la alimentación o tensión a 14 V.C.C.
18. Encienda la fuente de alimentación.
19. Anote lo observado.
20. Apague la fuente de alimentación.
21. Conecte el voltímetro a las terminales del condensador (alimente con C.C).
22. Encienda la fuente de alimentación.
23. Anote el voltaje.
24. Apague la fuente de alimentación.
25. Anote lo observado en la aguja.
Escenario 4
26. Elaborar una reporte de la práctica que incluya:
• Desarrollo de la práctica.
• Observaciones.
• Conclusiones
27. Limpiar y entregar el material y herramienta utilizada.
28. Limpiar el área de trabajo.
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Aplicación e Corriente Directa
Lista de cotejo de la práctica
Número 10:
Condensadores.
Nombre del alumno:
Instrucciones:
A continuación se presentan los criterios que van a ser
verificados en el desempeño del alumno mediante la
observación del mismo.
De la siguiente lista marque con una 9 aquellas
observaciones que hayan sido cumplidas por el alumno
durante su desempeño
Desarrollo
® Aplicó las medidas de seguridad e higiene en el desarrollo de las prácticas.
® Utilizó la ropa y equipo de trabajo.
™ Realizó la práctica con responsabilidad, limpieza, seguridad y trabajo en
equipo.
1. Acudió al taller o laboratorio y siguió las indicaciones del prestador de
servicios académicos.
2. Trabajo en el área apropiada del taller o laboratorio.
3. Seleccionó el material de acuerdo a la práctica.
4. Armo el circuito como se muestra en la figura con el condensador de 22
microfaradios y colocó los elementos requeridos.
5. Anoto lo observado en la práctica.
6. Armo el circuito como se muestra en la figura con el condensador de 47
microfaradios y colocó los elementos requeridos.
7. Anoto lo observado en la práctica.
8. Siguió el plan de trabajo en el desarrollo de la práctica.
9. Entrego el reporte con los requerimientos solicitados.
10. Limpió y guardó el material, equipo y herramienta utilizada en la práctica.
11. Limpió el área de trabajo.
Si
No
No Aplica
Observaciones:
PSA:
Hora de inicio:
Hora de término:
Evaluación:
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Aplicación e Corriente Directa
Unidad de aprendizaje:
2
Práctica número:
11
Nombre de la práctica:
Uso de condensadores en serie.
Propósito de la práctica:
Al finalizar la práctica, el alumno identificara y utilizara correctamente el
agrupamiento tipo serie para condensadores.
Escenario 1:
Escenario 2:
Taller.
Laboratorio.
Duración:
4 Hrs.
Materiales
• Tabla de perfocel o triplay o proto
vort.
Maquinaria y equipo
Herramienta
• Voltímetro.
• Fuente de energía 18 V.C.C.
• Conectores.
• Lámpara de 6.3 V.
• Porta lámpara.
• Condensador de 22
Microfaradios.
• Condensador de 47
Microfaradios.
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187
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Aplicación e Corriente Directa
Procedimiento
™ Realizar la practica con responsabilidad, limpieza, seguridad y trabajo en equipo.
® Aplicar las medidas de seguridad e higiene en el desarrollo de la práctica.
En el taller:
• El taller deberá de estar limpio antes de iniciar la práctica.
• No deberá de localizarse objeto alguno tirado en el suelo, que pueda ocasionar un accidente.
• En el taller se deberá contar siempre con un extintor ABC cuya carga este debidamente verificada.
• Los materiales y equipos antes de su uso, deberán estar guardados en casilleros, o su equivalente.
• No se permitirá el acceso al taller a personas ajenas a la práctica.
• Todas las conexiones eléctricas del taller deberán encontrarse en buen estado y por ningún motivo
existirán cables o conductores expuestos.
• Se deberá evitar daños a materiales, equipos, mobiliario y aulas.
• No se permitirá introducir al taller, alimentos y bebidas.
En la persona:
• Evitar el uso de relojes, hebillas y botones expuestos, corbatas, cabello largo sin recoger.
• Utilizar la ropa y equipo de trabajo: Overol, bata o la ropa adecuada, zapatos de seguridad, Casco,
Gogles o lentes, Guantes de algodón o carnaza, según sea la labor, Protección auditiva, Mascara para
polvos cuando sea necesario.
® Aplicar las medidas ecológicas en el desarrollo de la práctica.
• Los desperdicios que se generen, deberán ser depositados en los recipientes adecuados para ello.
• Deberá de evitarse residuos de aceites o grasas en el piso.
• Los materiales que sean susceptibles a ser reutilizados serán conservados para tal fin.
® Utilizar apropiadamente el equipo de seguridad.
9 El alumno más adelantado o experimentado, con la guía del PSA, (o el PSA) tendrá que:
• Explicar el procedimiento que se va a ejecutar, reflexionando sobre el tipo de tareas que se
aprenderán.
• Corregir errores o malas interpretaciones en el procedimiento, para su correcta ejecución.
9 Los alumnos tendrán que:
• Contestar las preguntas que haga el PSA sobre el procedimiento, aspectos importantes que deben
cuidar, errores más frecuentes, etc.
• Plantear dudas, así como soluciones a los problemas que se presenten durante la práctica y en
relación a situaciones específicas.
• Ejecutar el procedimiento hasta hacerlo con precisión.
• Pasar en forma rotatoria por el aprendizaje de enseñar.
Escenario 1
1. Elegir el área adecuada en el laboratorio o taller.
2. Elaborar un plan de trabajo para la práctica.
Escenario 2
3. Acudir al laboratorio o taller y presentarse con el responsable del mismo.
4. Pedir el material, equipo y/o herramienta necesarios para llevar a cabo la práctica con el responsable de
laboratorio o taller.
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188
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Aplicación e Corriente Directa
Procedimiento
5. Armar el circuito como se muestra en la figura.
6. Encienda la fuente de alimentación o tensión de 18 V.C.C.
7. Mida el voltaje entre las terminales de cada capacitor como se muestra en la figura.
8. Encienda la fuente de alimentación o tensión de 18 V.C.C.
9. Anote los valores en la tabla No. 1.
Capacidad
(Mf)
Voltaje
(Volts)
Carga
(Coulomb)
C1 =
V1 =
q1 =
C2 =
V2 =
q2 =
CT =
VT =
qT =
Tabla 1
10. Apague la fuente de alimentación.
11. Con el voltaje total del agrupamiento y la capacitancia equivalente del mismo, calcule el voltaje en cada
elemento.
12. Anote sus datos obtenidos.
13. Explique si hay diferencia entre los voltajes teóricos y los prácticos y porque.
14. ¿Cuál es la ecuación general que rige al agrupamiento tipo serie?
Escenario 3
15. Elaborar una reporte de la práctica que incluya:
• Desarrollo de la práctica.
• Observaciones.
• Conclusiones
16. Limpiar y entregar el material y herramienta utilizada.
17. Limpiar el área de trabajo.
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Aplicación e Corriente Directa
Lista de cotejo de la práctica
Número 11:
Nombre del alumno:
Instrucciones:
Uso de condensadores en serie.
A continuación se presentan los criterios que van a ser
verificados en el desempeño del alumno mediante la
observación del mismo.
De la siguiente lista marque con una 9 aquellas
observaciones que hayan sido cumplidas por el alumno
durante su desempeño
Desarrollo
® Aplicó las medidas de seguridad e higiene en el desarrollo de las
prácticas.
® Utilizó la ropa y equipo de trabajo.
™ Realizó la práctica con responsabilidad, limpieza, seguridad y trabajo en
equipo.
1. Acudió al taller o laboratorio y siguió las indicaciones del prestador de
servicios académicos.
2. Trabajó en el área apropiada del taller o laboratorio.
3. Seleccionó el material de acuerdo a la práctica.
4. Armó el circuito como se muestra en la figura y colocó los elementos
requeridos.
5. Midió el voltaje entre las terminales de cada capacitor.
6. Anotó los valores obtenidos en la tabla No. 1.
7. Calculó teóricamente el voltaje en cada elemento del circuito.
8. Anotó cual es la expresión matemática que se utiliza para el calculo de
los condensadores en serie.
9. Siguió el plan de trabajo en el desarrollo de la práctica.
10. Entregó el reporte con los requerimientos solicitados.
11. Limpió y guardó el material, equipo y herramienta utilizada en la
práctica.
12. Limpió el área de trabajo.
Si
No
No Aplica
Observaciones:
PSA:
Hora de inicio:
Hora de término:
Unidad de aprendizaje:
2
Práctica número:
12
Nombre de la práctica:
Uso de condensadores en paralelo.
Evaluación:
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190
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Aplicación e Corriente Directa
Propósito de la práctica:
Al finalizar la práctica, el alumno identificara y utilizara correctamente el
agrupamiento tipo paralelo en capacitores.
Escenario 1:
Escenario 2:
Taller.
Laboratorio.
Duración:
4 Hrs.
Materiales
• Tabla de perfocel o triplay o proto
vort.
Maquinaria y equipo
Herramienta
• Voltímetro.
• Fuente de energía C.C.
• Conectores.
• Condensador de 22
Microfaradios.
• Condensador de 47
Microfaradios.
Mantenimiento de Sistemas Automaticos, Mantenimeinto de Motores y Planeadores y Sistemas Electroniocs de Aviacion
191
Colegio Nacional de Educación profesional Técnica
Aplicación e Corriente Directa
Procedimiento
™ Realizar la practica con responsabilidad, limpieza, seguridad y trabajo en equipo.
® Aplicar las medidas de seguridad e higiene en el desarrollo de la práctica.
En el taller:
• El taller deberá de estar limpio antes de iniciar la práctica.
• No deberá de localizarse objeto alguno tirado en el suelo, que pueda ocasionar un accidente.
• En el taller se deberá contar siempre con un extintor ABC cuya carga este debidamente verificada.
• Los materiales y equipos antes de su uso, deberán estar guardados en casilleros, o su equivalente.
• No se permitirá el acceso al taller a personas ajenas a la práctica.
• Todas las conexiones eléctricas del taller deberán encontrarse en buen estado y por ningún motivo
existirán cables o conductores expuestos.
• Se deberá evitar daños a materiales, equipos, mobiliario y aulas.
• No se permitirá introducir al taller, alimentos y bebidas.
En la persona:
• Evitar el uso de relojes, hebillas y botones expuestos, corbatas, cabello largo sin recoger.
• Utilizar la ropa y equipo de trabajo: Overol, bata o la ropa adecuada, zapatos de seguridad, Casco,
Gogles o lentes, Guantes de algodón o carnaza, según sea la labor, Protección auditiva, Mascara para
polvos cuando sea necesario.
® Aplicar las medidas ecológicas en el desarrollo de la práctica.
• Los desperdicios que se generen, deberán ser depositados en los recipientes adecuados para ello.
• Deberá de evitarse residuos de aceites o grasas en el piso.
• Los materiales que sean susceptibles a ser reutilizados serán conservados para tal fin.
® Utilizar apropiadamente el equipo de seguridad.
9 El alumno más adelantado o experimentado, con la guía del PSA, (o el PSA) tendrá que:
• Explicar el procedimiento que se va a ejecutar, reflexionando sobre el tipo de tareas que se
aprenderán.
• Corregir errores o malas interpretaciones en el procedimiento, para su correcta ejecución.
9 Los alumnos tendrán que:
• Contestar las preguntas que haga el PSA sobre el procedimiento, aspectos importantes que deben
cuidar, errores más frecuentes, etc.
• Plantear dudas, así como soluciones a los problemas que se presenten durante la práctica y en
relación a situaciones específicas.
• Ejecutar el procedimiento hasta hacerlo con precisión.
• Pasar en forma rotatoria por el aprendizaje de enseñar.
Escenario 1.
1. Elegir el área adecuada en el laboratorio o taller.
2. Elaborar un plan de trabajo para la práctica.
Escenario 2.
3. Acudir al laboratorio o taller y presentarse con el responsable del mismo.
4. Pedir el material, equipo y/o herramienta necesarios para llevar a cabo la practica con el responsable de
laboratorio o taller.
5. Armar el circuito como se muestra en la figura.
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192
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Aplicación e Corriente Directa
Procedimiento
6. Alimente con un voltaje de 18 V.C.C. el circuito.
7. Mida el voltaje entre las terminales de cada capacitor.
8. Anote los valores en la tabla No. 1.
Capacidad
(Mf)
Voltaje
(Volts)
Carga
(Coulomb)
C1 =
V1 =
q1 =
C2 =
V2 =
q2 =
CT =
VT =
qT =
Tabla 1
9. Apague la fuente de alimentación.
10. Con el voltaje total del agrupamiento y la capacitancia equivalente del mismo, calcular el voltaje en cada
elemento.
11. Anote los valores calculados.
12. ¿Hay diferencia entre los voltajes teóricos y los prácticos?, Explique.
13. ¿Se cumple las ecuaciones generales para el agrupamiento tipo paralelo?
14. ¿Cuál es la ecuación general que rige al agrupamiento general tipo paralelo?
Escenario 3
15. Elaborar una reporte de la práctica que incluya:
• Desarrollo de la práctica.
• Observaciones.
• Conclusiones
16. Limpiar y entregar el material y herramienta utilizada.
17. Limpiar el área de trabajo.
Mantenimiento de Sistemas Automaticos, Mantenimeinto de Motores y Planeadores y Sistemas Electroniocs de Aviacion
193
Colegio Nacional de Educación profesional Técnica
Aplicación e Corriente Directa
Lista de cotejo de la práctica
Número 12:
Uso de condensadores en paralelo.
Nombre del alumno:
Instrucciones:
A continuación se presentan los criterios que van a ser
verificados en el desempeño del alumno mediante la
observación del mismo.
De la siguiente lista marque con una 9 aquellas
observaciones que hayan sido cumplidas por el alumno
durante su desempeño
Si
Desarrollo
No
No
Aplica
® Aplicó las medidas de seguridad e higiene en el desarrollo de las
prácticas.
® Utilizó la ropa y equipo de trabajo.
™ Realizó la práctica con responsabilidad, limpieza, seguridad y trabajo
en equipo.
1. Acudió al taller o laboratorio y siguió las indicaciones del prestador de
servicios académicos.
2. Trabajó en el área apropiada del taller o laboratorio.
3. Seleccionó el material de acuerdo a la práctica.
4. Armó el circuito como se muestra en la figura y colocó los elementos
requeridos.
5. Midió el voltaje entre las terminales de cada capacitor.
6. Anotó los valores obtenidos en la tabla No. 1.
7. Calculó teóricamente el voltaje en cada elemento del circuito.
8. Anotó cuál es la expresión matemática que se utiliza para el cálculo
de los condensadores en paralelo.
9. Siguió el plan de trabajo en el desarrollo de la práctica.
10. Entregó el reporte con los requerimientos solicitados.
11. Limpió y guardó el material, equipo y herramienta utilizada en la
práctica.
12. Limpió el área de trabajo.
Observaciones:
PSA:
Hora de inicio:
Hora de término:
Evaluación:
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Aplicación e Corriente Directa
Unidad de aprendizaje:
3
Práctica número:
13
Nombre de la práctica:
Construcción de una bobina.
Propósito de la práctica:
Al finalizar la práctica, el alumno ccomprobará la existencia de un campo
electromagnético en una bobina.
Escenario 1:
Escenario 2:
Aula,
Taller, laboratorio.
Duración:
2 Hrs.
Materiales
• 20 cm. de alambre de cobre No.
18.
• 15 cm. de alambre o cable de
conexiones No. 22.
• Una tira de triplay de 8x15x0.6
cm.
• Dos pilas de 1.5 V.
• 20 cm. de fleje metálico.
• 4 tornillos con tuerca de 1.25x0.3
cm. o ½”.
• Un cilindro de cartón de 4 cm. de
diámetro por 5 cm. de altura y 4
m. de alambre esmaltado del
No.24.
Maquinaria y equipo
• Un multiprobador
• Una brújula.
Herramienta
• Destornillador de 5
mm. de hoja.
• Cuchilla.
• Lezna.
• Pinza de punta.
• Pinza de corte.
• Tijera de cortar lámina.
• Martillo de bola de
250 g.
• Lima bastarda.
• Lima musa.
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195
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Aplicación e Corriente Directa
Procedimiento
™ Realizar la practica con responsabilidad, limpieza, seguridad y trabajo en equipo.
® Aplicar las medidas de seguridad e higiene en el desarrollo de la práctica.
En el taller:
• El taller deberá de estar limpio antes de iniciar la práctica.
• No deberá de localizarse objeto alguno tirado en el suelo, que pueda ocasionar un accidente.
• En el taller se deberá contar siempre con un extintor ABC cuya carga este debidamente verificada.
• Los materiales y equipos antes de su uso, deberán estar guardados en casilleros, o su equivalente.
• No se permitirá el acceso al taller a personas ajenas a la práctica.
• Todas las conexiones eléctricas del taller deberán encontrarse en buen estado y por ningún motivo
existirán cables o conductores expuestos.
• Se deberá evitar daños a materiales, equipos, mobiliario y aulas.
• No se permitirá introducir al taller, alimentos y bebidas.
En la persona:
• Evitar el uso de relojes, hebillas y botones expuestos, corbatas, cabello largo sin recoger.
• Utilizar la ropa y equipo de trabajo: Overol, bata o la ropa adecuada, zapatos de seguridad, Casco,
Gogles o lentes, Guantes de algodón o carnaza, según sea la labor, Protección auditiva, Mascara para
polvos cuando sea necesario.
® Aplicar las medidas ecológicas en el desarrollo de la práctica.
• Los desperdicios que se generen, deberán ser depositados en los recipientes adecuados para ello.
• Deberá de evitarse residuos de aceites o grasas en el piso.
• Los materiales que sean susceptibles a ser reutilizados serán conservados para tal fin.
® Utilizar apropiadamente el equipo de seguridad.
9 El alumno más adelantado o experimentado, con la guía del PSA, (o el PSA) tendrá que:
• Explicar el procedimiento que se va a ejecutar, reflexionando sobre el tipo de tareas que se
aprenderán.
• Corregir errores o malas interpretaciones en el procedimiento, para su correcta ejecución.
9 Los alumnos tendrán que:
• Contestar las preguntas que haga el PSA sobre el procedimiento, aspectos importantes que deben
cuidar, errores más frecuentes, etc.
• Plantear dudas, así como soluciones a los problemas que se presenten durante la práctica y en
relación a situaciones específicas.
• Ejecutar el procedimiento hasta hacerlo con precisión.
• Pasar en forma rotatoria por el aprendizaje de enseñar.
Escenario 1
1. Elegir el área adecuada en el laboratorio o taller.
2. Elaborar un plan de trabajo para la práctica.
Escenario 2
3. Acudir al laboratorio o taller y presentarse con el responsable del mismo.
4. Pedir el material y herramienta necesarios para llevar a cabo la practica con el responsable de laboratorio
o taller.
5. Perforar con la lezna el cilindro de cartón a 1 cm. de distancia en cada uno de sus extremos.
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196
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Aplicación e Corriente Directa
Procedimiento
6. Introduce en una de las perforaciones una punta del alambre y deja 15 cm. para realizar una conexión
posterior.
7. Inicia el enrollado sobre la forma, procurando que las vueltas o espiras queden juntas una de la otra.
8. Introduce la punta terminal del alambre en la perforación del otro extremo de la forma. Dejar también en
este extremo 15 cm. para conexión.
9. Elimina 2 cm. del esmalte protector (aislante) en ambas terminales de la bobina, con la ayuda de la
cuchilla.
10. Construye la bobina conforme a las indicaciones anteriores.
11. Registra el símbolo eléctrico que se emplea para representarla.
12. En el multímetro selecciona la función de óhmetro en su capacidad de lectura más baja (XI).
13. Coloca las puntas de prueba del óhmetro en las terminales de la bobina, tal como se muestra en la
figura.
14. ¿Registra alguna lectura el instrumento?
15. Anota el valor de la lectura obtenida.
16. Explica a qué se debe el fenómeno anterior.
Escenario 3
16. Conecta la bobina en el circuito construido, tal como lo muestra la figura siguiente:
18. Dibuja el diagrama eléctrico del circuito anterior.
19. Coloca la brújula tal como lo muestra la figura y observa la aguja.
20. ¿Qué ocurre con la aguja de la brújula?
21. Oprima el interruptor del circuito y observe nuevamente la brújula.
22. ¿Qué ocurrió ahora?
23. Repita varias veces como sea necesario la experiencia anterior, cerrando y abriendo el circuito.
24. Explique a que se debe el fenómeno observado.
Escenario 4
25. Elaborar un reporte de la práctica que incluya:
• Desarrollo de la práctica.
• Observaciones.
• Conclusiones
26. Limpiar y entregar el material y herramienta utilizada.
27. Limpiar el área de trabajo.
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Aplicación e Corriente Directa
Lista de cotejo de la práctica
Número 13:
Construcción de una bobina.
Nombre del alumno:
Instrucciones:
A continuación se presentan los criterios que van a ser
verificados en el desempeño del alumno mediante la
observación del mismo.
De la siguiente lista marque con una 9 aquellas
observaciones que hayan sido cumplidas por el alumno
durante su desempeño
Si
Desarrollo
No
No
Aplica
® Aplicó las medidas de seguridad e higiene en el desarrollo de las prácticas.
® Utilizó la ropa y equipo de trabajo.
™ Realizó la práctica con responsabilidad, limpieza, seguridad y trabajo en
equipo.
1. Acudió al taller o laboratorio y siguió las indicaciones del prestador de
servicios académicos.
2. Trabajó en el área apropiada del taller o laboratorio.
3. Seleccionó el material de acuerdo a la práctica.
4. Elaboró la bobina correctamente.
5. Registró correctamente el símbolo eléctrico que se emplea para
representarla.
6. En el multímetro seleccionó correctamente la función de óhmetro en su
capacidad de lectura más baja (XI).
7. Conectó la bobina en el circuito construido, tal como lo muestra la
figura.
8. Dibujó el diagrama eléctrico del circuito.
9. Colocó la brújula tal como lo muestra la figura.
10. Verificó el comportamiento que se presentó en el desarrollo de la práctica
con la brújula.
11. Siguió el plan de trabajo en el desarrollo de la práctica.
12. Entregó el reporte con los requerimientos solicitados.
13. Limpió y guardó el material, equipo y herramienta utilizada en la práctica.
14. Limpió el área de trabajo
Observaciones:
PSA:
Hora de inicio:
Hora de término:
Evaluación:
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Aplicación e Corriente Directa
Unidad de aprendizaje:
3
Práctica número:
14
Nombre de la práctica:
Fuerza contraelectromotriz.
Propósito de la práctica:
Al finalizar la práctica, el alumno comparará la existencia de la fuerza
contraelectromotriz inducida en el rotor de cualquier motor.
Escenario 1:
Escenario 2:
Aula,
Taller, laboratorio.
Duración:
4 Hrs.
Materiales
• Fuente de C.D.
• Motor–generador.
Maquinaria y equipo
Herramienta
• Modulo de Motor- generador de
Lab – Volt.
• Interruptores.
• Porta lámparas.
• Lámpara de 6.3 V.
• Conectores.
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Aplicación e Corriente Directa
Procedimiento
™ Realizar la practica con responsabilidad, limpieza, seguridad y trabajo en equipo.
® Aplicar las medidas de seguridad e higiene en el desarrollo de la práctica.
En el taller:
• El taller deberá de estar limpio antes de iniciar la práctica.
• No deberá de localizarse objeto alguno tirado en el suelo, que pueda ocasionar un accidente.
• En el taller se deberá contar siempre con un extintor ABC cuya carga este debidamente verificada.
• Los materiales y equipos antes de su uso, deberán estar guardados en casilleros, o su equivalente.
• No se permitirá el acceso al taller a personas ajenas a la práctica.
• Todas las conexiones eléctricas del taller deberán encontrarse en buen estado y por ningún motivo
existirán cables o conductores expuestos.
• Se deberá evitar daños a materiales, equipos, mobiliario y aulas.
• No se permitirá introducir al taller, alimentos y bebidas.
En la persona:
• Evitar el uso de relojes, hebillas y botones expuestos, corbatas, cabello largo sin recoger.
• Utilizar la ropa y equipo de trabajo: Overol, bata o la ropa adecuada, zapatos de seguridad, Casco,
Gogles o lentes, Guantes de algodón o carnaza, según sea la labor, Protección auditiva, Mascara para
polvos cuando sea necesario.
® Aplicar las medidas ecológicas en el desarrollo de la práctica.
• Los desperdicios que se generen, deberán ser depositados en los recipientes adecuados para ello.
• Deberá de evitarse residuos de aceites o grasas en el piso.
• Los materiales que sean susceptibles a ser reutilizados serán conservados para tal fin.
® Utilizar apropiadamente el equipo de seguridad.
9 El alumno más adelantado o experimentado, con la guía del PSA, (o el PSA) tendrá que:
• Explicar el procedimiento que se va a ejecutar, reflexionando sobre el tipo de tareas que se aprenderán.
• Corregir errores o malas interpretaciones en el procedimiento, para su correcta ejecución.
9 Los alumnos tendrán que:
• Contestar las preguntas que haga el PSA sobre el procedimiento, aspectos importantes que deben
cuidar, errores más frecuentes, etc.
• Plantear dudas, así como soluciones a los problemas que se presenten durante la práctica y en relación a
situaciones específicas.
• Ejecutar el procedimiento hasta hacerlo con precisión.
• Pasar en forma rotatoria por el aprendizaje de enseñar.
Escenario 1
1. Elegir el área adecuada en el laboratorio o taller.
2. Elaborar un plan de trabajo para la práctica.
Escenario 2
3. Acudir al laboratorio o taller y presentarse con el responsable del mismo.
4. Pedir el material, equipo y/o herramienta necesarios para llevar a cabo la practica con el responsable de
laboratorio o taller.
5. Armar el circuito como se muestra en la figura.
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200
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Aplicación e Corriente Directa
Procedimiento
6. Revise que los interruptores S1 y S2 estén abiertos.
7. Encienda la fuente a 18 V.C.D.
8. Cierre S2 primeramente y después S1.
9. Observe la intensidad luminosa de la lámpara en el momento del arranque.
10. ¿Cómo es la intensidad luminosa en el momento del arranque con respecto a la de su máxima velocidad?
11. ¿Qué demuestra esto?
Escenario 3
12. Elaborar un reporte de la práctica que incluya:
• Desarrollo de la práctica.
• Observaciones.
• Conclusiones
13. Limpiar y entregar el material y herramienta utilizada.
14. Limpiar el área de trabajo.
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Aplicación e Corriente Directa
Lista de cotejo de la práctica
Número 14:
Fuerza contraelectromotriz.
Nombre del alumno:
Instrucciones:
A continuación se presentan los criterios que van a ser
verificados en el desempeño del alumno mediante la
observación del mismo.
De la siguiente lista marque con una 9 aquellas observaciones
que hayan sido cumplidas por el alumno durante su
desempeño
Si
Desarrollo
No
No
Aplica
® Aplicó las medidas de seguridad e higiene en el desarrollo de las prácticas.
® Utilizó la ropa y equipo de trabajo.
™ Realizó la práctica con responsabilidad, limpieza, seguridad y trabajo en
equipo.
1. Acudió al taller o laboratorio y siguió las indicaciones del prestador de
servicios académicos.
2. Trabajó en el área apropiada del taller o laboratorio.
3. Seleccionó el material de acuerdo a la práctica.
4. Armó el circuito como se muestra en la figura y colocó los elementos
requeridos.
5. Anotó lo observado en la práctica.
6. Siguió el plan de trabajo en el desarrollo de la práctica.
7. Entregó el reporte con los requerimientos solicitados.
8. Limpió y guardó el material, equipo y herramienta utilizados en la práctica.
9. Limpió el área de trabajo.
Observaciones:
PSA:
Hora de inicio:
Hora de término:
Evaluación:
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Aplicación e Corriente Directa
Unidad de aprendizaje:
2
Práctica número:
15
Nombre de la práctica:
Agrupamiento de pilas.
Propósito de la práctica:
Al finalizar la práctica, el alumno verificará el comportamiento de las variables
de resistencia, corriente y voltaje en los diferentes tipos de agrupamientos que
existentes.
Escenario 1:
Escenario 2:
Taller.
Laboratorio.
Duración:
4 Hrs.
Materiales
• Tabla de perfocel o triplay o proto
vort.
• 3 Pilas de 1.5 V.
Maquinaria y equipo
Herramienta
• Voltímetro.
• Amperímetro.
• 3 Porta pilas.
• 4 Resistencia de 22 ohms.
• Interruptor de tipo botón de
timbre.
• Conectores.
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203
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Aplicación e Corriente Directa
Procedimiento
™ Realizar la practica con responsabilidad, limpieza, seguridad y trabajo en equipo.
® Aplicar las medidas de seguridad e higiene en el desarrollo de la práctica.
En el taller:
• El taller deberá de estar limpio antes de iniciar la práctica.
• No deberá de localizarse objeto alguno tirado en el suelo, que pueda ocasionar un accidente.
• En el taller se deberá contar siempre con un extintor ABC cuya carga este debidamente verificada.
• Los materiales y equipos antes de su uso, deberán estar guardados en casilleros, o su equivalente.
• No se permitirá el acceso al taller a personas ajenas a la práctica.
• Todas las conexiones eléctricas del taller deberán encontrarse en buen estado y por ningún motivo
existirán cables o conductores expuestos.
• Se deberá evitar daños a materiales, equipos, mobiliario y aulas.
• No se permitirá introducir al taller, alimentos y bebidas.
En la persona:
• Evitar el uso de relojes, hebillas y botones expuestos, corbatas, cabello largo sin recoger.
• Utilizar la ropa y equipo de trabajo: Overol, bata o la ropa adecuada, zapatos de seguridad, Casco,
Gogles o lentes, Guantes de algodón o carnaza, según sea la labor, Protección auditiva, Mascara para
polvos cuando sea necesario.
® Aplicar las medidas ecológicas en el desarrollo de la práctica.
• Los desperdicios que se generen, deberán ser depositados en los recipientes adecuados para ello.
• Deberá de evitarse residuos de aceites o grasas en el piso.
• Los materiales que sean susceptibles a ser reutilizados serán conservados para tal fin.
® Utilizar apropiadamente el equipo de seguridad.
9 El alumno más adelantado o experimentado, con la guía del PSA, (o el PSA) tendrá que:
• Explicar el procedimiento que se va a ejecutar, reflexionando sobre el tipo de tareas que se
aprenderán.
• Corregir errores o malas interpretaciones en el procedimiento, para su correcta ejecución.
9 Los alumnos tendrán que:
• Contestar las preguntas que haga el PSA sobre el procedimiento, aspectos importantes que deben
cuidar, errores más frecuentes, etc.
• Plantear dudas, así como soluciones a los problemas que se presenten durante la práctica y en
relación a situaciones específicas.
• Ejecutar el procedimiento hasta hacerlo con precisión.
• Pasar en forma rotatoria por el aprendizaje de enseñar.
Escenario 1
1. Elegir el área adecuada en el laboratorio o taller.
2. Elaborar un plan de trabajo para la práctica.
Escenario 2
3. Acudir al laboratorio o taller y presentarse con el responsable del mismo.
4. Pedir el material, equipo y/o herramienta necesarios para llevar a cabo la practica con el responsable de
laboratorio o taller.
5. Mida el voltaje de cada una de las pilas.
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Aplicación e Corriente Directa
Procedimiento
6. Armar el circuito en serie con las 3 pilas como se muestra en la figura siguiente:
7. Calcule el voltaje total teóricamente del circuito en serie que se armo.
8. Anote sus valores obtenidos en la tabla No.1.
9. Mida su voltaje total con el voltímetro.
10. Anote el valor obtenido en la tabla No. 1.
Agrupamiento
Voltaje
Práctico
Voltaje
Teórico
Serie
Paralelo
Mixto
Tabla No. 1
Escenario 3.
11. Arme el circuito en paralelo con las 3 baterías como se muestra en la figura siguiente:
12. Calcule el voltaje total teóricamente del circuito en paralelo que se armo.
13. Anote sus valores obtenidos en la tabla No.1.
14. Mida con el voltímetro su voltaje total.
15. Anote el valor obtenido en la tabla No.1.
Escenario 4
16. Mida el voltaje de cada una de las pilas.
17. Arme el circuito mixto con las 3 pilas como se muestra en la figura siguiente:
18. Calcule el voltaje total teóricamente del circuito mixto que armo.
19. Anote sus valores obtenidos en la tabla No.1.
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205
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Procedimiento
20. Mida con el voltímetro su voltaje total.
21. Anote el valor obtenido en la tabla No.1.
22. De los anteriores agrupamientos ¿Cuál nos proporciona mayor corriente y porque?
Escenario 5
23. Arme el circuito como se muestra en la figura siguiente:
24. Calcule la resistencia (R) para cada pila.
25. Anote los valores obtenidos.
Escenario 6
26. Elaborar una reporte de la práctica que incluya:
• Desarrollo de la práctica.
• Observaciones.
• Conclusiones
27. Limpiar y entregar el material y herramienta utilizada.
28. Limpiar el área de trabajo.
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Aplicación e Corriente Directa
Lista de cotejo de la práctica
Número 15:
Agrupamiento de pilas.
Nombre del alumno:
Instrucciones:
A continuación se presentan los criterios que van a ser
verificados en el desempeño del alumno mediante la
observación del mismo.
De la siguiente lista marque con una 9 aquellas
observaciones que hayan sido cumplidas por el alumno
durante su desempeño
Desarrollo
Si
No
No
Aplica
® Aplicó las medidas de seguridad e higiene en el desarrollo de las prácticas.
® Utilizó la ropa y equipo de trabajo.
™ Realizó la práctica con responsabilidad, limpieza, seguridad y trabajo en
equipo.
1. Acudió al taller o laboratorio y siguió las indicaciones del prestador de
servicios académicos.
2. Trabajo en el área apropiada del taller o laboratorio.
3. Seleccionó el material de acuerdo a la práctica.
4. Midió el voltaje de cada una de las pilas.
5. Armó el circuito en serie como se mostraba en la figura y colocó los
elementos requeridos.
6. Calculó el voltaje total teórico del circuito en serie.
7. Anotó sus valores obtenidos en la tabla No.1.
8. Midió su voltaje total en serie con el voltímetro.
9. Anotó el valor obtenido en la tabla No. 1.
10. Armó el circuito en paralelo como se mostraba en la figura y colocó los
elementos requeridos.
11. Calculó el voltaje total teórico del circuito en paralelo.
12. Anotó sus valores obtenidos en la tabla No.1.
13. Midió su voltaje total en paralelo con el voltímetro.
14. Anotó el valor obtenido en la tabla No. 1.
15. Midió nuevamente los voltajes de las baterías empleadas en los dos
circuitos anteriores.
16. Armó el circuito mixto como se mostraba en la figura y colocó los
elementos requeridos.
17. Calculó el voltaje total teórico del circuito mixto.
18. Anotó sus valores obtenidos en la tabla No.1.
19. Midió su voltaje total del circuito mixto con el voltímetro.
20. Anotó el valor obtenido en la tabla No. 1
21. Armó el circuito con la resistencia como se mostraba en la figura y coloco
los elementos requeridos.
22. Calculó la resistencia para cada una de las pilas
23. Siguió el plan de trabajo en el desarrollo de la práctica.
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207
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Aplicación e Corriente Directa
24. Entregó el reporte con los requerimientos solicitados.
25. Limpió y guardó el material, equipo y herramienta utilizada en la práctica.
26. Limpió el área de trabajo.
Observaciones:
PSA:
Hora de inicio:
Hora de término:
Evaluación:
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208
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Aplicación e Corriente Directa
Unidad de aprendizaje:
4
Práctica número:
16
Nombre de la práctica:
Motor de C.C. en serie.
Propósito de la práctica:
Al finalizar la práctica, el alumno identificara las características de un motor en
serie, así como sus conexiones.
Escenario 1:
Escenario 2:
Aula,
Taller, laboratorio.
Duración:
4 Hrs.
Materiales
• Fuente de C.D.
• Motor – generador.
Maquinaria y equipo
Herramienta
• Modulo de Motor- generador de
Lab – Volt.
• Conectores.
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209
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Aplicación e Corriente Directa
Procedimiento
™ Realizar la practica con responsabilidad, limpieza, seguridad y trabajo en equipo.
® Aplicar las medidas de seguridad e higiene en el desarrollo de la práctica.
En el taller:
• El taller deberá de estar limpio antes de iniciar la práctica.
• No deberá de localizarse objeto alguno tirado en el suelo, que pueda ocasionar un accidente.
• En el taller se deberá contar siempre con un extintor ABC cuya carga este debidamente verificada.
• Los materiales y equipos antes de su uso, deberán estar guardados en casilleros, o su equivalente.
• No se permitirá el acceso al taller a personas ajenas a la práctica.
• Todas las conexiones eléctricas del taller deberán encontrarse en buen estado y por ningún motivo
existirán cables o conductores expuestos.
• Se deberá evitar daños a materiales, equipos, mobiliario y aulas.
• No se permitirá introducir al taller, alimentos y bebidas.
En la persona:
• Evitar el uso de relojes, hebillas y botones expuestos, corbatas, cabello largo sin recoger.
• Utilizar la ropa y equipo de trabajo: Overol, bata o la ropa adecuada, zapatos de seguridad, Casco,
Gogles o lentes, Guantes de algodón o carnaza, según sea la labor, Protección auditiva, Mascara para
polvos cuando sea necesario.
® Aplicar las medidas ecológicas en el desarrollo de la práctica.
• Los desperdicios que se generen, deberán ser depositados en los recipientes adecuados para ello.
• Deberá de evitarse residuos de aceites o grasas en el piso.
• Los materiales que sean susceptibles a ser reutilizados serán conservados para tal fin.
® Utilizar apropiadamente el equipo de seguridad.
9 El alumno más adelantado o experimentado, con la guía del PSA, (o el PSA) tendrá que:
• Explicar el procedimiento que se va a ejecutar, reflexionando sobre el tipo de tareas que se
aprenderán.
• Corregir errores o malas interpretaciones en el procedimiento, para su correcta ejecución.
9 Los alumnos tendrán que:
• Contestar las preguntas que haga el PSA sobre el procedimiento, aspectos importantes que deben
cuidar, errores más frecuentes, etc.
• Plantear dudas, así como soluciones a los problemas que se presenten durante la práctica y en
relación a situaciones específicas.
• Ejecutar el procedimiento hasta hacerlo con precisión.
• Pasar en forma rotatoria por el aprendizaje de enseñar.
Escenario 1
1. Elegir el área adecuada en el laboratorio o taller.
2. Elaborar un plan de trabajo para la práctica.
Escenario 2
3. Acudir al laboratorio o taller y presentarse con el responsable del mismo.
4. Pedir el material, equipo y/o herramienta necesarios para llevar a cabo la practica con el responsable de
laboratorio o taller.
5. Armar el circuito como se muestra en la figura.
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210
Colegio Nacional de Educación profesional Técnica
Aplicación e Corriente Directa
Procedimiento
6. Encienda la fuente de alimentación o tensión (18 VCC máx.).
7. Anote el sentido de la rotación.
8. Apague la fuente de alimentación.
9. Invierta las conexiones en la fuente de alimentación.
10. Encienda la fuente de alimentación.
11. Anote el sentido en el que gira el rotor.
12. Apague la fuente de alimentación.
13. Invierta las conexiones del estator.
14. Encienda la fuente de alimentación.
15. Anote el sentido de la rotación.
16. Apague la fuente de alimentación.
17. Escriba ¿Cuáles son las ventajas de un motor de corriente continua tipo serie?
18. Escriba ¿Cuáles son las desventajas de un motor de corriente continua tipo serie?
19. Enuncie las formas de cambiar el sentido de rotación de un motor de C.C. tipo serie.
20. Mencione si existen algunas aplicaciones del motor de corriente continua tipo serie.
Escenario 3
21. Elaborar una reporte de la práctica que incluya:
• Desarrollo de la práctica.
• Observaciones.
• Conclusiones
22. Limpiar y entregar el material y herramienta utilizada.
23. Limpiar el área de trabajo.
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211
Colegio Nacional de Educación profesional Técnica
Aplicación e Corriente Directa
Lista de cotejo de la práctica
Número 16:
Motor de C.C. en serie.
Nombre del alumno:
Instrucciones:
A continuación se presentan los criterios que van a ser
verificados en el desempeño del alumno mediante la
observación del mismo.
De la siguiente lista marque con una 9 aquellas
observaciones que hayan sido cumplidas por el alumno
durante su desempeño
Desarrollo
® Aplicó las medidas de seguridad e higiene en el desarrollo de las
prácticas.
® Utilizó la ropa y equipo de trabajo.
™ Realizó la práctica con responsabilidad, limpieza, seguridad y trabajo
en equipo.
1. Acudió al taller o laboratorio y siguió las indicaciones del prestador de
servicios académicos.
2. Trabajó en el área apropiada del taller o laboratorio.
3. Seleccionó el material de acuerdo a la práctica.
4. Armó el circuito como se muestra en la figura y colocó los elementos
requeridos.
5. Anotó lo observado en la práctica.
6. Identificó cuales son las ventajas del motor de C.C. en serie.
7. Identificó cuales son las desventajas del motor de C.C. en serie.
8. Siguió el plan de trabajo en el desarrollo de la práctica.
9. Entregó el reporte con los requerimientos solicitados.
10. Limpió y guardó el material, equipo y herramienta utilizada en la
práctica.
11. Limpió el área de trabajo.
Si
No
No Aplica
Observaciones:
PSA:
Hora de inicio:
Hora de término:
Evaluación:
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212
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Aplicación e Corriente Directa
Unidad de aprendizaje:
4
Práctica número:
17
Nombre de la práctica:
Motor de C.C. en paralelo.
Propósito de la práctica:
Al finalizar la práctica, el alumno identificara las características principales de un
motor de corriente continua en paralelo, así como sus conexiones.
Escenario 1:
Escenario 2:
Aula,
Taller, laboratorio.
Duración:
4 Hrs.
Materiales
• Fuente de C.D.
• Motor – generador.
Maquinaria y equipo
Herramienta
• Modulo de Motor- generador de
Lab – Volt.
• Conectores.
Mantenimiento de Sistemas Automaticos, Mantenimeinto de Motores y Planeadores y Sistemas Electroniocs de Aviacion
213
Colegio Nacional de Educación profesional Técnica
Aplicación e Corriente Directa
Procedimiento
™ Realizar la practica con responsabilidad, limpieza, seguridad y trabajo en equipo.
® Aplicar las medidas de seguridad e higiene en el desarrollo de la práctica.
En el taller:
• El taller deberá de estar limpio antes de iniciar la práctica.
• No deberá de localizarse objeto alguno tirado en el suelo, que pueda ocasionar un accidente.
• En el taller se deberá contar siempre con un extintor ABC cuya carga este debidamente verificada.
• Los materiales y equipos antes de su uso, deberán estar guardados en casilleros, o su equivalente.
• No se permitirá el acceso al taller a personas ajenas a la práctica.
• Todas las conexiones eléctricas del taller deberán encontrarse en buen estado y por ningún motivo
existirán cables o conductores expuestos.
• Se deberá evitar daños a materiales, equipos, mobiliario y aulas.
• No se permitirá introducir al taller, alimentos y bebidas.
En la persona:
• Evitar el uso de relojes, hebillas y botones expuestos, corbatas, cabello largo sin recoger.
• Utilizar la ropa y equipo de trabajo: Overol, bata o la ropa adecuada, zapatos de seguridad, Casco,
Gogles o lentes, Guantes de algodón o carnaza, según sea la labor, Protección auditiva, Mascara para
polvos cuando sea necesario.
® Aplicar las medidas ecológicas en el desarrollo de la práctica.
• Los desperdicios que se generen, deberán ser depositados en los recipientes adecuados para ello.
• Deberá de evitarse residuos de aceites o grasas en el piso.
• Los materiales que sean susceptibles a ser reutilizados serán conservados para tal fin.
® Utilizar apropiadamente el equipo de seguridad.
9 El alumno más adelantado o experimentado, con la guía del PSA, (o el PSA) tendrá que:
• Explicar el procedimiento que se va a ejecutar, reflexionando sobre el tipo de tareas que se
aprenderán.
• Corregir errores o malas interpretaciones en el procedimiento, para su correcta ejecución.
9 Los alumnos tendrán que:
• Contestar las preguntas que haga el PSA sobre el procedimiento, aspectos importantes que deben
cuidar, errores más frecuentes, etc.
• Plantear dudas, así como soluciones a los problemas que se presenten durante la práctica y en
relación a situaciones específicas.
• Ejecutar el procedimiento hasta hacerlo con precisión.
• Pasar en forma rotatoria por el aprendizaje de enseñar.
Escenario 1
1. Elegir el área adecuada en el laboratorio o taller.
2. Elaborar un plan de trabajo para la práctica.
Escenario 2
3. Acudir al laboratorio o taller y presentarse con el responsable del mismo.
4. Pedir el material, equipo y/o herramienta necesarios para llevar a cabo la práctica con el responsable de
laboratorio o taller.
5. Armar el circuito como se muestra en la figura.
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214
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Aplicación e Corriente Directa
Procedimiento
6. Encienda la fuente de alimentación o tensión (9 VCC máx.).
7. Anote el sentido de la rotación del rotor.
8. Apague la fuente de alimentación.
9. Invierta las conexiones en la fuente de alimentación.
10. Encienda la fuente de alimentación.
11. Anote el sentido en el que gira el rotor.
12. Apague la fuente de alimentación.
13. Invierta las conexiones del rotor.
14. Encienda la fuente de alimentación.
15. Anote el sentido de la rotación.
16. Invierta las conexiones del estator.
17. Encienda la fuente de alimentación.
18. Anote el sentido de la rotación.
19. Apague la fuente de alimentación.
20. Escriba ¿Cuáles son las ventajas de un motor de corriente continua tipo paralelo?
21. Escriba ¿Cuáles son las desventajas de un motor de corriente continua tipo paralelo?
22. Enuncie las formas de cambiar el sentido de rotación de un motor de C.C. tipo paralelo.
23. Diga algunas aplicaciones del motor de corriente continua tipo paralelo.
Escenario 3
24. Elaborar una reporte de la práctica que incluya:
• Desarrollo de la práctica.
• Observaciones.
• Conclusiones
25. Limpiar y entregar el material y herramienta utilizada.
26. Limpiar el área de trabajo.
Mantenimiento de Sistemas Automaticos, Mantenimeinto de Motores y Planeadores y Sistemas Electroniocs de Aviacion
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Lista de cotejo de la práctica
Número 17:
Motor de C.C. en paralelo.
Nombre del alumno:
Instrucciones:
A continuación se presentan los criterios que van a ser
verificados en el desempeño del alumno mediante la
observación del mismo.
De la siguiente lista marque con una 9 aquellas observaciones
que hayan sido cumplidas por el alumno durante su
desempeño
Si
Desarrollo
No
No
Aplica
® Aplicó las medidas de seguridad e higiene en el desarrollo de las
prácticas.
® Utilizó la ropa y equipo de trabajo.
™ Realizó la práctica con responsabilidad, limpieza, seguridad y trabajo en
equipo.
1. Acudió al taller o laboratorio y siguió las indicaciones del prestador de
servicios académicos.
2. Trabajó en el área apropiada del taller o laboratorio.
3. Seleccionó el material de acuerdo a la práctica.
4. Armó el circuito como se muestra en la figura y colocó los elementos
requeridos.
5. Anotó lo observado en la práctica.
6. Identificó cuales son las ventajas del motor de C.C. en paralelo.
7. Anotó algunas aplicaciones del motor de C.C. En paralelo.
8. Siguió el plan de trabajo en el desarrollo de la práctica.
9. Entregó el reporte con los requerimientos solicitados.
10. Limpió y guardó el material, equipo y herramienta utilizados en la
práctica.
11. Limpió el área de trabajo.
Observaciones:
PSA:
Hora de inicio:
Hora de término:
Evaluación:
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Autoevaluacion de conocimientos
1.
¿Qué partículas producen la electricidad?
2.
¿Cuál es la partícula más pequeña que conserva las características del compuesto?
3.
¿Cómo se logra que los electrones se escapen de sus órbitas?
4.
¿Qué es la corriente eléctrica?
5.
¿Qué es fuerza magnetomotriz?
6.
¿Qué es una bobina?
7.
¿Cuáles son los elementos básicos de un circuito?
8.
Describa el código de colores de las resistencias.
9.
Defina qué es circuito en serie.
10. Defina qué es circuito en paralelo.
11. Defina qué es circuito serie – paralelo o mixto.
12. ¿Qué es la corriente continua?
13. Mencione la ley de Lenz.
14. Describa el código de colores de los capacitores.
15. ¿Qué es una celda seca?
16. ¿Qué es una celda húmeda?
17. ¿Qué es un generador?
18. ¿De qué consta un generador de corriente continua?
19. ¿Qué es un motor de corriente continua?
20. ¿De qué consta un motor de corriente continua?
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Respuestas a al autoevaluacion de conocimientos
1. Las partículas diminutas llamadas electrones y protones.
2. La molécula.
3. Aplicando una fuerza o energía.
4. Es cuando se le aplica una fuerza a los electrones y estos se mueven en una dirección específica.
5. Es la fuerza magnetizante originada por la corriente que fluye en un alambre.
6. Es el numero des espiras devanadas helicoidalmente para formar un electroimán.
7. Una fuente de energía, alambres o conductores de conexión y un dispositivo que aproveche la energía eléctrica de
la fuente.
8. El código de colores, indica tanto el valor nominal como la tolerancia del resistor.
9. Es un circuito que tiene sólo una trayectoria para la corriente.
10. Es aquel en que existe uno o más puntos en donde la corriente se divide para seguir trayectorias diferentes.
11. Es aquel en que existen ramas separadas y también hay cargas en serie.
12. Es aquella que fluye sólo en una dirección.
13. Para cualquier cambio de la corriente, se produce una fem cuya dirección es tal que se opone a dicho cambio.
14. El código de colores de los capacitores indica tanto el valor de la capacitancia, tolerancia, clasificación de la
tensión y coeficiente de temperatura.
15. Estas tienen una pasta química.
16. Estas tienen un líquido químico.
17. Es un aparato que convierte la energía mecánica, en energía eléctrica, por la rotación de un grupo de conductores
dentro de un campo magnético.
18. un generador simple de corriente continua consta de un campo magnético, un conductor en forma de espira, un
conmutador y escobillas.
19. Es un aparato que transforma la electricidad de corriente directa, en movimiento rotatorio para efectuar un
trabajo útil.
20. Un motor elemental de corriente continua son un campo magnético, un conductor móvil, un conmutador y
escobillas.
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REFERENCIAS DOCUMENTALES
1. Harry Mileaf. Electricidad, serie 1 al 7. Ed. Limusa, 1991.
2. Problemas de Electricidad. Serie Mc Graw Hill, 1991.
3. Principios de Electricidad. Serie Mc Graw Hill, 1992.
4. Fundamentos de Electrónica. Ed. Paraninfo. 1991
5. Malvino. Fundamentos de Electricidad. Ed. Paraninfo, 1991.
6. Van Volkenburg, Electricidad Básica, Serie 1 al 5. Ed. Continental, 1981.
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