5.- COMPROBANDO LA LEY DE OHM CON EL POLIMETRO

Utilizando el polímetro, compruebe los valores del post anterior.

Haga fotografías y videos de los montajes sobre la placa. Con las capturas de pantalla de las simulaciones, los cálculos, las gráficas y las fotografías realice un informe sobre la ley de OHM

6.- EL DIODO

El primer componente de estado sólido que vamos a estudiar es el diodo. Un diodo se consigue cuando sobre una misma oblea de silicio se dopan una de las zonas como tipo p y otra como tipo n. Es lógico pensar que los huecos tienden a unirse con los electrones y generan en la zona de unión pn una zona de recombinación, un movimiento de cargas ( y por lo tanto una intensidad) y un potencial asociado a dicho movimiento de carga. Sus valores sólo dependen de las condiciones de fabricación del diodo. Pero la forma de dicha cantidad de cargas en movimiento y de la tensión asociada a ellas siempre es la misma y se ha mostrado en la siguiente imagen.

En dicha curva características se distinguen dos zonas. Una en la que el diodo se conecta en polarización directa (p al polo positivo y n al polo negativo). En estas condiciones si aplicamos la ley de Ohm podremos obtener la denominada recta de trabajo, del diodo

Si representamos dicha recta de trabajo sobre la característica del diodo da lugar a un punto denominado punto de trabajo. Generalmente dicho punto de trabajo suele corresponder a una tensión de saturación del diodo de 0,7 V

Si conectamos el diodo en polarización inversa, el área de recombinación se opone al la corriente, por lo que hasta que no se supera dicha barrera no se produce la conducción.

La mayoría de los diodos se conectan en polarización directa a excepción de los diodos denominados zener que se utilizan como estabilizadores de tensión.

          La principal aplicación de los diodos es como rectificadores. Cuando conectamos un diodo a una corriente alterna conduce sólo cuando la conexión es en polarización directa. Cuando la polarización es inversa no conduce la corriente eléctrica. El resultado es el que se presenta en la figura.

        Si al efecto del diodo se le añade un temporizador formado por un condensador, se consigue que la corriente alterna se asemeje mucho a la corriente continua. Diferenciándose sólo por un pequeño rizado que se puede eliminar añadiendo un rectificador. Es decir, un diodo zener, que según la característica del diodo debe conectarse en polarización inversa y comienza a conducir sobrepasada cierta tensión con una intensidad constante que dependerá del diodo utilizado.
       El conjunto anteriormente descrito es una fuente de alimentación. Las fuentes de alimentación transforman la corriente alterna en continua y son utilizadas para alimentar de energía a casi todos los aparatos electrónicos, como ordenadores, móviles, portatiles, tablets, etc..-

         El primer elemento de la fuente es un transformador que consiste en dos bobinas, que utilizan la variación del flujo magnético con el tiempo para modificar los valores de la corriente alterna (tensión e intensidad).

ACTIVIDADES

1.- Calcular la intensidad que circula por un circuito formado por un diodo led verde y una resistencia de 2 K sabiendo que la alimentación son 5V. Utilice el programa cocodrile clip para ajustar los valores de tensión y resistencia que hacen que el diodo llegue a lucir. Y recalcule sus valores de intensidad y resistencia. 

2.- Repita el ejercicio anterior utilizando LED´s rojos y amarillo

3.- ¿Qué ocurre si cambia la polaridad de la pila en los circuitos anteriores?

4.- MÁQUINAS ELÉCTRICAS

Ya hemos hablado del efecto Joule, consistente en la degradación de la energía en forma de calor. Pero existe otro efecto debido a la existencia  de las cargas en  movimiento que es mucho más interesante desde el punto de vista tecnológico. Cuando una carga se mueve, se crea un campo magnético asociado al movimiento de dicha carga. 

Este efecto descubierto por Oersted ha dado origen al electromagnetismo. La primera aplicación del mismo son los electroimanes. Cuando tenemos un arrollamiento de hilo de cobre, también denominado bobina, y le hacemos pasar una corriente eléctrica, Se crea en los bordes un campo magnético. Dicho campo magnético se puede emplear para subir materiales pesados como es el caso de las grúas. Pero también se puede utilizar para, mediante un mecanismo de palanca, hacer hacer de comutador. Es el caso de los Relés. Los relés están formados por un primario que es una bobina y que al ser alimentada mediante un mecanismo de palanca hace que se modifiquen las conexiones del secundario. 

Pero aunque esta aplicación es muy interesante, las aplicaciones de mayor importancia del electromagnetismo, en el mundo de la técnica, son las denominadas máquinas eléctricas. Una máquina es un objeto capaz de transformar energía (en este caso electrica) en trabajo generalmente mecánico. Las máquinas eléctricas pueden ser estáticas, como el transformador o rotatorias. Estas últimas son las comenzaremos a explicar. Las máquinas eléctricas rotatorias o rotativas,  constan de dos partes principales una estática denominada estator y otra que gira denominada rotor.El estator suele ser un imán o un electroimán. En definitiva crea un campo magnetico. El rotor es un conjunto de bobinados que gira. LLegados a este punto, esencialmente se pueden dar dos tipos diferentes de funcionamiento

a) Alimentamos al rotor con una corriente eléctrica. En dicho caso en el rotor se genera un campo magnético que interactúa con el campo magnético del estator. Esto crea un par que hace que el rotor gire. Por lo que funciona como motor. Pero cuando el rotor ha girado 180º, hay un cambio de polaridad y por lo tanto también cambia el sentido del par. Por ello, para que el giro se complete, es preciso colocar unas escobillas que, en cada semiperiodo, cambién la polaridad del rotor. Pero, además, al producirse una variación con el  tiempo de la cantidad de líneas de campo que atraviesan el rotor, se produce una corriente eléctrica (por efecto de Farady- Lenz)  que se opone a la alimentación del rotor, y recibe el nombre de fuerza contraelectromotriz. El par que el motor es capaz de mover dependerá de todos estos efectos electromagnéticos.

b) Si lo que hacemos es mover el rotor mecánicamente, existe una variación del flujo magnético,que da lugar a una corriente alterna en los bornes del rotor. Si colocamos un anillo rozante conseguimos que dicha corriente alterna se convierta en continua, y la máquina se denomina dinamo. 

Claramente los efectos electromagnéticos simpre van unidos.

La última máquina eléctrica que vamos a describir es el transformador. Un transformador es una máquina eléctrica estática. Sólo funciona en corriente alterna. Se utiliza con la finalidad de elevar o reducir la tensión. De esta manera su transporte supone menores pérdidas energéticas. Un transformador consiste en dos arrollamientos sobre un mismo núcleo de hierro. Uno de los arrollamientos se denomina primario, el otro se denomina secundario. La relación de voltajes en los arrollamientos es directamente proporcional al número de espiras de los mismos. Para que el transformador funcione es preciso que el flujo magnético varíe con el tiempo y por ello sólo puede funcionar con corriente alterna. La relación del número de espiras se denomina relación de transformación. Por consideraciones electromágneticas, se cumple los siguiente:

N1/N2 = V1/V2= I2/I1

En cuanto a su configuración existen transformadores de muy diversos tipos. En todos ellos el núcleo de hierro está laminado para disminuir las pérdidas energéticas debidas a la generación de corriente de Focoault en el núcleo de hierro. Por la misma causa, los núcleos de hierro y los arrollamientos se barnizan.

EJERCICIO

Diseñe un circuito que sea capaz de invertir el sentido de giro de un motor. Después de haberlo diseñado construyalo. Finalmente aplique dicho circuito a algún proyecto sencillo. 

3.- CIRUCITOS SERIE, PARALELO Y MIXTO

Lo más común es que conectemos más de un elemento en un circuito. Por ello, es importante que estudiemos dos conexiones básicas que son la conexión en serie y la conexión en paralelo. Para ello, utilizaremos el teorema de conservación de la energía. Según dicho teorema la energía proporcionada por la pila debe repartirse entre los elementos activos en dónde se producen las correspondientes transformaciones. Sin embargo, siempre existe un efecto de degradación de la energía que transforma dicha energía en calor. Dicho efecto se denomina efecto Joule, y algunos elementos como las estufas y las bombillas lo utilizan para producir calor. Pero en lineas generales es un efecto energeticamente negativo, ya que el calor es una forma de energía más degradada y por lo tanto con menos exergía que la electricidad. Si despreciamos los efectos exergeticos y las pérdidas por efecto Joule, podremos hacer un estudio de las conexiones en serie y paralelo

Conexión en serie.
Se caracteriza porque todos los elementos se unen mediante un mismo cable, por lo tanto por todos ellos circula la misma intensidad de corriente.

Balance de energía

E (pila) = Suma ( Energías de los elementos)
IV t = I1 V1 t + I2 V2 t

El tiempo y la intensidad son iguales, reusltando

V = V1 +V2

Si aplicamos la ley de OHM

I R = I1 R1 + I2 R2

Volvemos a considerar que las intensidades son iguales y resulta

R = R1 + R2

Conexión en paralelo

En este caso  todos los elementos se unen a un mismo punto del circuito. La intensidad a la entrada de dicho punto, denominado nudo, se reparte entre las diferentes ramas.  Pero aplicando el principio de conservación de la carga

I t = I1 +I2

Ahora aplicando la ley de Ohm

V/ R = V1/ R1 + V2/ R2

La tansión en dichos puntos es la misma, resultando finalmente

1/R = 1/R1 + 1/R2

Con estas dos conexiones básicas, es posible resolver cualquier tipo de circuito. Para ello basta con conocer, los nudos, las ramas y las mallas. Para resolver circuitos complejos se utilizan las denominadas leyes de Kirchhoff

1.- La  intensidad que entra en un nudo debe ser igual a la suma de las intensidades que salen
2.- En una malla debe cumplirse la ley de Ohm.


En la práctica, se comienza por identificar las mallas (que son circuitos conductores cerrados). En cada malla se asigna una intensidad y un sentido. Después se aplica la ley de OHM.

EJERCICIOS 

1.- Se tienen dos resistencias de 5 K ,  10 K   y una pila de 9 V. Calcule los valores de resistencia equivalente, tensión y voltaje total y en cada resistencia en los casos siguientes

a) Si se conectan en serie
b) Si se conectan en paralelo.

Utilice la hoja de cálculo y cocodrile clip para resolver ambos casos.

HOJA DE CALCULO 
Ejercicios 

2.- LA LEY DE OHM

Las 3 magnitudes eléctricas básicas, se relacionan mediante la LEY DE OHM

V=I*R

Los circuitos eléctricos constan principalmente con 4 tipos de elementos, que son:

1.- Los generadores capaces de suministrar energía. Los generadores proporcionan la energía necesaria para que se muevan las cargas. Existen principalmente dos tipos de generadores: de corriente continua y de corriente alterna. La característica de los generadores es la denominada fuerza electromotriz. Volveremos sobre este contenido más adelante.

2.- Los elementos activos son capaces de convertir la energía eléctrica en otros tipos de energía. Son lámparas, zumbadores, motores. Si no se sabe nada resistencias.

3.- Elementos de control y maniobra como conmutadores, pulsadores, etc que controlan el paso o no paso de la corriente electrica

4.- Elementos de protección. Entre otros destacan los fusibles.

La cuestión es que para indicar las conexiones en los circuitos los dibujos de los componentes resultan muy complicados. Por ello, existen símbolos normalizados que representan dichos componentes electrónicos. Para hacer que el diseño de circuitos nos resulte más sencillo, utilizaremos el programa denominado cocodrile clips.

Comencemos con un circuito muy sencillo

1.- Calcule los valores de Intensidad, resistencia y voltaje.
2.- Monte el circuito sobre una placa breadboard y compruebe los valores que ha calculado en el apartado anterior.

Puede ampliar la imagen para comprobar que 9,60 V corresponde al voltaje de la resistencia y que el polimetro está montado en paralelo. Mientras que 6,48 m A corresponde a la intensidad. Con estos valores, calcule el valor de la resistencia

1.- CONCEPTOS BÁSICOS DE ELECTRICIDAD

Saber diseñar e interpretar circuitos eléctricos y electrónicos es una parten importante de la TECNOLOGIA en 2º de la ESO. Su aprendizaje resulta más sencillo si se entremezcla con pequeños montajes y simulaciones. 

Aqui teneís una presentación con algunos de los conceptos básicos. En otros POST se ampliará dicha presentación y se completará con algunos ejercicios sencillos, tanto teóricos como prácticos.

PRESENTACIÓN