Esta es la primera lección correspondiente al curso de electrónica que se confecciona en el sitio.
La corriente y el voltaje
- Breve Historia de la Electricidad.
- Electricidad y campo magnético.
- El lenguaje en Electricidad y Electrónica.
- Qué es el Voltaje.
- Qué es la Corriente.
- Qué es un Corto Circuito.
- Qué es un Circuito Abierto.
1-Breve historia de la electricidad
La electricidad como fenómeno natural siempre ha estado presente desde los mismos inicios del universo pero como ciencia, la electricidad y la electrónica tiene apenas un siglo de existencia no obstante el primer experimento registrado como tal tiene más de 26 siglos, es decir 2600 años, anterior al Imperio Romano.
Miles de experimentos han sido realizados por miles de personas en todo el mundo que han ido agregando su pequeño grano de arena al mundo y las investigaciones en electricidad y electrónica y aún faltan muchos más aportes por realizar y cosas por descubrir.
Gracias a los estudios y experimentos realizados en electricidad y electrónica el hombre puede predecir hoy que pasará cuando la energía eléctrica es generada, transportada y usada al servicio de la humanidad.
Thales de Mileto
Fue el científico griego Thales, hace ya 26 siglos, quien al encontrar una piedra amarillenta arrojada por el mar a la orilla descubrió que al ser esta frotada con un pedazo de piel atraía a pequeños pedazos de pajas, pelusas, pelos de su cuerpo, y otros.
Thales llamó a esta piedra elektron, palabra griega de la cual se deriva hoy en día el término electrón, electrónica y electricidad.
Esta piedra la conocemos en la actualidad como Ambar y muchos habrán realizado el experimento durante las clases de Física en secundaria básica o segunda enseñanza.
Thales también estudió otro tipo de piedra conocida como lodestone (magnetita).
El vió como esta piedra atraía pequeños pedazos de hierro , es decir, sucedía un fenómeno parecido al que hacía el ambar con las pelusas y su ropa y pensó que se trataba de la misma cosa.
Esto fue aceptado así durante mucho tiempo antes que se descubriese que se trataba de un error pues eran fenómenos diferentes.
No fue hasta el 1600 que el físico inglés llamado William Gilbert descubrió gran número importantes hechos que los tenemos por grandiosos hoy en día.
En su libro “On the Magnet” Gilbert dijo que el mundo mismo es un gigantesco magneto, con polos (puntos donde se concentra el magnetismo, como al extremo de una barra magnética) uno llamado el polo sur y otro el polo norte.
El tipo de electricidad descubierta por Thales en donde el Ambar frotada con un pedazo de cuero atrae a pequeñas piezas de papel, pelos, pelusas, etc., es conocido hoy en día como electricidad estática, lo que significa que no se mueve.
Este fenómeno puede ser experimentado por usted mismo si toma u peine o una barra de vidrio y frota so vigorosamente estos con un pedazo de seda. Al acercar el peine o la barra de vidrio a pequeños pedazos de papeles verá como estos son atraídos y quedan pegados a ellos durante un tiempo
Este fenómeno puede ser apreciado durante las estaciones seca cuando al pasar el peine (plástico) por un pelo seco y sin grasa escuchamos pequeños estallidos provenientes del peine.
Ese ruido no es más que descargas eléctricas a pequeña escala entre los dientes del peine en nuestro propio cabello. También sucede con ropas hechas con fibras de poliéster cuando nos las quitamos, o sábanas al destaparnos.
No todos los cuerpos humanos tienen la misma capacidad para almacenar cargas eléctricas, de producir electricidad estática.
Por ejemplo, quien escribe estas lecciones es practicante de Reiki y las descargas de electricidad estática de mi cuerpo son abundantes con los procederes descritos, el peine y las ropas o telas con poliéster.
Para comprobar la gran diferencia entre los dos fenómenos pruebe con el peine o barra de vidrio frotada con seda atraer pequeños pedazos de hierro, virutas o limallas del mismo material y verá lo que sucede.
Puede hacer el mismo experimento con un imán, el de un disco duro puede ser que son bien potentes, y tratar de atraer pequeños pedazos de papel, tela, o pelos.
Sin embargo si acercamos el imán a una pieza que contenga hierro esta se mueve hacia este o es atraída y pegada fuertemente a su superficie.
2-Electricidad y Campo Magnético
Siempre que exista un flujo de corriente eléctrica en un conductor también habrá un campo magnético en la zona cercana que rodea a este conductor.
Si se toman limallas de hierro (limaduras-pequeñas partículas, de hierro o acero en este caso, desprendidas de un pedazo de ese material al ser trabajado con una lima o cualquier otro material abrasivo) y se colocan cercanas alrededor de un conductor por el cual fluye una corriente eléctrica se observará que estas se organizan formando un círculo teniendo como centro al conductor. (fig. 3)
3-El lenguaje en Electricidad y Electrónica
La Electricidad y la Electrónica tienen su propio lenguaje y aunque no se tengan grandes conocimientos de estas materias muchos conocen algo de él por el extraordinario uso que se hace de ellas.
Para conocer a fondo el lenguaje de la Electricidad y la Electrónica se necesitarán años de experiencia, estudio y actualización constante como constante sea el avance y desarrollo de ellas.
Un electricista conocerá mejor los términos usados en su trabajo inclusive dependiendo de la rama de la electricidad a que se dedique y lo mismo sucederá con el especialista en electrónica; quien crea que se las sabe todas en electricidad y electrónica de seguro no conoce nada.
No obstante cuando se usan términos eléctricos por aquellas personas profanas en la materia de seguro conocerán de qué están hablando.
Tenemos el ejemplo del término “corto” (no corte como incorrectamente algunos dicen) o “corto circuito” que es generalmente usado para referirse a un problema eléctrico por personal no relacionado con el lenguaje eléctrico.
Muchos clientes que llegan con sus equipos a mi taller refieren cuando sienten olor a quemado, ruidos o calentamientos que creen que se trata de un “corto circuito” aún sin conocer nada de electricidad o electrónica.
Y no están muy alejados de la realidad, muchos de los problemas o fallas eléctricas son causa de ello; y no solamente de cortos sino también de “circuitos abiertos”.
Entremos de lleno en el tema del lenguaje eléctrico y electrónico comenzando con el Voltaje.
4- ¿QUÉ ES EL VOLTAJE?
El casi todos los seres humanos están oyendo hablar de voltaje desde que llegan a este mundo y se sabe que algunos equipos trabajan con 120 voltios mientras otros lo hacen con 220 voltios, 12 voltios, 6 voltios, etc., hay una amplia gama de aplicaciones que usan los más variados rangos de voltaje y los hay que trabajan de forma automática con voltajes de línea desde 90 voltios hasta 250 voltios gracias a las actuales fuentes de voltaje conmutadas y que fuera la firma coreana Gold Star (LG) la primera en desarrollar ese sistema. Pero qué es lo que realmente significa o expresa la palabra voltaje.
Podemos decir que el voltaje no es más que la presión o fuerza con que las cargas eléctricas son “empujadas” a través de un conductor.
Esta presión puede ser explicada como parecida a la presión que tiene el agua en una tubería y puede ser vista al abrir un grifo de agua.
Si no hay presión de agua esta no puede salir para ser usada para llenar un tanque elevado, regar las plantas, llenar la piscina o simplemente tomar un buen baño en la ducha; es la presión ejercida sobre el agua quien la hace fluir con mayor o menor fuerza.
Como sucede con el agua, en electricidad si no existe la presión que haga fluir los electrones por los conductores no se podrá hacer funcionar un motor, un televisor o simplemente encender una luz para alumbrar en la oscuridad.
Esta presión o tensión (voltaje) es quien fuerza a moverse a los electrones y crear una corriente eléctrica como la de un río y mientras mayor sea la presión ejercida para mover esos electrones y crear el flujo o corriente eléctrica, mayor será el trabajo o potencia que podrá realizarse con esa corriente.
Podemos comparar lo descrito en el párrafo anterior con el trabajo que se realiza para poder clavar una puntilla en dependencia de su tamaño en un pedazo de madera.
Mientras mayor es la puntilla a clavar, mayor será el martillo usado para golpearla como se muestra en la figura 5. Con el voltaje sucede lo mismo incluso cuando intentamos clavar una puntilla pequeña con un martillo muy grande, se puede estropear el trabajo.
El voltaje puede ser también comparado con la presión que existe en un tubo en forma de U con una válvula en su centro inferior como se muestra en la figura 6-a.
Mientras más líquido se eche en el tubo mayos presión será ejercida sobre la válvula aunque no exista flujo de corriente, es decir, se “acumula” la presión del líquido dentro del tubo situado a la izquierda.
Cuando la válvula es abierta entonces se produce el flujo del líquido desde el tubo de la izquierda al tubo de la parte derecha y la velocidad con que se llene dependerá de la cantidad de líquido acumulada en el de la izquierda.
El flujo o corriente del líquido continuará de un tubo al otro hasta que se equilibren las presiones en cada uno y se detenga el flujo como se aprecia en la figura 6-b.
El voltaje puede ser explicado entonces como un desequilibrio de presiones, es decir, debe existir esa condición para que exista un voltaje, el desbalance de presión.
Los electrones fluyen por un conductor mientras exista la condición de desbalance o desigualdad de la presión necesaria para moverlos. Una vez esa presión cesa porque otra igual y contraria a ella la contrarresta, el flujo de electrones también se detiene.
Tomemos ahora una batería (figura-7) como acumulador o almacén de cargas eléctricas, representado como el tubo de la izquierda en la figura 6-a. Si colocamos un reostato o reótato – la real academia lo acepta en sus dos formas – esté hará las veces de la vávula en la figura 6.
En serie con el reostato y la batería situamos una carga que será en este caso una lámpara incandescente con un consumo cercano al límite de corriente que puede ser tomado de la batería.
Cuando el reóstato, que no es más que una resistencia variable, está en el Punto A de la fig.7 lámpara consume su máximo de corriente, alumbra más y la batería se descarga más rápido.
En el circuito de batería-reóstato-lámpara, cuando la flecha se desplaza sobre la resistencia el consumo de corriente de la lámpara se hará menor cada vez hasta que llegado al Punto B la lámpara dejará de iluminar por estar el circuito abierto.
En el punto A la batería se descarga más rápido, cercano al punto b, o en el punto de mayor resistencia del reóstato, la batería se descargará más lento.
Si en lugar de la lámpara y el reóstato se coloca solamente un alambre entre los bornes de la batería esta se descargará rápidamente, se calentará y quedará inservible porque se forzó a fluir una corriente mayor que la que puede entregar la batería.
Eso sucederá con cualquier tipo de fuente de voltaje que no tenga protección contra corriente excesiva o protección contra sobre carga.
Lo mismo sucede con los modernos dispositivos para escuchar música como los reproductores de MP3, teléfonos, laptop y otros dispositivos portables alimentados por baterías. Si se sube el volumen de audio de los dispositivos MP3 o de un teléfono móvil la batería durará menos.
Si la pantalla o display tiene mucho brillo pues sucede lo mismo, se acorta el tiempo de duración de la batería.
La presión eléctrica o voltaje es medida en Voltios o Volts en inglés. Un circuito con 100 voltios tiene el doble de presión que un circuito de 50 voltios, o visto de otra forma, un circuito de 50 voltios tiene la mitad de la presión que uno de 100 voltios.
Los equipos y elementos elementos eléctricos están diseñados para operar sobre un voltaje en particular.
Si se intenta operar a un voltaje superior o a otro tipo de voltaje (AC en lugar de DC) puede suceder o que el elemento no funcione o que este explote o se queme como consecuencia de un voltaje aplicado fuera de parámetro.
Tomemos el ejemplo de un teléfono móvil; si se le alimenta para cargar batería con 12 voltios en lugar de los 5 voltios con que normalmente deben ser alimentados, el teléfono se rompe y sufre grandes daños.
No son pocos los que han puesto a cargar directamente de forma equivocada su dispositivo móvil directamente desde una toma de AC de 110 o 220 voltios.
También puede suceder que se alimente un TV LED con menos de 90 voltios, voltaje mínimo con el que trabaja su fuente auto volt.
Si eso sucede porque baja el voltaje en la línea de alimentación de AC, la fuente del TV LED será dañada porque el elemento oscilador no podrá realizar su trabajo de conmutación y puede quedar en un estado de conducción lo que sobre calentará algún que otro componente y dejará de funcionar.
5- QUÉ ES LA CORRIENTE
La corriente es el movimiento de electricidad a través de un conductor o alambre y los componentes eléctricos, este movimiento es parecido al flujo de agua por una tubería.
El caso es que el flujo eléctrico no puede ser observado como pudiera ser el del agua por una tubería transparente. Es difícil imaginar cómo se mueve la electricidad por un cuerpo sólido como lo es un alambre pero eso sucede gracias a que en la composición de los cuerpos sólidos hay espacio vacíos, en unos más y en otros menos, pero existen.
Si los metales fueran realmente sólidos, es decir, sin espacios vacíos, un pedazo de metal del tamaño de la cabeza de un alfiler ¡pesaría un millón de toneladas!
Una pieza de metal o de cualquier otra sustancia está compuesta por átomos que, en comparación con su tamaño, están bastante alejados unos de otros.
Si se llevan a escala esos átomos para que alcancen el tamaño de la tierra las distancias entre ellos serían comparables a la que existe entre la tierra y el sol.
La electricidad está compuesta por electrones los cuales son más pequeños que los átomos y como se podrá ver de la comparación realizada entre la tierra y sol y la distancia entre ellos estos tienen bastante espacio por donde moverse pero su movimiento es tan rápido que cubren esas distancias sin problemas, a la velocidad de la luz.
Es muy fácil para cualquier persona no muy familiarizada con la electricidad y la electrónica confundir el voltaje con la corriente y viceversa. No obstante existir grandes diferencias entre corriente y voltaje ellos están muy vinculados entre si, un no existe sin el otro.
El voltaje es quien mueve los electrones creando el flujo de estos por un conductor lo que se conoce como corriente eléctrica. No puede existir una corriente si no hay movimiento de electrones. La electricidad que no se mueve se llama electricidad estática sobre la cual ya hablamos en la introducción de esta lección.
La electricidad estática es la que hace que su ropa con un tipo de tela determinada y seca suene al quitársela, son como unos pequeños estallidos que no son más que pequeñas descargas eléctricas o truenos entre su ropa y su cuerpo y ocurren en días secos, generalmente durante el invierno.
La electricidad estática es un problema general en muchos circuitos eléctricos modernos compuestos por MOSFET y circuitos integrados compuestos por ese tipo de transistor pues los daña y por eso se deben tomar medidas al trabajar en ellos o almacenarlos y transportarlos.
La electricidad estática es la responsable de las descargas atmosféricas y se vuelven muy peligrosas por sus altos valores en voltios. No obstante la electricidad estática tiene múltiples aplicaciones pero la corriente eléctrica o electricidad en movimiento es la de mayor uso por el hombre.
Es la corriente eléctrica la que alumbra una lámpara, calienta un horno, y hace mover a un motor. Pero para que exista una corriente eléctrica, para que esta se mueva, debe existir un voltaje, una bomba que la impulse, o para mejor decir técnicamente, una fuente que la genere.
Entonces la corriente y el voltaje necesitan del trabajo común para realizar su función. Para ser más técnicos, decimos que la corriente y el voltaje son necesarios para producir potencia.
De hecho, la potencia eléctrica, la cual se mide en watts,se halla con la multiplicación del voltaje por la corriente.
Como se ha planteado anteriormente:
- el voltaje se mide en volts,
- la corriente se mide en amperes.
PREGUNTAS DE CONTROL.
1. El voltaje es a la electricidad como la _______ es al agua en las tuberias.
2. Una presión eléctrica de 90 voltios es _____ veces mayor que una de 30 voltios.
3. Los equipos eléctricos (trabajan) (no trabajan) todos con el mismo voltaje.
4. Antes de poder realizar un trabajo con electricidad se debe tener (voltaje) (corriente) (corriente y voltaje).
5. La cantidad de corriente en un circuito es medida en (voltios) (amperes) (watts).
6. Si se conectan 120 voltios a los conectores de la bateria de un radio de 9 voltios el radio debería (trabajar normalmente) (no trabajar pero sin rotura) (sufre un daño severo y es posible que salga humo y se escuche un estallido).
Responda a las preguntas sin revisar la lección y luego compruebe sus respuestas con la lectura del material estudiado y haga énfasis en las respuestas en las que falló.
6-QUÉ ES UN CORTO CIRCUITO
Un corto o corto circuito ocurre cuando dos o más alambres en un circuito se unen, metal con metal. Si a dos alambres en una extensión eléctrica o el cordón de alimentación a un equipo les falla el aislamiento con que vienen recubiertos y se unen, debería ocurrir un corto circuito.
En la figura 8 está representado un cordón eléctrico en corto circuito.
Algo así debería causar que los fusibles de la casa se fundan o el breaker (interruptor corta circuito) se dispare.
Al unirse esos dos conductores que forman el cordón eléctrico se producen chispas y un fuerte estampido, además de calentarse el cable entre el toma de corriente y el lugar del corto.
La luz de la lámpara no encenderá porque no llegará la corriente eléctrica a ella pues se va por el camino más corto, tampoco sufrirá ningún daño pues no recibió energía.
Un simple corto circuito como este, si no hay la suficiente protección eléctrica en el hogar, oficina u otro local, puede iniciar un funesto y devastador incendio.
Por eso en todo lugar en donde se trabaja con la electricidad tiene que haber protección eléctrica contra corto circuito.
Pero ese no es el único tipo de corto que se puede encontrar, también existen otros que no causan incendios pero que son causas de desperfectos en equipos eléctricos y electrónicos como se muestra en la figura 9.
En ese caso un iPod se desea amplificar por un Teatro en Casa para escuchar la música por las salidas de sus altavoces pero no se escucha la música porque el cable de salida de audio que debe llevar esa señal a la entrada de audio del Teatro en Casa está dañado su aislamiento y unidos sus tres conductores de audio, canal de audio derecho, canal de audio izquierdo y común, masa o tierra de audio.
Eso no debería provocar ningún problema a la entrada del Teatro en Casa pero si puede dañar la salida de audio del iPod pues el corto circuito sobrecargaría la misma.
Un circuito abierto es más usual que un corto circuito en las aplicaciones eléctricas. La figura 10 está representando un ejemplo de circuito abierto. En este caso es una vía la cual se interrumpe por un puente levadizo, lo cual hace que la vía esté abierta o interrumpe el tráfico.
En un circuito eléctrico sucede lo mismo, solo que la vía es sustituida por los conductores de la electricidad, los alambres, y el puente por un interruptor de corriente o un alambre o conductor roto.
Lo que debe quedar claro es a lo que se le llama circuito abierto que no es más que la interrupción del paso de la corriente a través de un conductor en un circuito eléctrico.
Preguntas de control
- Si en un cordón eléctrico se pierde el aislamiento y sus dos cables o alambres conductores se tocan estamos en presencia de (un corto) (un circuito abierto).
- Cuando se conmuta el interruptor de las luces en su casa a la posición ON o encendido, estamos en presencia de (un corto) (un circuito abierto).
- ¿Qué es lo que puede causar un incendio, un corco circuito o un circuito abierto?
- Cuando se produce un corto circuito anterior al elemento de carga o consumidor de energía eléctrica (una lámpara, un motor, etc.) como en la figura 8, el elemento consumidor o carga (no sufrirá daños) (sufrirá un daño severo).
- Como consecuencia de un fenómeno atmosférico (huracán, tornado, tormenta eléctrica, etc.) los cables de transmisión de la electricidad se parten, estamos en presencia de (un corto circuito) (un circuito abierto).
Esta lección es sumamente básica y está confeccionada para aquellos que no conocen nada de electricidad, por eso las explicaciones sobre corriente eléctrica (intensidad), presión eléctrica (voltaje), circuito abierto y en corto.
En lecciones que le seguirán se estudiarán al detalle en correspondencia con el nivel de bachiller que se debe tener para la correcta asimilación del contenido. NO obstante cualquier persona interesada en aprender electrónica con un nivel básico de enseñanza asimilará sin problemas los contenidos.
Lo que debe quedar claro es a lo que se le llama circuito abierto que no es más que la interrupción del paso de la corriente a través de un conductor en un circuito eléctrico.
