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INICIACIÓN A LA ELECTRÓNICA.

Aquí se supone que en un futuro, esperemos que no muy lejano, vaya un mini/micro/pico curso de electrónica básica. Intentaremos explicar con términos sencillos, y con las matemáticas justas, los principios de funcionamiento de los dispositivos electrónicos más comunes, así como los circuitos típicos de aplicación.

PÁGINA EN CONSTRUCCIÓN. No te molestes en seguir leyendo.


1.- Magnitudes eléctricas. Voltaje, Intensidad, Resistencia.

Llamamos carga eléctrica a la cantidad de electricidad que tiene un cuerpo. A pesar de que la materia -los átomos- es eléctricamente neutra, no ocurre así con las partículas que la componen.

Las partículas subatómicas que componen los átomos son: Protones: están en el núcleo y tienen carga positiva. Neutrones: están en el núcleo y no tienen carga, ni positiva ni negativa. Electrones: están en la corteza (las capas exteriores del átomo) y tienen carga negativa.

Los átomos son neutros eléctricamente. Esto quiere decir que no poseen carga neta, o lo que es lo mismo, que la suma de sus cargas positivas y negativas da cero. Sin embargo, la carga de un átomo puede verse alterada si su número de electrones aumenta (adquiere carga negativa) o disminuye (adquiere carga positiva).

Una carga eléctrica situada en el espacio, solo por el hecho de estar ahí, produce un campo eléctrico y provoca una fuerza de atracción o repulsión con otras cargas situadas dentro del campo eléctrico generado. Si las dos cargas eléctricas son del mismo signo se repelen, mientras que si son de signo contrario sufrirán una fuerza de atracción.

Vamos ahora a conceptos un poco más abstractos. Se dice que cuando tenemos un campo eléctrico presente, el potencial eléctrico de un punto del espacio es el trabajo necesario para trasladar una carga positiva desde un punto de referencia hasta el punto del espacio considerado.

Vamos a explicar esto otra vez para que se entienda mejor:

  • Supongamos que tenemos una carga positiva en un punto del espacio. Vamos a suponer también que esta carga es inmóvil.
  • Esta carga positiva origina un campo eléctrico a su alrededor.
  • Imaginemos ahora que tenemos una segunda carga eléctrica, esta vez negativa, situada a una distancia determinada de la primera (pongamos que 1 metro).
  • Dichas cargas, por el hecho de ser opuestas, experimentarán una fuerza de atracción.
  • Supongamos ahora que alejamos la segunda carga de la primera. Para ello tendremos que empujar la carga para vencer la fuerza de atracción.
  • Dicho de otra forma, estamos realizando un trabajo sobre la segunda carga para alejarla de la primera.
  • Como estamos realizando un trabajo, estamos empleando energía para realizar dicho trabajo.
  • Ahora hemos situado la segunda partícula a una distancia mayor que la inicial (digamos que 10 metros).
  • Pues bien, la partícula está ubicada ahora en un punto con un potencial eléctrico diferente que el punto donde estaba situada originalmente.
  • Debido a su nueva posición, la energía potencial eléctrica de dicha carga ha aumentado (recordemos que hemos empleado energía en desplazar esa carga, y esa energía se ha acumulado en forma de energía potencial eléctrica).

Ahora vamos a contar lo mismo, pero en lugar de campo eléctrico vamos a utilizar la gravedad:

  • Supongamos que tenemos una masa determinada en un punto del espacio. Vamos a suponer que dicha masa es el planeta Tierra y que podemos considerarla inmóvil.
  • Esta masa origina un campo gravitatorio a su alrededor.
  • Imaginemos ahora que tenemos una segunda masa, situada a una distancia determinada de la primera. Pongamos que dicha masa es un Arduino UNO que está en el suelo, y que está a una distancia de la primera masa (en realidad, del centro de la primera masa) igual al radio de la Tierra (obvio).
  • Ambas masas experimentarán una fuerza de atracción.
  • Supongamos ahora que alejamos la segunda masa de la primera, por ejemplo cogiendo el Arduino UNO y depositándolo en lo alto de un armario. Para ello tendremos que empujar el Arduino para vencer la fuerza de atracción producida por la Tierra.
  • Dicho de otra forma, estamos realizando un trabajo sobre el Arduino para alejarlo de la Tierra.
  • Como estamos realizando un trabajo, estamos empleando energía para realizar dicho trabajo.
  • Ahora hemos situado el Arduino a una distancia mayor que la inicial (digamos que 2 metros).
  • Pues bien, el Arduino está ahora en un punto con un potencial gravitatorio diferente al que tenía cuando estaba en el suelo.
  • Debido a su nueva posición, la energía potencial gravitatoria del Arduino ha aumentado (recordemos que hemos empleado energía en subirlo al armario, y esa energía se ha acumulado en forma de energía potencial gravitatoria).

Pues bien, si hemos entendido más o menos lo que significa el concepto de potencial eléctrico, ahora toca decir que lo realmente interesante de todo este rollo no es el potencial en sí, sino la diferencia de potencial. Vamos a dar una pista para que veáis a dónde queremos llegar: el potencial eléctrico se mide en Voltios (V).

Si soltamos una carga eléctrica en medio de un campo eléctrico, la carga se moverá desde donde esté hacia la zona donde su energía potencial sea menor (de la misma forma que cuando soltamos un objeto en un campo gravitatorio, se mueve hacia la zona donde su energía potencial es menor), y realizará un trabajo en su recorrido.

Dicho de otra forma, las cargas eléctricas se mueven de un punto a otro cuando existe una diferencia de potencial. Las cargas positivas se moverán de los puntos con potencial más positivo a los puntos con potencial más negativo, mientras que las cargas eléctricas se moverán de los puntos con potencial más negativo a los de potencial más positivo.

¿Y a qué viene todo esto del potencial y la diferencia de potencial? Pues bien, para conseguir que las cargas eléctricas se muevan, lo de situar una carga puntual en el vacío para que genere un campo eléctrico, etc… no resulta muy práctico. Pero hay muchas formas de producir una diferencia de potencial, que al fin y al cabo es lo que nos interesa.

Los métodos más habituales para producir una diferencia de potencial eléctrico son los químicos (baterías) y la inducción electromagnética (alternadores y dinamos).

Dado que el potencial eléctrico se mide en Voltios (V), la diferencia de potencial también se mide en Voltios, y es lo que comúnmente llamamos voltaje.

Por lo tanto, el resumen de todo esto es que el voltaje entre dos puntos es la diferencia de potencial eléctrico entre esos dos puntos, o dicho de otra forma, es la caída que experimentan las cargas cuando pasan de un punto al otro, equivalente a la caída que sufre nuestro Arduino desde lo alto del armario hasta el suelo.

Cuanto mayor es el voltaje, mayor es la diferencia de potencial y mayor es el salto o caída, y por lo tanto la energía o trabajo producido es mayor.

Ahora que conocemos el concepto de voltaje, vamos con la intensidad, y ya puestos, con la resistencia.

¿Recordáis el Arduino que teníamos encima del armario? Pues imaginemos ahora que en lugar de un arduino tenemos una caja llena. Todos esos Arduinos están al mismo potencial gravitatorio que cuando sólo teníamos uno, es decir, su voltaje es el mismo. Sin embargo, no es lo mismo que dejemos caer uno solo a que los dejemos caer a todos. Podéis hacer la prueba vosotros mismos: probad a dejar caer un Arduino sobre vuestro pie, y luego probad a dejar caer una caja entera. Comprenderéis que a pesar de que la altura es la misma en ambas caídas, una duele más que la otra (¿en serio me habéis hecho caso?).

Se llama intensidad de corriente eléctrica a la cantidad de carga eléctrica que circula a través de un medio por unidad de tiempo. La cantidad de carga eléctrica se mide en Culombios (C), y la intensidad de carga eléctrica en Amperios (A). Un Amperio equivale a la circulación de un Culombio por segundo. O dicho de otra forma:

I = Q / t

Así, en nuestra analogía gravitatoria, la intensidad sería el número de Arduinos que se caen del armario por unidad de tiempo. Deberíamos estar ya en condiciones de saber diferenciar entre voltaje e intensidad: el voltaje es la altura del armario, la intensidad es el número de Arduinos que se caen en cada segundo.

Ahora bien, ¿de qué depende el hecho de que caigan más o menos Arduinos por segundo? Aquí es donde toca introducir el otro concepto: la resistencia. Si nuestros Arduinos, en lugar de caer atravesando el aire, estuviesen en una piscina cubiertos de agua y cayesen hacia el fondo, veríamos que caen más despacio. El agua ofrece una mayor resistencia al paso de los Arduinos en comparación con el aire, y por eso los Arduinos caerían más lentamente, a un ritmo menor.

Este concepto es más fácil de entender que los otros dos, y es el que cierra el círculo. Llamamos resistencia eléctrica a la mayor o menor dificultad que encuentra la corriente eléctrica al atravesar un medio conductor.

La resistencia eléctrica se mide en Ohmios (Ω). La resistencia no es una propiedad intrínseca de cada material, sino que depende de la forma de cada conductor en cuestión. Sin ánimo de profundizar mucho en la teoría, solamente diremos que la propiedad intrínseca de cada material que indica el grado de permisividad al paso de la corriente eléctrica, es la conductividad eléctrica. Es la conductividad lo que nos permite clasificar los materiales en mejores o peores conductores. Asimismo, llamamos resistividad eléctrica a la propiedad contraria, esto es, al grado de oposición que muestra un material al paso de la corriente eléctrica.

Dicho de otra forma, la resistividad es la propiedad inversa de la conductividad:

ρ = 1 / σ

ρ = Resistividad

σ = Conductividad

Luego, para saber la resistencia que tendrá un conductor particular de una longitud determinada y con un espesor concreto, obtenemos la resistencia a partir de la fórmula:

R = ρ · L / S

R = Resistencia del conductor

ρ = Resistividad del material con el que está hecho el conductor

L = Longitud del conductor

S = Área de la sección del conductor

De esta última fórmula podemos deducir dos cosas:

  • Cuanto mayor es la longitud de un conductor, mayor es su resistencia.
  • Cuanto mayor es la sección de un conductor, menor es su resistencia.

Vale, fenomenal, ya nos has explicado lo del armario, los arduinos que se caen y todo eso pero, ¿qué es lo que se “cae” cuando hablamos de corriente eléctrica?

La corriente eléctrica se produce cuando se mueven cargas eléctricas a través de un medio, pero no existen cargas eléctricas así sin más, sino que lo que existe son partículas con carga eléctrica. Ya habíamos comentado antes que los átomos que forman la materia son eléctricamente neutros, pero que estaban formados por partículas que sí tenían carga eléctrica. De las dos partículas subatómicas que tienen carga eléctrica, protones y electrones, son estos últimos los que son capaces de moverse en ciertas condiciones y producir así la corriente eléctrica.

La mayor o menor libertad con la que se pueden mover los electrones depende del tipo de material que estemos considerando. Los metales ofrecen, por regla general, una buena conductividad eléctrica. Esto se debe a las propiedades del enlace metálico con el que se unen sus átomos. En un metal, la materia se organiza como una especia de “sopa” de átomos en los que los electrones más externos tienen una movilidad casi total y no pertenecen a ningún átomo en concreto. En esas condiciones, los electrones pueden moverse fácilmente a lo largo del metal. Y por eso los metales son excelentes conductores de la electricidad.

Otros materiales se comportan de una forma totalmente distinta. La sal común, por ejemplo, es un cristal iónico. Eso significa que está formado por iones (átomos con carga eléctrica) y no por átomos neutros. Los iones son átomos que han ganado o perdido electrones, con lo que su carga deja de ser neutra. Paradójicamente, aunque los iones podrían servir para que la carga eléctrica circulase por el material, resulta que forman una estructura cristalina, reticulada, en la que cada ión tiene su sitio y está fuertemente retenido por las fuerzas de atracción y repulsión electrostática que generan los iones vecinos. Los electrones en estos cristales no tienen movilidad y están fuertemente atraídos por los núcleos de los iones. Y los iones tampoco se pueden mover porque están inmovilizados en la estructura cristalina. El resultado de todo esto es que los cristales iónicos conducen muy mal la electricidad cuando están en estado sólido. Cuando están en estado líquido, o cuando están disueltos en un líquido, ocurre todo lo contrario: los iones pasan a estar libres y al no ser átomos neutros, la corriente eléctrica se establece cuando los iones positivos se mueven en una dirección y los iones negativos en la contraria.

En un conductor metálico, los electrones (con carga negativa, recordemos) se moverán desde el extremo con voltaje negativo hacia el extremo con voltaje positivo.

En una disolución de sal, los iones negativos se mueven hacia el electrodo positivo y a su vez los iones positivos se mueven hacia el electrodo negativo.

Anda, ¿pero entonces la corriente que pasa por un cable va del negativo al positivo? ¡Pero si de toda la vida nos han dicho que va del positivo al negativo!

Sí, es cierto. Es una mentirijilla que se ha mantenido durante unos cuantos siglos. Aunque llamarla mentirijilla sería injusto, y veamos por qué.

La existencia de la electricidad se conoce desde hace miles de años. La palabra electricidad mismamente viene del griego êlektron, que en griego significa ámbar. Y es así porque los griegos sabían que el ámbar era un material electrostático, que al frotarlo con otros materiales hacía unas cosas extrañas como atraer materiales ligeros, cabellos, etc… Vamos, lo que nosotros hemos hecho alguna vez con un globo y un jersey de lana.

Lo que ocurre es que los griegos conocían las propiedades del ámbar, pero no entendían muy bien el porqué de su comportamiento. No fue hasta después de unos cuantos siglos, a partir del S. XVI, cuando se comenzaron a conseguir avances importantes en el estudio del fenómeno eléctrico, y en consideración a los clásicos griegos que lo habían estudiado mucho antes, se le llamó electricidad.

Y claro, comenzar a estudiar un fenómeno tiene algunos inconvenientes, como asumir cosas que luego resultan ser al revés. Después de unos cuantos cientos de años de grandes avances en el conocimiento de la electricidad, resulta que a finales del S. XIX se descubre el electrón. Durante todo ese tiempo se había considerado siempre que la corriente eléctrica fluía desde el polo positivo hacia el negativo (que esa es otra, porque lo de positivo y negativo es otra convención más). Ahora, con la confirmación de la existencia del electrón y con su carga negativa, se sabía que la corriente eléctrica era en realidad un flujo de electrones que iba del polo negativo hacia el positivo.

Es bien sabido que el hombre es un animal de costumbres, y tener que darle la vuelta a una convención asumida desde hacía dos o tres siglos era muy difícil, así que se continuó considerando que el flujo de la corriente eléctrica era de positivo a negativo (lo que llamamos sentido convencional de la corriente eléctrica), aunque el sentido real fuese de negativo a positivo. Esto no trastocaba nada, ya que se trata solamente de un signo matemático.

Da igual considerar cargas eléctricas negativas que se mueven en un sentido, o cargas eléctricas positivas que se mueven en el sentido contrario. Además, también se habla muchas veces de corriente de huecos, ya que cuando un electrón se mueve deja un hueco que debe ser reemplazado por otro electrón que viene detrás. Los electrones se mueven en una dirección y el hueco se va moviendo en la contraria.

PERO YA ESTÁ BIEN DE HISTORIAS…

Conocemos el concepto de voltaje eléctrico, o diferencia de potencial. Es la altura de la “caída” que experimentan las cargas eléctricas cuando pasan de un extremo al otro de un circuito.

Conocemos el concepto de intensidad de corriente eléctrica. Es el número de cargas, o la cantidad de carga, que atraviesa un circuito por unidad de tiempo.

Conocemos, o intuimos, el concepto de resistencia eléctrica. Es la mayor o menor oposición que muestra un material ante el paso de la corriente eléctrica.

Bueno, pues atentos ahora porque llegamos al final del capítulo con un cierre espectacular: ¿cómo se relacionan voltaje, intensidad y resistencia entre sí?

Es el momento de presentaros a la Ley de Ohm.

2.- La Ley de Ohm (no, no vamos a hacer meditación).

Lo mejor para aprenderse la ley de Ohm es la terapia de choque, así que ahí va:

I = V / R

V = I · R

R = V / I

La Ley de Ohm viene a decir que la intensidad que atraviesa un circuito es directamente proporcional al voltaje entre sus extremos, e inversamente proporcional a la resistencia que ofrece ese circuito al paso de la corriente eléctrica. O dicho de otra forma:

  • Cuanto mayor es el voltaje aplicado a un circuito, mayor es la corriente que lo atraviesa.
  • Cuanto mayor es la resistencia ofrecida por un circuito, menor es la corriente que lo atraviesa.

De todo esto podemos deducir algunas cosas. Lo primero es que una sola de las magnitudes no define las condiciones de lo que ocurre en un circuito eléctrico. Podemos tener un circuito sometido a un voltaje muy alto, pero sólo ese dato no nos dice si la intensidad que lo atraviesa es muy alta, sino que necesitamos además saber su resistencia. Sólo cuando conocemos dos de las magnitudes podemos conocer la tercera.

Si vemos un circuito donde la intensidad de corriente es muy baja, no podemos deducir que se debe a que la resistencia es muy alta. Antes necesitamos saber el voltaje que hay entre sus extremos, y solo entonces podremos sacar conclusiones.

Como vemos, la Ley de Ohm es algo muy simple y que describe un fenómeno lineal (lo de lineal significa que sus magnitudes son proporcionales, directa o inversamente):

  • Bajo un voltaje constante: a más resistencia, menos intensidad.
  • Con una resistencia constante: a más voltaje, más intensidad.
  • Con una intensidad constante: a más resistencia, más voltaje.

Espera, espera… ¿cómo que con una intensidad constante? ¿Pero la intensidad no dependía de la tensión y del voltaje?

A modo de spoiler para que en un futuro no nos asombremos, vamos a hacer un pequeño inciso.

Estamos habituados a que todas las fuentes de energía eléctrica que conocemos y utilizamos en nuestra vida diaria, sean fuentes de voltaje constante. Así, en el enchufe de nuestras casas tenemos 230V (no, no, no son 220V como pensáis, la tensión oficial en España es de 230V desde el Real Decreto 842/2002). Y esos 230V estarán siempre ahí tanto si enchufamos el cargador del móvil, o si enchufamos la tostadora. Por eso se llaman fuentes de voltaje constante: porque su tensión no depende de la carga que conectemos.

Pues resulta que, además de las fuentes de tensión constante, existen también las fuentes de corriente constante. Son fuentes que suministran siempre la misma intensidad de corriente, sin depender de la carga que conectemos. Si conectamos una resistencia pequeña el voltaje que aparecerá entre sus extremos será pequeño, y si conectamos una resistencia grande también lo será el voltaje entre sus extremos.

Ahora bien, seguramente estéis pensando que una fuente de corriente constante no resulta de mucha utilidad ya que nunca sabremos el voltaje que va a resultar de ahí. Os parecerá algo absurdo. Pero no es más que una convención (como otras tantas). En nuestra casa la convención es que todo funciona a 230V, los fabricantes de electrodomésticos lo saben y nos dicen qué intensidad va a circular cuando los enchufemos (nosotros debemos comprobar si nuestra instalación soporta esa intensidad). Una convención igual de válida podría ser que en nuestra casa todo funcionase a 10A, y que los fabricantes nos dijesen el voltaje que iba a aparecer en el enchufe cuando los conectásemos (para que nosotros comprobásemos si nuestra instalación soporta esa intensidad).

En realidad, lo de usar el voltaje constante no es que fuese una decisión arbitraria, sino que derivó de aspectos prácticos: los alternadores generan un voltaje determinado cuando los hacemos girar a una velocidad concreta (y una batería genera un voltaje concreto en función de sus elementos químcos), así que la adaptación natural es la de usar un voltaje estandarizado y estandarizar la intensidad no sería más que una tontería, aparte de algo inviable. Por otro lado, los aislantes empleados en una instalación dependen de su voltaje, con lo que lo de los voltajes variables en función de la carga tampoco parece muy adecuado. Aunque las fuentes de corriente constante tampoco son algo inútil. Si llegamos algún día a escribir el capítulo sobre amplificadores, acabaremos hablando de ellas.

Pero bueno, dejémonos de tanta teoría y hagamos algunos cálculos para desperezarnos un poco.

Problema 1:

A una fuente de 48V conectamos una resistencia de 15Ω. ¿Qué intensidad circulará por ella?

I = V / R ⇒ I = 48V / 15Ω = 3.2A

Problema 2:

En un enchufe de 230V tenemos conectada una tostadora por la que pasan 5.8A. ¿Cuál es su resistencia eléctrica?

R = V / I ⇒ R = 230V / 5.8A = 39,65Ω

Problema 3:

A una batería de voltaje desconocido tenemos conectada una resistencia de 2200Ω, y medimos con un amperímetro que la intensidad que circula por ella es de 1,68mA. ¿Cuál es el voltaje de la batería?

V = I · R ⇒ V = 0.00168 · 2200Ω = 3.7V

(Ya sabemos que es una tontería medir con un amperímetro y luego calcular, cuando se podría haber medido con el voltímetro. Permitidnos alguna licencia, demonios.)


3.- Energía y potencia eléctrica.

La definición que se da en física a la energía es “la capacidad para realizar un trabajo”. Debido a ello, los términos trabajo y energía se confunden a veces, ya que se miden en las mismas unidades. El trabajo realizado sobre un sistema equivale siempre a la energía que se aporta al sistema. Si es el sistema el que realiza un trabajo, significa que cede energía al entorno.

Las unidad de energía del sistema internacional es el julio (J).

En cuanto a la potencia, no es más que la cantidad de energía que se aporta o que se recibe de un sistema por unidad de tiempo. Energía y potencia están relacionados, pero no son lo mismo. Podemos tener mucha potencia durante un breve periodo de tiempo, con lo que la energía total será pequeña, y podemos tener una potencia baja pero durante mucho tiempo, en cuyo caso la energía total no será despreciable. Si subimos nuestro Arduino muy poco a poco, estaremos desarrollando una potencia baja. Si lo hacemos rápidamente la potencia será mayor. Pero en ambos casos la energía aportada al Arduino será la misma.

La expresión matemática para la potencia será entonces:

P = E / t

, siendo E la variación de energía de un sistema, o bien el trabajo realizado sobre él.

La unidad de potencia del sistema internacional es el vatio (W).

Vamos a ver qué es la energía en un escenario de mecánica clásica. ¿Recordáis ese Arduino UNO que se caía desde lo alto del armario? Pues ese Arduino pierde energía potencial durante su caída, que se va convirtiendo en energía cinética (velocidad). Al llegar al suelo, esa energía cinética se emplea en realizar un trabajo: seguramente el Arduino haya sufrido alguna fractura, o alguna pieza se habrá deformado, e incluso una parte de la energía se habrá disipado en forma de calor.

Podemos decir que la energía potencial perdida por el Arduino se ha empleado en realizar un trabajo (romper algo, doblar un pin, etc…).

De la misma forma, cuando cogemos el Arduino del suelo y lo subimos de nuevo al armario estamos realizando un trabajo sobre él. Este trabajo que realizamos sobre el Arduino le aporta energía al mismo. ¿Qué tipo de energía? Pues energía potencial, ya que lo estamos trasladando desde el suelo hasta una posición más elevada. Más concretamente, la energía que le hemos aportado equivale al peso del Arduino (en Newtons) multiplicado por la altura a la que lo subamos.

Resumiendo:

  • Realizamos un trabajo sobre el Arduino → El Arduino aumenta su energía.
  • El Arduino realiza un trabajo (al caer) → El Arduino reduce su energía.

Si hablamos de la electricidad, lo que tenemos son cargas eléctricas moviéndose entre dos puntos de diferente potencial, pero la analogía es la misma. Una carga libre se moverá hacia el punto donde su potencial sea menor, y durante el proceso cederá energía al entorno. Si lo que queremos es que las cargas se muevan a puntos donde su energía potencial sea mayor, lo que hay que hacer es aportarles esa energía realizando un trabajo sobre ellas.

Cuantas más cargas se muevan de un punto a otro, más energía liberarán (o más energía habrá que aportarles, dependiendo de en qué sentido queremos que se muevan). Dicho de otro modo, la cantidad de energía implicada en un lapso de tiempo concreto será directamente proporcional a la cantidad de cargas que se muevan en ese intervalo de tiempo, y también será directamente proporcional al salto de potencial que experimenten dichas cargas.

Mmmmm…. Analicemos con un poco más de calma lo que acabamos de decir:

  • La cantidad de energía por intervalo de tiempo no es más que la definición de potencia.
  • La cantidad de cargas por intervalo de tiempo no es más que la definición de intensidad eléctrica.
  • El salto de potencial que experimentan dichas cargas no es más que el voltaje o diferencia de potencial que experimentan las cargas.

Por lo tanto, la expresión de la potencia eléctrica que nos queda es así de simple:

P = V · I

Las unidades en las que se mide la energía, como ya hemos dicho antes, son los vatios (W). Si lo que queremos es conocer la cantidad de energía, necesitamos saber la cantidad de tiempo durante la cual se desarrolla esa potencia, y no tenemos más que realizar la multiplicación:

E = P · t

Esta última fórmula es la misma que hemos dado antes para la potencia, pero ahora hemos despejado el término de la energía. Si la potencia era la energía por unidad de tiempo, la energía se puede definir como la potencia multiplicada por el tiempo.

En electricidad, lo más habitual es hablar de energía no en julios, sino en vatios·hora (W·h, o Wh). O más bien en su múltiplo, los kilovatios·hora (KW·h, o KWh).

Fijémonos muy bien en estas unidades, porque es muy frecuente interpretarlas mal:

  • Se leen como “vatios hora” o “kilovatios hora”, y no “vatios por hora” o “kilovatios por hora”.
  • Se escriben con un signo de multiplicación (W·h, KW·h) -aunque se puede omitir-, y no de división (W/h, KW/h).

Insistimos:

  • “kilovatios hora”: BIEN
  • “kilovatios por hora”: MAL
  • “KWh”: BIEN
  • “KW/h”: MAL

4.- La resistencia.

Ya hemos hablado antes de la resistencia eléctrica, así que no vamos a contar aquí nada nuevo. El fenómeno de la resistencia eléctrica es la oposición que muestran los diferentes materiales al paso de la corriente eléctrica.

Una resistencia convierte la energía eléctrica en calor. Así de simple. Hay ocasiones en las que eso es precisamente lo que queremos: calor. Pensemos en una estufa, o una plancha, o una cocina. Seguro que se os ocurren más casos.

Las resistencias, como componentes de un circuito electrónico, son elementos destinados a ofrecer la oposición necesaria para conseguir que la intensidad que recorre el circuito sea la que nosotros queramos o necesitemos. Energéticamente son un desastre, ya que no obtenemos de ellas ningún rendimiento (todo se pierde en calor). Pero las resistencias son algo necesario, ya que nos permite polarizar (veremos qué significa esto más adelante) correctamente los componentes activos (como los transistores) que necesitan funcionar bajo una intensidad de corriente determinada. Y sí, lo habéis adivinado: nosotros conseguimos la intensidad necesaria eligiendo la resistencia adecuada.

Pero no adelantemos acontecimientos y veamos cómo se comportan las resistencias, y sobre todo, cómo se comportan los grupos de resistencias cuando las conectamos entre sí.

4.1.- Resistencia equivalente en serie.

[poner aquí un circuito serie con dos resistencias]

En la figura de arriba podemos ver un circuito serie de dos resistencias. ¿Por qué se llama “en serie”? Pues porque una resistencia está conectada a continuación de la otra, en cadena (en otras palabras: en serie). Tampoco hay que ser muy listo, vamos.

Veamos qué podemos deducir de este tipo de circuitos:

  • La corriente que atraviesa una resistencia es la misma que atraviesa la otra. Efectivamente, si un extremo de la primera resistencia está unido solamente a la segunda, la corriente que sale de ese extremo no tiene más sitios por donde circular y el resultado es que la intensidad que atraviesa ambas resistencias será la misma.
  • La suma de las tensiones de cada resistencia es igual a la tensión total aplicada al circuito. Como podemos ver en el esquema, la tensión de la batería se aplica a los extremos de la cadena, luego la suma de tensiones parciales de cada una de las resistencias tiene que ser igual a la tensión que estamos aplicando al conjunto.

Tenemos claro que la intensidad es la misma en las dos resistencias, ¿no?. Pues entonces podemos decir que:

I = IA = IB

, o dicho de otra forma, que la intensidad que recorre el circuito es la que recorre cualquiera de las dos resistencias.

¿Cuál será la tensión presente en cada una de las resistencias? No tenemos más que aplicar la Ley de Ohm:

VA = IA · RA

VB = IB · RB

, pero hemos dicho que la intensidad es la misma para las dos resistencias, luego:

VA = I · RA

VB = I · RB

, y además sabemos que la suma de las tensiones parciales debe ser igual a la tensión total, luego podemos decir que:

V = VA + VB

V = I · RA + I · RB

, y si sacamos factor común de la expresión anterior, nos queda que:

V = I · (RA + RB)

Supongamos ahora que ese conjunto de dos resistencias en serie lo sustituimos por una sola resistencia equivalente. Cuando hablamos de resistencia equivalente nos referimos a que si la conectamos a la misma batería, circulará la misma corriente. Por eso se llama equivalente, porque se comporta igual.

En ese caso, tendríamos que al aplicar la Ley de Ohm a nuestra resistencia equivalente:

V = I · RE

Así que ahora no tenemos más que igualar las dos expresiones:

V = I · RE = I · (RA + RB)

, y si de la segunda igualdad eliminamos la intensidad que aparece multiplicando a ambos lados, nos queda:

RE = RA + RB

, que es la expresión que nos da la resistencia equivalente de dos resistencias en serie.

4.2.- Resistencia equivalente en paralelo.

[poner aquí un circuito paralelo con dos resistencias]

En la figura de arriba podemos ver un circuito paralelo de dos resistencias. ¿Por qué se llama “en paralelo”? Pues porque todas las resistencias están conectadas a los bornes de la batería.

Veamos qué podemos deducir de este tipo de circuitos:

  • La tensión o voltaje aplicado a cada una de las resistencias es la misma para todas, que además es la misma que la de la batería. Esto lo podemos deducir directamente del esquema: todas las baterías están conectados a los dos polos o bornes de la batería.
  • La intensidad que circula por el circuito es igual a la suma de las intensidades que circulan por cada una de las resistencias. Aunque nos estamos adelantando un poco y aún no hemos hablado de Kirchoff, se puede deducir también del esquema que la corriente que llega desde el polo positivo de la batería al punto de conexión superior se reparte entre las conexiones de las dos resistencias. Luego, a la salida de las resistencias, en el punto de conexión inferior, las intensidades se vuelven a sumar y parten hacia el polo negativo de la batería.

Tenemos claro que el voltaje es el mismo en las dos resistencias, ¿no?. Pues entonces podemos decir que:

V = VA = VB

¿Cuál será la intensidad que circula por cada una de las resistencias? No tenemos más que aplicar la Ley de Ohm:

IA = VA / RA

IB = VB / RB

, pero hemos dicho que el voltaje es el mismo para las dos resistencias, luego:

IA = V / RA

IB = V / RB

, y además sabemos que la suma de las intensidades de ambas resistencias es igual a la intensidad total que sale de la batería, luego podemos decir que:

I = IA + IB

I = V / RA + V / RB

, y si sacamos factor común de la expresión anterior, nos queda que:

I = V / (RA + RB)

Supongamos ahora que ese conjunto de dos resistencias en paralelo lo sustituimos por una sola resistencia equivalente.

En ese caso, tendríamos que al aplicar la Ley de Ohm a nuestra resistencia equivalente:

I = V / RE

Así que ahora no tenemos más que igualar las dos expresiones:

I = V / RE = V / (RA + RB)

, y si de la segunda igualdad eliminamos la intensidad que aparece multiplicando a ambos lados, nos queda:

1 / RE = 1 / (RA + RB)

, que es la expresión que nos da la resistencia equivalente de dos resistencias en paralelo.


5.- Dijimos POCAS matemáticas, pero no NINGUNA. Kirchhoff, Thévenin y Norton.

5.1.- Ley de corrientes de Kirchhoff.

5.2.- Ley de tensiones de Kirchhoff.

5.3.- Teorema de Thévenin.

5.4.- Teorema de Norton.


6.- El condensador.

6.1.- ¿Qué es un condensador?

6.2.- Comportamiento de un condensador en continua.

6.3.- Comportamiento de un condensador en alterna.

6.4.- Condensador equivalente en serie.

6.5.- Condensador equivalente en paralelo.


7.- La bobina o inductor.

7.1.- ¿Qué es una bobina o inductor?

7.2.- Comportamiento de una bobina en continua.

7.3.- Comportamiento de una bobina en alterna.

7.4.- Inductor equivalente en serie.

7.5.- Inductor equivalente en paralelo.


8.- Y llegó el Heavy Metal: AC/DC. Corriente alterna y corriente continua.

8.1.- Valor eficaz, valor medio, uy qué rollo...


9.- La Resistencia no lo abarca todo: la Impedancia.

9.1.- Reactancia capacitiva.

9.2.- Reactancia inductiva.

9.3.- Impedancia de un circuito RLC.

9.4.- Desfase entre voltaje e intensidad. El coseno de phi, ese gran desconocido.

9.5.- ¿Y qué pasa con la potencia? El postureo y la potencia aparente en tiempos de Instagram.


10.- Circuitos mixtos DC + AC.

10.1.- Teorema de superposición.


11.- Respuesta en frecuencia de los circuitos RLC.


12.- Filtros RC.

12.1.- Filtros paso-bajo.

12.2.- Filtros paso-alto.

12.3.- Filtros paso-banda y de rechazo de banda.


13.- La unión P-N. El diodo.

13.1.- El silicio semiconductor.

13.2.- El sicilio dopado (el "endrojao").

13.3.- Conducir pegados es conducir: la unión P-N y el diodo.

13.4.- Otros tipos de diodo. Sí, también hablaremos de los LED.

13.5.- Circuitos con diodos.

13.6.- Rectificación de corriente alterna.

13.6.1.- Rectificación de media onda.

13.6.2.- Rectificación de onda completa.

13.6.3.- Puente rectificador.


14.- La unión bipolar. El transistor BJT.

14.1.- Funcionamiento del transistor bipolar BJT.

14.2.- El transistor PNP.

14.3.- Polarización del transistor BJT.

14.4.- Montaje en base común.

14.5.- Montaje en emisor común.

14.6.- Montaje en colector común, o seguidor de emisor.


15.- El transistor UJT.


16.- Los transistores FET.

16.1.- El transistor JFET.

16.2.- Los transistores MOSFET.

16.2.1.- El MOSFET de deplexión o empobrecimiento.

16.2.2.- El MOSFET de acumulación o enriquecimiento.


17.- El DIAC.


18.- Hoy toca horóscopo: Géminis, este es tu día. El Tiristor o SCR.


19.- Géminis sí, pero con ascendiente Libra. El TRIAC.


20.- Los amplificadores operacionales.

20.1.- El amplificador operacional ideal.

20.2.- El amplificador operacional real. Ancho de banda.

20.3.- El amplificador operacional en montaje inversor.

20.4.- El amplificador operacional en montaje no inversor.

guias/iniciacion_a_la_electronica.txt · Última modificación: 2019/11/03 19:19 por Jose Manuel Mariño Mariño