Electricidad

Fenómenos relacionados con la presencia o movimiento de los electrones.

Corriente eléctrica

Movimiento de los electrones originado por las diferencias de carga.

• Corriente continua (CC): Sigue siempre el mismo sentido.
• Corriente alterna (CA): Cambia de sentido constantemente, alternando la polaridad +/- decenas de veces por segundo.

Circuitos eléctricos

Caminos que configuramos para hacer pasar los electrones y aprovechar la energía de su movimiento para convertirla en luz, calor o movimiento, para transportar y procesar información o para cualquier otro uso.

Ejemplos

• Bombilla alimentada con una pila controlada por un interruptor.
• Mediante dos conmutadores podemos controlar una lámpara desde dos puntos. Es un sistema de conexión muy usado en viviendas.
• Circuito inversor de giro de un motor eléctrico mediante un conmutador de cruce.

Resistencia

Dificultad que ofrece un cuerpo al paso de la corriente eléctrica. Se representa con la letra R y se mide en ohmios.

• Conductores: Ofrecen poca resistencia.
• Aislantes: Ofrecen mucha resistencia.
• Semiconductores: Pueden ser aislantes o conductores dependiendo de lo que se necesite.

Voltaje

Diferencia de energía potencial de los electrones entre dos puntos de un circuito. Los electrones suelen ir desde donde hay menos potencial eléctrico hasta donde hay más. Se representa con la letra V y se mide en voltios.

Intensidad

Cantidad de electrones que pasan por un cuerpo en cada unidad de tiempo. Se representa con la letra I y se mide en amperios.

Conexión en serie

Un elemento se conecta a continuación del otro, teniendo un solo nodo en común. La intensidad es la misma y la tensión total es la suma de las tensiones de cada componente.

Conexión en paralelo

Todos los elementos están unidos por dos nodos. La tensión es la misma y la intensidad total es la suma de todas las intensidades.

Electromagnetismo

Cuando a través de un conductor pasa corriente eléctrica, se crea un campo magnético a su alrededor. Y cuando un conductor es sometido a variaciones de un campo magnético, en su interior se genera una corriente eléctrica (inducción eléctrica). La corriente generada se llama corriente inducida.

Electroimanes

Núcleo de material ferromagnético y un hilo conductor bobinado a su alrededor (bobinas). Sirven para crear campos magnéticos muy potentes para aplicaciones prácticas. Ejemplos: micrófonos, altavoces, dínamos.

• Micrófonos electrodinámicos: Las vibraciones de las moléculas del aire hacen vibrar un diafragma que activa una bobina en un campo magnético. Este movimiento de la bobina respecto al campo magnético genera una corriente eléctrica que tiene la misma forma que la onda sonora.
• Altavoces: Hacen pasar la corriente eléctrica por una bobina situada en un campo magnético constante, de modo que la bobina actúa como un electroimán cuya polarización va cambiando según la forma de la corriente eléctrica. De este modo, la bobina es atraída y repelida alternativamente, vibra al ritmo que marca la corriente y hace vibrar una membrana a la que está conectada. Esta empuja las moléculas de aire que la rodean y genera sonido.

Relé

Dispositivo que se usa para controlar un circuito desde otro. El circuito primario suele ser un circuito electrónico de poca potencia, con intensidades y voltajes pequeños, y el secundario, de alta potencia. Tiene cuatro conectores: dos correspondientes al circuito primario o de control y dos al secundario o de potencia. En la parte del relé del circuito primario hay una bobina que, cuando pasa corriente, actúa como un electroimán y atrae una pieza móvil que activa unos conectores del circuito secundario, que actúan como un interruptor o conmutador. Ejemplo: controlar motores industriales.

Transformadores

Dispositivos que usan el fenómeno de la inducción electromagnética para aumentar la tensión eléctrica de una parte de un circuito o bien la intensidad. Trabajan con corriente alterna. Están formados por dos bobinas que comparten el mismo núcleo de hierro, que forma un circuito magnético cerrado. De este modo, cuando por una de las bobinas circula corriente alterna, genera un campo magnético variable que se concentra en el núcleo de hierro, y este campo genera una corriente inducida en la segunda bobina. La relación entre el número de vueltas en la primera bobina y el número de vueltas en la segunda se llama relación de transmisión (RT):
• RT = Np/Ns
• RT = Vp/Vs
• RT = Is/Ip

Generadores

Máquinas que generan una corriente eléctrica a partir de un movimiento de rotación sobre un eje, es decir, que transforman energía mecánica en energía eléctrica mediante el fenómeno de inducción electromagnética. Los generadores que generan corriente alterna se llaman alternadores, y los que generan corriente continua, dínamos. Ambos tienen dos partes esenciales, llamadas sistema inductor y sistema inducido. El sistema inductor está formado por un conjunto de imanes o bobinas que trabajan como imanes y crean un campo magnético. El sistema inducido consiste en un conjunto de bobinas en las que se genera corriente eléctrica al ser sometidas a las variaciones del campo magnético. La estructura de un generador se divide en dos partes básicas: la parte externa, que queda inmóvil, se llama estátor, y la interna, que gira sobre un eje, se llama rotor.

• Delgas: Conectores que se encuentran en el rotor, aislados del eje, pero conectados al inicio y al final de cada bobina.
• Escobillas: Están en el estátor, ejerciendo presión sobre las delgas para hacer posible el contacto eléctrico.

Motor eléctrico

Máquinas que, a partir de una corriente eléctrica, generan un movimiento rotativo en un eje. Transforman la energía eléctrica en energía mecánica. Tienen una parte externa llamada estátor, que permanece quieta, y una parte interna móvil llamada rotor. Su funcionamiento se basa en la creación de campos magnéticos mediante bobinas que trabajan como electroimanes. Estos campos provocan las fuerzas de atracción y repulsión que impulsan el giro de las bobinas en el rotor. Ejemplos: taladros, reproductores de CD, puertas de garaje, neveras.

Polímetro

Aparato electrónico que permite medir la mayoría de magnitudes eléctricas. Se usa como voltímetro, amperímetro y ohmímetro, pero permite medir las propiedades de los componentes electrónicos (diodos, condensadores y transistores). Tiene un control que nos permite seleccionar cuál de sus funciones queremos usar, otro para seleccionar el rango de escalas, otro para corriente continua o alterna, un par de conectores y cuatro bornes de conexión.

Características de un circuito electrónico

• La información es más importante que la potencia.
• Tamaño reducido.
• Poco consumo energético.
• Intensidad y voltaje pequeños.

Potenciómetro

Resistores que, en lugar de tener una resistencia con un valor fijo, tienen una resistencia cuyo valor puede ser variado manualmente haciendo girar una rueda con los dedos o con la ayuda de un destornillador. Son muy útiles para obtener cualquier valor de resistencia que necesitemos o para montar circuitos divisores de tensión, en los que se podrá ajustar la amplitud de una señal manualmente.

Resistores no lineales

Tienen una resistencia que depende de las condiciones ambientales en que estén trabajando. Los más comunes son el LDR, el NTC y el PTC. La resistencia de los LDR es más pequeña cuanto más intensa sea la luz que esté recibiendo. La de los NTC y PTC depende de la temperatura a la que se encuentra: en los PTC, cuanto más alta es la temperatura, más alta es la resistencia, y en los NTC, cuanto más alta es la temperatura, menor es la resistencia.

Diodos

Componentes electrónicos que permiten el paso de los electrones en un único sentido. Están formados por la unión de dos materiales semiconductores llamados ánodo y cátodo.

LEDs

Tipo de diodo que emite luz cuando se encuentra en polarización directa. Suelen usarse como indicadores luminosos en electrodomésticos. Su forma típica suele ser muy diferente a la de un diodo normal, pero también es esencial identificar sus dos terminales. Podemos hacerlo fijándonos en la posición de la pequeña zona plana en el encapsulado.

Transistores

Se pueden reconocer fácilmente porque, de todos los componentes electrónicos, es el único que tiene tres conectores en lugar de dos. Estos conectores se denominan base, colector y emisor. Su funcionamiento es fácil de entender si pensamos que la corriente en la rama correspondiente a la base del transistor actúa como una señal de entrada y que, dependiendo de cómo sea esta señal, el transistor dejará pasar más o menos intensidad entre colector y emisor. Si la corriente de base es muy pequeña, el transistor no dejará pasar corriente entre el colector y el emisor. Se dice entonces que se halla en corte, equivalente a un circuito abierto. Si la corriente de base es muy grande, el transistor se comporta como un buen conductor entre colector y emisor. Se dice entonces que está en saturación, equivalente a un circuito cerrado. Cuando un transistor funciona como si fueran interruptores para controlar electrónicamente el abrir y cerrar el circuito entre colector y emisor, se denomina conmutación. Cuando se trabaja en el margen de intensidades de base que hacen que la corriente entre colector y emisor esté entre el corte y la saturación, se dice que el transistor trabaja en modo lineal.

Sistemas de control

Sistemas formados por una serie de elementos que actúan conjuntamente para cumplir ciertos objetivos. Trabajan a partir de unas señales de entrada que pueden proceder de botones seleccionados por humanos o de sensores automáticos. Operando con ellas, generan unas señales de salida. Hay dos tipos: lazo abierto (la señal de entrada es independiente de la de salida) y lazo cerrado (aquellos que se realimentan, de modo que la salida es también una entrada).

Ejemplos

• Lazo abierto: Tostadora. Cuando la ponemos en marcha pulsando un botón, produce calor durante un tiempo predeterminado y luego se apaga, independientemente de la temperatura que haya adquirido y de lo tostada que esté la rebanada de pan que hay dentro.
• Lazo cerrado: Calefacción con termostato. Cuando se enciende pulsando un botón, produce calor hasta que sus sensores le indican que la temperatura de la casa es la deseada y, sin que tengamos que volver a pulsar ningún botón, se enciende y apaga automáticamente para mantener la temperatura en un margen determinado.

La mayoría de sistemas de control modernos disponen de tres elementos clave: sensores, actuadores y microcontrolador.