VII .- DISPOSITIVOS BÁSICOS EN CIRCUITOS ELÉCTRICOS Y ELECTRÓNICOS: SÍMBOLOS Y USOS.

Fundamentos Teóricos

El avance científico y tecnológico ha conducido hacia el aumento del uso de la energía eléctrica en los medios de transporte y comunicación, en maquinarias industriales o comerciales y en una gran cantidad de aparatos electrodomésticos.

Una de las partes esenciales de las linternas eléctricas, reproductores de radio y televisión, computadores, transmisores y receptores de radio y televisión, sistemas de distribución de energía domésticos e industriales, la constituyen los circuitos eléctricos.

Esquema N°1. Circuito eléctrico 

Fundamentalmente, los circuitos eléctricos son un medio para transportar energía de un lugar a otro, además están constituidos por diversos componentes, como son: las fuentes de energía, las resistencias, los capacitores, las bobinas, los transformadores, los diodos, los transistores, los fusibles, los interruptores, los conmutadores, los rieles, entre otros. En forma simple un circuito es una interconexión de sus elementos.

El esquema del circuito representa un plano eléctrico donde se constituye los componentes que lo conforman y sus conexiones eléctricas.

                                               Esquema N°2.- Circuito eléctrico y simbología 

Uno de los primeros pasos para analizar un plano eléctrico es identificar en cada componente, su símbolo y su función básica. El esquema N° 3 resume los símbolos de los elementos de uso más frecuente en circuitos eléctricos.

Esquema N°. 3. Símbolos de algunos elementos de Circuitos Eléctricos y Electrónicos

Existen elementos activos y pasivos, además de conductores para conectarlos y dispositivos de conexión y desconexión, entre otros. A continuación se describen cada un de ellos de manera breve.

Elementos activos

Son aquellos que proporcionan la energía eléctrica al circuito. La convención de corriente para ellos es que la corriente sale por el punto de mayor potencia.

Se pueden dividir en:

Fuentes de corriente directa (CD): Son aparatos que aportan al circuito corriente constante en el tiempo. Por ejemplo: pilas, baterías, fuentes de tensión reguladas generadores de corriente continua.

Fuentes de corriente alterna (AC): Son dispositivos que proporcionan al circuito corriente cuya intensidad es una función periódica; generalmente la forma de onda senoidal.

Pilas y baterías: Estos dispositivos transportan cargas eléctricas desde un punto de menor potencial a otro de mayor potencial, para ello disponen de la energía necesaria para realizar este work

La pila (celda) es una fuente fundamental de energía eléctrica que se desarrolla mediante la conversión de energía química a solar. Todas las pilas se pueden dividir en tipos: primario o secundario. Las segundas son recargables, mientras que las del primario no. Esto significa que la reacción química de la pila secundaria puede ser invertida para restaurar su capacidad.

Una batería es una combinación de dos o más pilas similares, se fabrican en una gran variedad de formas y tamaños. Las baterías de los automóviles son recargables, tienen celdas de ácido-plomo (electrodos); al igual que las baterías de niquel-cadmio (usadas en calculadoras, herramientas, etc).

Generadores de CD: Son fuentes de voltaje disponible mediante la rotación del eje del dispositivo por algún medio externo. Los generadores de CD comerciales son típicos de 120 o 240V y su vida útil la determina su construcción.

Generadores de CA: Son fuentes electromecánicas de potencia que generan uno o varios voltajes senoidales por rotación del rotor..

Elementos pasivos

Son dispositivos que consumen la energía eléctrica en el circuito, además pueden transformar la energía eléctrica a cualquier otra forma de energía; las resistencias (bombillos, hornos, planchas) la convierten en luz y calor; los motores la transforman en movimiento.

En cuanto a los capacitores y los inductores (bobinas) son almacenadores de dicha energía. La convención de corriente en los elementos pasivos es que la corriente entra por el terminal positivo (punto de mayor potencial) para señalar que consumen energía.

Resistencia: Ésta determina la capacidad de un cuerpo de conducir la corriente al ser sometido a una diferencia de potencial. La resistencia de un cuerpo depende de las propiedades del material (resistividad, ρ), de la temperatura, de la forma y las de las dimensiones de construcción. Existen dos tipos de resistencias: fijas y variables.

1. Resistencias fijas: La resistencia permanece constante en un rango amplio de temperaturas. Ellas pueden ser de: carbón, manganina, entre otras.

2. Resistencias variables: Son aquellas cuyo valor se puede variar por medio de algún mecanismo; entre ellas se tienen: potenciómetros, reóstatos, décadas de resistencias.

a) Potenciómetros: Son dispositivos generalmente de tres terminales, utilizados donde se requiere un nivel de potencial variable. Están formados, por una parte fija con la resistencia y una móvil en contacto con la misma que, al desplazarse, hace variar la resistencia entre las tomas. La resistencia se varía en función del mayor o menor giro manual de su parte móvil.

Sus aplicaciones son: control de volumen de aparatos de radio, pedal del acelerador para aceleradores electrónicos, caudalímetro de los sistemas de inyección.

b) Reóstato: Es una resistencia de alambre conductor cuyo valor puede ser variado de manera lineal o no lineal. Se construye, generalmente, con un alambre de manganina arrollado sobre un material aislante. La resistencia variable se logra deslizando el cursor montado sobre la barra de cobre. (Ver reóstato en parte experimental)

Bombillos eléctricos: Existen diversos tipos de bombillos, tales como: incandescentes, fluorescentes, de halógenos, entre otros. Los más comunes son los bombillos incandescentes, que se basan en el fenómeno de incandescencia, por medio del cual, al encontrarse un cuerpo muy caliente este emite luz propia. 

Los bombillos incandescentes constan de: filamento (alambre fino de tungsteno), rosca o zócalo (que se enrosca en el portalámparas) y el bulbo (ampolla de vidrio al vacío) que contiene un gas inerte (nitrógeno, argón) el cual evita la evaporación del tungsteno. Este tipo de bombillo convierte la energía eléctrica en calorífica (efecto Joule) y a su vez en energía luminosa, se utilizan generalmente en el alumbrado general de áreas residenciales.

Capacitores eléctricos: Son elementos que tienen dos superficies conductoras separadas por un material aislante y la capacidad de almacenar carga sobre sus placas. Los capacitores pueden ser fijos o variables. En la actualidad hay muchos tipos de capacitores fijos, tales como, capacitor de: mica, cerámica, poliéster, electrolíticos, entre otros.

El capacitor electrolítico se utiliza en redes de CD donde el dispositivo presenta un aislamiento adecuado entre las placas en una dirección pero se comporta como un conductor en la otra dirección. Este capacitor tiene indicado el terminal positivo que debe observarse al energizarlo.

Inductores: Son bobinas de alambre conductor con núcleo de aire o de material magnético. La inductancia de un inductor es función de la geometría, número de vueltas de la bobina y del tipo de material del núcleo. Los inductores pueden ser fijos o variables. Una aplicación de los inductores son los electroimanes, compuestos de una bobina de muchas vueltas en cuyo interior se introduce un material ferromagnético, que permiten crear campos magnéticos intensos al circular una corriente por la bobina.

Precauciones a considerar al conectar una resistencia

1. Seleccione la resistencia de acuerdo a su valor y la potencia que disipa.

2. No permita que por ella circulen corrientes superiores al valor máximo que soportan.

Precauciones que se deben tomar al conectar un capacitor

1. La tensión de operación no debe ser superior a la tensión máxima que soporta.

2. Los capacitores electrolíticos deben conectarse considerando la polaridad indicada en la cubierta (+ y -), de lo contrario no almacenará carga.

Precauciones a observar al conectar una bobina

1. La corriente de operación no debe ser superior a la corriente máxima que soporta.

2. En caso de transformadores seleccione según la tensión (corriente) de alimentación y el rango deseado de voltaje (corriente).

Otros elementos Interruptores: Son dispositivos que abren o cierran las conexiones de un circuito, están formados, esencialmente, por dos contactos metálicos uno fijo y otro móvil. Si están abiertos interrumpen el paso de corriente y cerrado permiten el paso de esta.

Conmutadores: Son aparatos que permiten cambiar las conexiones de los circuitos eléctricos. Hay dos tipos de interruptores y conmutadores: los que operan en forma manual y los que actúan automáticamente.

Interruptor electromagnético: Esta formado por un electroimán con varios contactos; cuando la bobina recibe el impulso eléctrico los contactos cambian de posición y permanecen así hasta que reciben el otro impulso.

Dispositivos de protección: Son aquellos que protegen los circuitos contra sobretensiones o cortocircuitos, de manera que el dispositivo actúe instantáneamente desconectando la línea de alimentación del circuito. Existen diversas clases de protección, tales como: fusibles, interruptores automáticos, interruptores magneto térmicos.

Fusible: Es un dispositivo que contiene una lámina conductora, que interrumpe directamente la corriente del circuito al fundirse, en caso de ser excesiva la corriente que pase a través de él.

Transformador: Es un dispositivo que puede variar el voltaje y la intensidad de las corrientes alternas, en base a la inducción electromagnética. Esta constituido por un núcleo de hierro que sostiene dos bobinados, el primario y el secundario. La relación entre los voltajes, Vp (diferencia de potencial en el primario) y Vs (diferencia de potencial en el secundario) es:

Vp /Vs = Np /Ns

donde

Ns: número de espiras del secundario.

Np: número de espiras del primario

Diodo de vacío: Es un tubo electrónico al vacío, provisto de dos conductores: el cátodo, por el cual entra la corriente al tubo y al ánodo, a través del cual sale la corriente del mismo.

Tríodo: Es un dispositivo de tres electrodos. Básicamente, es un diodo con un tercer elemento, rejilla (o electrodo de control). Este elemento se utiliza para amplificar señales eléctricas; es decir, con el tríodo se logra que un voltaje pequeño (o una corriente) se vuelva mayor.

Semiconductor: Es un material de resistividad intermedia entre los conductores y aisladores. Esta estructura cristalina posee una resistencia que disminuye conforme se aumenta la temperatura. Los semiconductores pueden ser: tipo n, si se agrega al silicio o germanio impurezas que aportan electrones libres, como el antimonio y tipo p con impurezas aceptadoras.

Diodo de unión p-n: Si la unión p-n se polariza positivamente, es decir, conectar el terminal positivo de la batería con el lado p de la unión y viceversa. El diodo conduce y deja pasar una corriente eléctrica grande. Si la unión p-n se polariza negativamente, al conectar el terminal positivo de la batería con el lado n y el borne negativo con el lado p de la unión. El diodo no conduce. El esquema de este elemento es:

Transistor: Está constituido por dos semiconductores del mismo tipo separados por un semiconductor del otro tipo. Tiene tres elementos: emisor, base y colector respectivamente. Al polarizar la unión p-n (BE) positivamente y la unión (CE) negativamente se produce una gran corriente en el colector; que depende de la corriente base, la cual es pequeña, el resultado es una amplificación de corriente.

EL OBJETIVO DE ESTA SECCIÓN ES

(TAREA) 

Objetivos Específicos

1.- Identificar los componentes de un circuito eléctrico o electrónico.

2.- Establecer los usos y el símbolo eléctrico que representa a los elementos principales de circuitos eléctricos y electrónicos.

Actividades

1. Elabore en su cuaderno y de forma individual, bien sea un esquema, mapa mental, mapa conceptual o infografia utilizando los conceptos incluidos en los fundamentos teóricos.

 Responde a las siguientes preguntas en tu cuaderno de física  

(Toda respuesta deberá estar acompañada de su respectiva pregunta, obligatorio)

2. Defina los elementos básicos de los circuitos eléctricos.

3. ¿Cómo se construye una pila?

4. ¿Qué es un potenciómetro y para qué se usa?

5. ¿Cuáles son las partes de un bombillo eléctrico del tipo incandescente?

6. ¿Cuál es la diferencia entre capacitores e inductores?

7. ¿Qué es un fusible?

8. ¿Qué es un transformador y para qué se usa?

9. ¿Qué es un diodo de unión p-n?

10. ¿Qué es un transistor?

11. Anote las precauciones para emplear resistencias, capacitores e inductores

12. Identifique los instrumentos y equipos y llena la Tabla que aparece a continuación.

Dibuje o imprima y pegue la siguiente tabla en su cuaderno y rellene lo indicado

Tabla Elemento de Circuitos Eléctricos y Electrónicos

P.D.

•  Cada uno deberán realizar la actividad en forma individual, en su cuaderno, sea creativo =)
• Debe hacer la actividad en forma ordenada y limpia con letra legible 
• Esta actividad tiene una ponderación de 15%

Recuerden: toda opinión es válida y respetable porque muestra distintos puntos de vista. Una opinión toma mucho más valor cuando está bien argumentada y denota conocimientos sobre el tema.. =)

Nota: Cualquier duda consulte al docente por esta vía, en clase, por correo (fisika20cr@gmail.com), por twitter (@Fisika20) =) ... y aclaramos sus dudas   ;)