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Electrónica básica plan 2009
Manual del alumno.
Unidad 2.
Efectos de la corriente eléctrica.
Clase 4.
Contenidos.
Efectos térmicos. Equivalente térmico del trabajo. Potencia eléctrica.
Efectos magnéticos. Principio de funcionamiento de parlantes
electrodinámicos, instrumentos analógicos de medida, grabación
magnética y motores. Piezoelectricidad. Sensores y micrófonos
piezoeléctricos. Efectos químicos. Corrosión electrolítica.
Efecto térmico.
La característica más importante de la resistencia es la de convertir
energía eléctrica en calor. Es en todo análoga a la fricción en mecánica.
Frótense enérgicamente las manos y observarán una sensación de
aumento de temperatura en las palmas.
Esta característica explica el funcionamiento de aparatos eléctricos muy
comunes como son la plancha, la estufa, la lámpara incandescente.
La cantidad de calor generada depende del cuadrado de la intensidad de
corriente, de la resistencia y del tiempo durante el cual circuló la
corriente.
En el caso de frotarse las manos dependerá del tiempo en el que
mantuvimos la acción, de la presión entre las manos (lo que varía la
fricción) y de la velocidad de movimiento.
Una magnitud importante en las aplicaciones técnicas de la energía es la
potencia.
La potencia, como recordarán, es la rapidez con que se realiza un trabajo
(o se transfiere una cantidad de energía).
La potencia se calcula como:
P =V ⋅ I
Donde P es potencia, V la tensión e I la intensidad de corriente.
Si la tensión está en voltios y la corriente en amperes la potencia resultará
en watts (W).
Son equivalentes las siguientes expresiones:
P = I2 ⋅R ó
P=
V2
R
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Dado que la potencia es la velocidad con que se transfiere la energía, es
decir la velocidad con que se realiza un trabajo, entonces
W
P=
t
V2
∴ W = P ⋅t =V ⋅ I ⋅t = I ⋅ R ⋅t =
⋅t
R
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La equivalencia entre julios y calorías es:
1 julio = 0, 24caloría
Es decir que la cantidad de calor generada por una corriente eléctrica se
puede calcular como:
V2
Q = 0, 24 ⋅ I ⋅ R ⋅ t = 0,24 ⋅ V ⋅ I ⋅ t = 0,24 ⋅
⋅t
R
2
Donde Q es la cantidad de calor, I la intensidad de corriente, R la
resistencia, V la tensión y t el tiempo.
Podremos verificar que manteniendo conectadas dos resistencias
diferentes a la misma tensión (en paralelo) y durante el mismo tiempo la
resistencia de menor valor se calentará más.
Para ello utilizaremos resistencias especialmente construidas para disipar
potencias relativamente altas, que vienen encapsuladas en cerámica.
Mediremos la temperatura de cada una de ellas.
Para una mejor transferencia de calor al termómetro utilizaremos una
pasta de siliconas a tales efectos.
Conectaremos una lámpara incandescente a la fuente ajustable y variando
la tensión observaremos como el filamento se va calentando y poniendo
incandescente.
Campo magnético.
Esparciremos limaduras de hierro sobre un vidrio y observaremos como se
disponen por efecto del imán.
El imán ejerce fuerzas sobre otros cuerpos.
La zona del espacio en la que el imán ejerce esas fuerzas se denomina
campo magnético.
Dispongamos un imán de manera que pueda moverse libremente (por
ejemplo flotando en agua) y observaremos como se orienta respecto de la
tierra.
Esta característica da nombre a los polos. El que apunta al norte o busca
al norte se denomina polo norte y el otro sur.
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Ing. Aldo Lugli Tancredi
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Dispongamos de dos imanes sobre un vidrio y observemos el
comportamiento de uno respecto del otro.
Polos iguales se repelen y polos contrarios se atraen.
Podremos verificar que la brújula se comporta respecto de los imanes de
forma coherente con lo visto.
Campo magnético generado por una corriente eléctrica.
Este quizás sea el efecto de la corriente eléctrica más aplicado. Motores,
parlantes, micrófonos, discos rígidos, grabadores de cinta y un enorme
etcétera funcionan gracias a ese campo magnético.
No pocos problemas se producen también gracias a ese campo. Zumbidos
agregados al sonido de instrumentos musicales eléctricos y ruidos
agregados a la señal de un micrófono, por poner solo dos ejemplos que
muestran lo necesario que es conocer esta cuestión para poder resolver
problemas que se presentan a diario en cualquier instalación relacionada
con audio.
Al circular una corriente se genera a su alrededor un campo magnético.
Dispongamos de una brújula sobre un conductor. Al hacer circular
corriente por dicho conductor la brújula experimentará una desviación
indicando la presencia de un nuevo campo magnético.
Si al conductor lo arrollamos la misma corriente pasará varias veces por la
misma zona del espacio (una por cada vuelta o espira) con lo que
multiplicaremos el efecto y haremos que el campo magnético tome la
forma del de un imán con forma de barra.
Si a ese arrollado (llamado bobina) por el que circula corriente lo
acercamos a un imán se producirán fuerzas de atracción y repulsión. La
bobina se comportará como un imán.
Utilizaremos una bobina unida al extremo de un péndulo, lo que permite el
desplazamiento de la misma.
Conectemos esa bobina a una fuente de corriente y estudiemos el campo
magnético con la brújula.
Acerquémosle un imán y podremos observar la fuerza que mutuamente
ejercen el imán y la bobina. Téngase en cuenta que la fuerza no la realiza
la bobina ni la corriente que por ella circula, si no el campo magnético
generado por dicha corriente.
La fuerza que es capaz de hacer este imán eléctrico (electroimán) es
proporcional a la intensidad de corriente y al número de vueltas de la
bobina.
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Medir esa fuerza es una manera indirecta de
medir la intensidad de corriente (si todos los
demás valores se mantienen constantes).
Este es el principio de funcionamiento de la
mayoría de los instrumentos analógicos de
medida.
Buscar el significado de las palabras: ferromagnético, diamagnético y
paramagnético.
Algunos materiales, sometidos a un campo magnético resultan
magnetizados, es decir se convierten a su vez en imanes. Tal es el caso
de los discos rígidos, que son discos recubiertos de un material
magnetizable.
Las cabezas lecto-grabadoras son pequeños electroimanes. Al circular una
corriente por la cabeza se produce un campo magnético que magnetiza el
disco en una zona muy pequeña. Según que el imán resultante tenga el
norte para un lado o el otro del disco el dato será un “1” ó un “0”.
El dibujo de abajo representa un parlante cortado.
Como se puede ver la bobina, que está unida al cono, está “metida” en un
campo magnético.
Cuando por la bobina circula una corriente se produce un campo que
reacciona con el del imán forzando al cono a moverse, recuérdese la
bobina colgada por la que circula una corriente y está inmersa en un
campo magnético. El cono se desplazará según el sentido y la intensidad
de la corriente.
Del
desplazamiento del cono dependerá la presión acústica que desarrolle.
Tanto más presión requerimos tanto más corriente deberá circular por la
bobina. Por supuesto la construcción del parlante deberá permitirlo y esto
se puede determinar a partir de los datos técnicos que el fabricante
suministra.
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Ing. Aldo Lugli Tancredi
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Un dato importante es la llamada compresión térmica, debida al
calentamiento de la bobina.
Un aumento de temperatura del alambre de la bobina hará que aumente
su resistencia haciendo que el parlante tome menos corriente y por lo
tanto disminuya la excursión del cono, disminuyendo la presión acústica
generada (recuérdese la experiencia de la medida de la resistencia de la
lámpara).
Piezoelectricidad.
La piezoelectricidad (Propiedad que tienen ciertos cristales de polarizarse
eléctricamente cuando son sometidos a presión, y a la inversa. DRAE) es el
principio en el que se basan algunos transductores empleados en sistemas de
audio.
Esta propiedad aparece en ciertos cristales naturales como el del cuarzo y en
otros sintéticos. Estos últimos se caracterizan por un precio menor y una
mayor facilidad de producción.
Si un cristal de estos es sometido a una presión (o una deformación) en un
par de caras, en otro par de caras aparecerá una diferencia de potencial
proporcional a esa presión.
Un caso ampliamente conocido es el encendedor llamado electrónico o
piezoeléctrico en el que un gatillo tensa un resorte el que a su vez dispara un
pequeño martillo que golpea al cristal. El resultado del impacto es la aparición
de una tensión lo suficientemente alta como para provocar la chispa.
(magiclic).
Si, a la inversa, aplicamos una diferencia de potencial entre el par de caras
correspondiente el cristal se deformará.
Tal es el caso de los tweeters piezoeléctricos, a los que se aplica una tensión
alterna, produciéndose una vibración que, adecuadamente acoplada al aire,
generará una onda acústica.
Otro ejemplo es el “parlante” de las tarjetas navideñas. Es interesante
observar que si se lo despega de la cartulina prácticamente no es audible. La
cartulina es la que acopla el cristal piezoeléctrico al aire.
Ese mismo dispositivo, pegado a una tabla, configura el trigger de algunos
instrumentos de percusión electrónicos. Cuando el músico golpea la tabla con
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la baqueta el cristal genera un pulso eléctrico que a su vez dispara un
generador de sonidos.
Hay micrófonos de contacto basados en el mismo principio.
Película metálica
depositada
Cerámica
piezoeléctrica
Lámina metálica
Efectos químicos.
Cuando la corriente circula por un líquido mueve a los átomos que
presentan carga eléctrica, es decir átomos que están desequilibrados.
Un átomo desequilibrado eléctricamente, es decir que le faltan o le sobran
electrones, se denomina ión.
Para que circule corriente por el líquido este ha
de estar ionizado y se han de sumergir barras
conductoras en el. Esas barras conductoras se
llaman electrodos.
Una manera sencilla de ionizar agua es
disolviendo sal de mesa en ella, cuanto más sal
se diluya más conductora será el agua.
Antiguamente se utilizaba en los teatros, para
ajustar el nivel de iluminación de los faroles una
cuba con agua salada en la que se sumergían
dos chapas metálicas y ambas chapas se ponían en serie con el circuito de
la lámpara. Variando la profundidad a la que se hundían las placas variaba
la intensidad de la luz.
El desplazamiento de iones de un electrodo al otro permite, por ejemplo,
recubrir un cuerpo conductor con un metal.
Es común que un artefacto eléctrico se moje, por ejemplo un trasmisor de
micrófono inalámbrico con el sudor del actor. En ese caso el líquido que
está ionizado por tener sales disueltas es conductor y al mojar partes del
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circuito entre las que hay diferencia de potencial continua se produce una
corriente y la destrucción de las pistas conductoras del circuito impreso.
A este fenómeno se lo llama corrosión electrolítica. (Corrosión.
Destrucción paulatina de los cuerpos metálicos por acción de agentes
externos, persista o no su forma.
Electrólisis o electrolisis. Descomposición de una sustancia en disolución
mediante la corriente eléctrica. DRAE) Ing. Aldo Lugli Tancredi
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