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La electricidad (del griego ήλεκτρον élektron, cuyo significado es ‘ámbar’), es el conjunto de fenómenos físicos relacionados con la presencia y flujo de cargas eléctricas. GUÍA DE ESTUDIO TALLER LABORATORIO Ing. Rodrigo A. García Scarabosio GUÍA DE ESTUDIO Ing. Rodrigo A. García Scarabosio - PÁGINA 2 DE 42 Estimado Alumno: La presente guía le presentará tanto los trabajos prácticos a realizar durante el año, como así también los conceptos teóricos que respaldan dichos trabajos prácticos. Se aconseja una lectura completa de la misma al inicio del año, a fin de tener una idea general del recorrido. Luego realizar una lectura más detenida a momento de la realización de cada una de las actividades propuestas. Esto le ayudará a optimizar sus tiempos y a mejorar la compresión de lo que está realizando. ¡Adelante! El autor. GUÍA DE ESTUDIO Ing. Rodrigo A. García Scarabosio - PÁGINA 3 DE 42 ÍNDICE DE CONTENIDOS 1 - Introducción ................................................................................................ 4 2 - Ley de Ohm .................................................................................................. 7 3 – Leyes de Kirchoff ......................................................................................... 9 4 – Cálculo de resistencias equivalentes ........................................................ 12 5 – Ejercitación teórica ................................................................................... 15 6 – Ejercitación práctica ................................................................................. 22 GUÍA DE ESTUDIO Ing. Rodrigo A. García Scarabosio - PÁGINA 4 DE 42 1 - Introducción Tanto en electricidad como en electrónica, nuestro objetivo es tomar una poderosa energía, y con ella realizar diferentes actividades: Podemos lograr que ella realice trabajo mecánico por nosotros (con un motor, por ejemplo) Podemos conseguir que nos ayude en nuestra actividad diaria, ofreciéndonos iluminación cuando la naturaleza no lo hace. Actividad 1: Enumere a continuación, otras aplicaciones que podemos encontrar para aprovechar la energía eléctrica. Antes de manejar esta energía, el hombre debió conocerla y comprenderla. Según se cree, los primeros contactos con la electricidad, fueron a través de las anguilas, rayas y otros peces. Textos del Antiguo Egipto, que datan del 2750 a. C., se referían a estos peces como «los tronadores del Nilo» Posteriormente, en culturas antiguas del Mediterráneo se sabía que, al frotar ciertos objetos, como una barra de ámbar (resina de árbol fosilizada), con lana o piel, se obtenían pequeñas cargas que atraían pequeños objetos, y frotando mucho tiempo podía causar la aparición de una chispa. Cerca de la antigua ciudad griega de Magnesia se encontraban las denominadas piedras de Magnesia, que incluían magnetita y los antiguos griegos observaron que los trozos de este material se atraían entre sí, y también a pequeños objetos de hierro. Las GUÍA DE ESTUDIO Ing. Rodrigo A. García Scarabosio - PÁGINA 5 DE 42 palabras magneto (equivalente en español a imán) y magnetismo derivan de ese topónimo. Hacia el año 600 a. C., el filósofo griego Tales de Mileto hizo una serie de observaciones sobre electricidad estática. Concluyó que la fricción dotaba de magnetismo al ámbar, al contrario que minerales como la magnetita, que no necesitaban frotarse. Tales se equivocó al creer que esta atracción la producía un campo magnético, aunque más tarde la ciencia probaría la estrecha relación entre el magnetismo y la electricidad. Este status de conocimiento se mantuvo así hasta el siglo XVI, cuando el filósofo inglés William Gilbert realizó un estudio cuidadoso de electricidad y magnetismo. Diferenció el efecto producido por trozos de magnetita, de la electricidad estática producida al frotar ámbar. Además, acuñó el término neolatino electricus (que, a su vez, proviene de ήλεκτρον [elektron], la palabra griega para el ámbar) para referirse a la propiedad de atraer pequeños objetos después de haberlos frotado. Esto originó los términos “eléctrico” y “electricidad”. En 1752, Benjamín Franklin llevó a cabo su experimento con una cometa, una llave, y una tormenta. Esto simplemente demostró que el rayo y las pequeñas chispas eléctricas eran la misma cosa. En el año 1791, Luigi Galvani demostró que los nervios conducen señales a los músculos en forma de corrientes eléctricas, lo que daría lugar a la ciencia de la bio- electricidad. El físico italiano Alessandro Volta descubrió que determinadas reacciones químicas podrían producir electricidad, y en 1800 se construyó la primera pila voltaica (una batería eléctrica) que producía una corriente eléctrica constante, y por lo que fue la primera persona para crear un flujo constante de carga eléctrica o electrones en movimiento. A partir de allí, se llevaron a cabo muchos experimentos y observaciones, los cuales sometidas a método científico empiezan a dar sus frutos con Galvani, Volta, Coulomb y Franklin, y posteriormente, a comienzos del siglo XIX, con Ampere, Faraday y Ohm. Los nombres de estos pioneros terminaron bautizando las unidades hoy utilizadas en la medida de las distintas magnitudes del fenómeno. La comprensión final de la electricidad se logró recién con su unificación con el magnetismo en un único fenómeno electromagnético descrito por las ecuaciones de Maxwell. La electrificación no sólo fue un proceso técnico, sino un verdadero cambio social de implicaciones extraordinarias, comenzando por el alumbrado y siguiendo por todo tipo de procesos industriales (motor eléctrico, metalurgia, refrigeración...) y de comunicaciones (telefonía, radio). Esto nos ha llevado al mundo que conocemos hoy, absolutamente erigido sobre dispositivos electrónicos. GUÍA DE ESTUDIO Ing. Rodrigo A. García Scarabosio - PÁGINA 6 DE 42 Como en cualquier ciencia dura, el hombre intenta comprender el conjunto de fenómenos y convertirlo en predecible. Con este paso cumplido, podemos intentar manejar, adaptar y encausar esos fenómenos para usarlos en provecho propio. La mejor herramienta con la que contamos para modelizar los fenómenos es la MATEMÁTICA. Los filósofos y científicos citados anteriormente, fueron quienes, con gran esfuerzo e inteligencia, pudieron entender y abstraer los conceptos necesarios para luego encontrar distintos modelos matemáticos que los describieran y predijeran. De esta forma es que hoy contamos con las leyes de la electricidad básicas (Ley de Ohm y Leyes de Kirchoff) que nos ayudan a controlar a nuestra voluntad la energía eléctrica. Las estudiemos entonces en detalle, luego de realizar la actividad 2. Actividad 2: Elabore una línea de tiempo de los sucesos, hitos y descubrimientos que llevaron a la raza humana a poder dominar, como lo hace hoy, la electricidad. Para esto, no sólo deberá utilizar la información ofrecida en este texto, sino hacer una investigación propia. GUÍA DE ESTUDIO Ing. Rodrigo A. García Scarabosio - PÁGINA 7 DE 42 2 - Ley de Ohm George Simón Ohm, formuló en 1827 la que se conoce como Ley de Ohm. Primero definió matemáticamente las tres magnitudes físicas principales de la electrónica: Voltaje (o Diferencia de potencial eléctrico): Representa la “fuerza que tiene la energía eléctrica” entre los polos positivo y negativo. Es similar a la que existe entre los polos de los imanes, en los que las fuerzas de atracción y repulsión son invisibles, pero están presentes. La fuerza representada por el voltaje impulsa la electricidad por los conductores y componentes electrónicos de un circuito, haciéndolo funcionar. Se mide en Voltios. Intensidad de corriente eléctrica: Representa el flujo de energía eléctrica durante un determinado período de tiempo, es decir, la “velocidad con que circula la energía eléctrica”.En un circuito electrónico esta velocidad es variable, ya que para funcionar necesita que por algunos de sus componentes la energía circule con más rapidez que por otros. Se mide en Amperios. Resistencia eléctrica: Representa la “oposición al paso de la energía eléctrica”. Sirve para regular la corriente y el voltaje según lo requiera cada componente de un circuito electrónico. Libera la energía sobrante en forma de calor (Efecto Joule). Se mide en Ohmios. La ley de Ohm define que la corriente que circula por un circuito eléctrico es directamente proporcional a la diferencia de potencial (V), e inversamente proporcional a la resistencia del circuito, se expresa matemáticamente mediante: V = I x R Donde: V es la tensión entre las dos terminales del resistor en Voltios (V). I es la corriente que fluye a través del resistor en Amperios (A). R es el valor del resistor en Ohmios (Ω). Realizando los despejes correspondientes es posible encontrar la variable deseada. GUÍA DE ESTUDIO Ing. Rodrigo A. García Scarabosio - PÁGINA 8 DE 42 Para encontrar la corriente, I: 𝐼 = 𝑉 ∗ 𝑅 Para encontrar la resistencia, (R) 𝑅 = 𝑉/𝐼 La fórmula es muy simple y como regla nemotécnica clásica, encontramos el “Triángulo de la Ley de Ohm”. Triángulo de la ley de ohm El triángulo de la ley de ohm permite obtener las ecuaciones dependiendo de la variable a encontrar, es una forma visual y fácil de interpretar. El modo de utilizarlo es muy sencillo: tapamos la magnitud que deseamos hallar y a la vista queda la operación que debemos realizar con las otras dos magnitudes. En la práctica de electrónica, se dispone la fuente (o fuentes, pues puede haber varias) de alimentación, los conductores, y la o las cargas. Para nuestro estudio, utilizaremos, por ahora, exclusivamente RESISTENCIAS ó RESISTORES. Estos elementos, son los que se encargan de resistir, ó dificultar, el paso de la corriente. Para ello Dato Curioso: ¿cuántos electrones, como unidad de carga eléctrica mínima, se están moviendo cuando decimos que la corriente que circula es de 1 Amper? Medido experimentalmente en laboratorio, aproximadamente 6,241509×1018 electrones cada segundo. A la carga eléctrica de estos más de 6 trillones de electrones se la llama Coulomb. Por lo tanto: 1 Amper = 1 Coulomb x 1 Segundo GUÍA DE ESTUDIO Ing. Rodrigo A. García Scarabosio - PÁGINA 9 DE 42 3 – Leyes de Kirchoff En el análisis de circuitos eléctricos no suele ser suficiente con emplear la ley de Ohm, para ello se acude a las leyes de Kirchhoff que complementan el análisis de circuitos como una herramienta eficaz para analizar y resolver una gran variedad de circuitos eléctricos. Las leyes de Kirchhoff se llaman así en honor al físico alemán Gustav Robert Kirchhoff quien introdujo la ley de corriente (o primera ley de Kirchhoff) y ley de tensión (o segunda ley de Kirchhoff) en 1846. Primera Ley de Kirchhoff: de los nudos o nodos: la suma de corrientes que entran a un nudo es igual a la suma de las que salen. Visto de otra forma, todas las corrientes entrantes y salientes en un nudo suman 0. Los nudos no acumulan carga (electrones). 𝐼1 = 𝐼2 + 𝐼3 𝐼2 + 𝐼3 − 𝐼1 = 0 Un nodo es un punto cualquiera de un circuito eléctrico. El análisis cobra sentido en los puntos específicos donde la corriente se divide, pero la ley se cumple en cualquier punto, y está basada en el concepto que cita que las cargas eléctricas no se pueden acumular en un punto cualquiera del circuito. Si a ese punto ingresó cierta cantidad de electrones, los mismos saldrán del punto. 𝐼1 + 𝐼3 + 𝐼4 = 𝐼2 + 𝐼5 𝐼2 + 𝐼5 − 𝐼1 − 𝐼3 − 𝐼4 = 0 GUÍA DE ESTUDIO Ing. Rodrigo A. García Scarabosio - PÁGINA 10 DE 42 Nótese que las corrientes salientes del nodo son tomadas con signo opuesto a las entrantes. Es decir: las corrientes que van hacia el nodo tienen un signo, y las que salen, el opuesto, indistintamente de cuál sea éste. Segunda Ley de Kirchhoff, también llamada ley de las mallas: la suma de caídas de tensión en una malla cerrada es igual a 0. Desde otra perspectiva, la suma de las caídas de tensión en una malla cerrada, es igual a la (o las) fuentes de alimentación. La tensión eléctrica proporcionada por la fuente de alimentación se repartirá entre los dispositivos de cualquier malla cerrada que podamos encontrar. En el caso de la figura, es sólo una: la marcada con flechas rojas, que pasa por RA y RB. La fuente de alimentación se encarga de elevarles el potencial a los electrones, y éstos, comienzan a circular por los conductores. Al encontrarse con una resistencia, los electrones pasan por ella, pero para hacerlo deben dejar parte de su energía en la misma, la cual debe transformarla en calor. Al otro lado, los electrones se encuentran circulando ya con menos potencial, que en ese transcurso ha disminuido la Es habitual encontrarse con la siguiente ilustración, tanto en Internet como en publicaciones varias. La misma ilustra humorísticamente la función de cada una de las magnitudes eléctricas descriptas. GUÍA DE ESTUDIO Ing. Rodrigo A. García Scarabosio - PÁGINA 11 DE 42 cantidad V1. El mismo proceso sucede en la segunda resistencia, y los electrones pasan del potencial que traían a potencial cero, e ingresan nuevamente a la fuente de alimentación. Vale decir que la cantidad de electrones que circulan por la malla es la misma, pero el potencial que tienen va bajando hasta llegar a cero. En este punto la fuente vuelve a elevarles el potencial (los carga de energía) y vuelven a iniciar el camino. GUÍA DE ESTUDIO Ing. Rodrigo A. García Scarabosio - PÁGINA 12 DE 42 4 – Cálculo de resistencias equivalentes A fin de poder realizar el análisis de los circuitos, es necesario simplificar cada uno de ellos, encontrando sucesivas resistencias equivalentes. El método se centra en poder diferenciar las resistencias que están conectadas en serie de las que están conectadas en paralelo. Una vez identificado estos conjuntos de resistencias y su conexión, deberemos reducirlos a su equivalente simplificado. Esto se logra de la siguiente forma: Resistencia equivalente a circuitos en serie La conexión en serie, consiste simplemente en conectar la “salida” de una resistencia a la “entrada” de otra en un circuito. De esta forma, la corriente circulante deberá pasar por cada una de ellas sucesivamente. El valor numérico de la resistencia total o equivalente, será la suma de los valores individuales de cada una de ellas. 𝑅𝑒𝑞 = 𝑅1 + 𝑅2 + 𝑅3 + ⋯ + 𝑅𝑛 Es decir, todos los resistores en serie simplemente se suman, y conforman una resistencia equivalente denominada Req o Rtotal. Dicha Req puede reemplazar en el circuito a las Rn resistencias que la componen sin alterar el mismo. 𝑅𝑒𝑞 = 𝑅𝐴 + 𝑅𝐵 Ejemplo: 𝑅𝐴 = 200Ω, 𝑅𝐵 = 300Ω ∴ 𝑅𝑒𝑞 = 500Ω Se comprueba fácilmente que el valor numérico de Req es mayor a cualquiera de las componentes del arreglo. Esto se repite en todos los casos. GUÍA DE ESTUDIO Ing. Rodrigo A. García Scarabosio - PÁGINA 13 DE 42 Cálculo de resistencia equivalente a circuitos en paralelo Decimos que dos o más resistencias están conectadas en paralelo cuando el terminal 1 de la primera, está en contacto con el terminal 1 de la segunda (y de las sucesivas que existieren) y simultáneamente, el terminal 2 de la primera está conectado al terminal 2 de la segunda y las sucesivas. 1 𝑅𝑒𝑞 = 1 𝑅𝐴 + 1 𝑅𝐵 + 1 𝑅𝐶 ∴ 𝑅𝑒𝑞 = 1 1 𝑅𝐴 + 1 𝑅𝐵 + 1 𝑅𝐶 Ejemplo: 𝑅𝐴 = 200Ω, 𝑅𝐵 = 300Ω , 𝑅𝐶 = 100Ω ∴ 𝑅𝑒𝑞 = 54, 54Ω En esta configuración, la corriente se encuentra con un camino por cada resistencia conectada en paralelo. Inferimos entonces, que la corriente verá una resistencia menor que si existiera una solade ellas, al poder circular por varios caminos. Comprobamos esto al ver el resultado numérico: el mismo es menor a cualquiera de los valores que componen el arreglo. Esto se puede comprobar en todos los casos. Circuitos mixtos: En la práctica, los distintos circuitos que encontramos son muy complejos. Sin embargo, luego de analizarlos, podemos confirmar que terminan siendo combinaciones de circuitos serie-paralelo. A estos circuitos compuestos por ambas configuraciones, les llamamos circuitos mixtos. GUÍA DE ESTUDIO Ing. Rodrigo A. García Scarabosio - PÁGINA 14 DE 42 Actividad 3: Existen 2 teoremas que complementan y amplían las leyes de Ohm y de Kirchhoff; los teoremas de Thevenin y Norton. Realizar una investigación que le permita comprenderlos. Luego vuelque a continuación un resumen de la utilidad de cada uno. GUÍA DE ESTUDIO Ing. Rodrigo A. García Scarabosio - PÁGINA 15 DE 42 5 – Ejercitación teórica Los siguientes ejercicios, ayudarán a comprender mejor los conceptos estudiados. Invitamos al estudiante a analizar y comparar los valores obtenidos desde un punto de vista cualitativo, haciéndose las siguientes preguntas: ¿Los valores numéricos obtenidos, tienen lógica? ¿Cumplen con las leyes estudiadas, a priori? ¿Las unidades son consistentes? En caso de ver que algo no “cierra”, se recomienda revisar el ejercicio, hasta encontrar el error, o bien el problema en el análisis que generó la duda. Consideraciones sobre los decimales Siempre, en todo cálculo, consideraremos dos cifras significativas. Es decisión del alumno si redondea la tercera hacia la segunda, aunque es recomendable. Con dos cifras significativas, nos acercamos a un error del 1 %, lo cual es aceptable. Aclaración importante: DOS CIFRAS SIGNIFICATIVAS QUIERE DECIR, HACIA LA DERECHA DE LA COMA, TOMAR LAS PRIMERAS DOS CIFRAS DESPUES DE CUALQUIER SUCESIÓN DE CEROS. Por ejemplo: 0,74830377 consideramos 0,74 0,00004568 consideramos 0, 000045 0,20000003 consideramos 0,20 Análisis dimensional: unidades, múltiplos y submúltiplos. Las unidades, en todas las ramas de la ciencia, son un asunto de cuidado. Es muy importante mantener en mente la definición de unidades para poder resolver ejercicios (y en un futuro, problemas reales) convencidos y seguros de su consistencia dimensional. Por ejemplo, en la ley de Ohm, se define que, el circuito que permite que circule un Ampere, mientras está sometido a una diferencia de potencial de un Volt, presenta una resistencia de un Ohm. Un análisis cualitativo, está orientado a revelar cuáles son las características de alguna cosa. De este modo, lo cualitativo se centra en la calidad, a diferencia de lo cuantitativo que está enfocado en las cantidades. GUÍA DE ESTUDIO Ing. Rodrigo A. García Scarabosio - PÁGINA 16 DE 42 Esto implica que si el circuito bajo análisis tiene valores con órdenes de magnitud como los expresados (Volts, Ohms), pero el cálculo de alguna de las corrientes arroja un resultado de miliamperios (mA), es posible que estemos frente a un error. AYUDAMEMORIA MAGNITUDES DE LA LEY DE OHM CON SUS UNIDADES Y SIMBOLOS Código de colores de resistencia Intensidad de corriente eléctrica (Corriente, intensidad, “los amperes”, amperaje) Símbolo: I (Letra I latina mayúscula) Unidad: Amperes (A, mA, µA) Tensión eléctrica, diferencia de potencial eléctrico (Tensión, “los voltios”, voltaje) Símbolo V (Letra V mayúscula) Unidad: Se mide en Volts (V, mv, kV) Resistencia eléctrica Símbolo Ω (Omega mayúscula) Unidad: Ohm (k Ω, M Ω) GUÍA DE ESTUDIO Ing. Rodrigo A. García Scarabosio - PÁGINA 17 DE 42 EJERCICIO 1 El circuito propuesto es el más sencillo posible. Una fuente de alimentación y una resistencia. Seguramente no presentará desafío alguno. Con los datos consignados, calcular los siguientes valores: 1. It 2. Vr1 GUÍA DE ESTUDIO Ing. Rodrigo A. García Scarabosio - PÁGINA 18 DE 42 EJERCICIO 2 En este caso, tenemos un circuito paralelo. La corriente circula, se divide en dos porciones, y luego se vuelve a unir. Con los datos del circuito adjunto, calcular los siguientes valores: 1. It 2. I1 3. I2 4. Vr1 5. Vr2 GUÍA DE ESTUDIO Ing. Rodrigo A. García Scarabosio - PÁGINA 19 DE 42 EJERCICIO 3 El presente circuito agrega una rama al paralelo, la cual está compuesta de dos resistencias en serie. Calcular los siguientes valores: 1. It 2. I1 3. I2 4. I3/4 5. Vr1 6. Vr2 7. Vr3 8. Vr4 GUÍA DE ESTUDIO Ing. Rodrigo A. García Scarabosio - PÁGINA 20 DE 42 EJERCICIO 4 Con los datos del circuito adjunto, calcular los siguientes valores: 1. It 2. I1 3. I2 4. I3 5. I4 6. I5 7. I6 8. Vab 9. Vbc 10. Vr5 11. Vde 12. Vac GUÍA DE ESTUDIO Ing. Rodrigo A. García Scarabosio - PÁGINA 21 DE 42 EJERCICIO 5 Calcular los valores de las Resistencias para conseguir lo siguiente: Vfh = 5V Vgh = -5V It= 25mA GUÍA DE ESTUDIO Ing. Rodrigo A. García Scarabosio - PÁGINA 22 DE 42 6 – Ejercitación práctica A partir de este punto, estamos en condiciones de comenzar a trabajar con circuitos reales. Tómese el estudiante el tiempo de interpretar las siguientes apreciaciones y consejos que serán de gran utilidad para poder hacerlo exitosamente. USO DEL MULTIMETRO O TÉSTER Luego del análisis de circuitos a través de la matemática, podemos adentrarnos en la implementación real de un circuito y luego, en la medición de las magnitudes que se calcularan previamente, a fin de corroborar y certificar el adecuado funcionamiento. Para ello contamos con el multímetro o téster, que es un dispositivo que sirve para medir algunas magnitudes eléctricas. Las más importantes son las relacionadas mediante la ley de Ohm: TENSION ELÉCTRICA, CORRIENTE ELÉCTRICA Y RESISTENCIA ELECTRICA. En nuestro caso, sólo trabajaremos con fuentes de corriente continua, por lo tanto, deberemos buscar en nuestro téster la ubicación del selector que indique Tensión o Corriente continua. También debemos tener en cuenta la escala seleccionada. En los téster que encontramos en el mercado actual, lo que se indica es el fondo o tope de escala. Esto significa que el valor indicado es el mayor valor que el téster podrá medir cuando diche escala es seleccionada. En caso de intentar medir una magnitud mayor, el téster indicará “Sobrecarga”, “overload”, (lo cual puede ser indicado con un “uno” (1) del lado izquierdo del display o con las letras “OL”, Overload). Está en la pericia del técnico que utiliza el instrumento, tomar las precauciones necesarias para cuidar el instrumento, y para tomar la medición de modo eficaz. Esa pericia es la que intentaremos, entre otras destrezas, estimular. FUNCIONES COMUNES EN MULTÍMETROS: Medición de resistencia Tanto como para realizar una correcta medición, como para evitar descargas eléctricas, lesiones personales o daños al instrumento, es necesario que se desconecte la alimentación del circuito antes de realizar medición de resistencia. El téster someterá la resistencia a una pequeña tensión eléctrica, y luego medirá la corriente circulante. A partir de estos dos valores, calculará y mostrará la el valor resistivo del elemento bajo análisis. Prueba de continuidad La función de continuidad sirve como método rápido y práctico para verificar la existencia de continuidad eléctrica entre dos puntos. Si la resistencia que el multímetro GUÍA DE ESTUDIO Ing. Rodrigo A. García Scarabosio - PÁGINA 23 DE 42 encuentra en ese camino es menor a un valor establecido por el fabricante (alrededor de 10 ohms), se mostrará continuidad. En muchos casos se cuenta con un buzzer o sirena que indica de un modo sonoro la presencia de continuidad, lo que ayuda a no sacar la miradadel circuito y seguir trabajando de un modo más eficiente. Medición de tensiones de CA y CC Con el selector de funciones en la posición de VCD o VAC, éste hace una medición de tensión de CC o CA basándose en la entrada aplicada entre las tomas V + y GND. Esta función también establece la impedancia de entrada del medidor en aproximadamente 3 kohms para reducir la posibilidad de lecturas erróneas debido a tensiones parásitas. EL TÉSTER DEBE COLOCARSE EN PARALELO PARA MEDIR TENSIÓN. Medición de corriente alterna y continua Para evitar lesiones personales o daños al medidor: Nunca trate de realizar una medición de corriente en un circuito cuando la tensión del circuito abierto a tierra sea superior a 600 V. Antes de realizar la prueba, verifique el fusible del medidor. Utilice los terminales, la posición del selector y el rango apropiados para las mediciones. No coloque nunca las sondas en paralelo con un circuito o componente cuando los conductores estén enchufados en los terminales de corriente A (Amps). Desconecte la alimentación eléctrica del circuito, abra el circuito, inserte el medidor en serie con el circuito y vuelva a conectar la alimentación eléctrica. EL TÉSTER DEBE COLOCARSE EN SERIE PARA MEDIR CORRIENTE. Actividad 4: Analice las siguientes afirmaciones y diga si son verdaderas o falsas. Justifique acabadamente su respuesta. 1) Un voltímetro ideal tiene resistencia de entrada infinita y no extrae corriente del circuito medido. 2) Un amperímetro ideal tiene resistencia de entrada cero y no tiene caída de voltaje a través de él. GUÍA DE ESTUDIO Ing. Rodrigo A. García Scarabosio - PÁGINA 24 DE 42 TÉCNICA DE SOLDADO Con la finalidad de establecer circuitos eléctricos o electrónicos, nos encontramos en la necesidad de unir distintos dispositivos de forma tal que la corriente eléctrica pueda fluir por ellos sin dificultad. Es por esto que se recurre principalmente a la soldadura de estaño para cumplir con esta meta. La soldadura es un proceso de fabricación mediante el cual se realiza la unión de dos materiales, (en nuestro caso, metales) normalmente lograda a través de la coalescencia (fusión), en la cual las piezas son soldadas agregando un material de relleno o de aportación fundido para conseguir un baño de material fundido (el baño de soldadura) que, al enfriarse, se convierte en una unión fija. La técnica a utilizar con el soldador de estaño consiste en calentar bien la zona apoyando la punta del soldador. Las piezas a soldar deben estar ya juntas y la punta del soldador debe estar absolutamente limpia. Esto permitirá la mayor transferencia posible de temperatura hacia los componentes. Se debe tener cuidado y atención al regular la cantidad de tiempo que se asienta la punta del soldador en el terminal del componente, pues si nos excedemos podemos transmitir demasiado calor al mismo y averiar el dispositivo. En general las resistencias son bastante inmunes a este efecto, pero no así otros componentes. La pericia se va obteniendo con la experiencia. El estaño para soldaduras está compuesto en una proporción variable de estaño y plomo. En el centro encontramos un alma de resina que facilita la limpieza de la soldadura y es la que emite humos que pueden resultar tóxicos si se aspiran directamente. El estaño se debe asentar sobre el terminal del componente y no sobre el soldador, consiguiendo así su fusión y la consecuente soldadura. Al visualizar que está realizada la unión se debe retirar el soldador y el estaño, aguardando unos segundos hasta la solidificación del punto. Como instancia final se debe controlar la resistencia mecánica del punto logrado, pues ésta está íntimamente relacionada a la conducción eléctrica del punto. GUÍA DE ESTUDIO Ing. Rodrigo A. García Scarabosio - PÁGINA 25 DE 42 CONFECCIÓN DE INFORME Al terminar cada TP el alumno deberá presentar un informe en el que deben constarlos siguientes datos: 1. Nombre y Apellido. Curso y día de entrega (NO DE CONFECCIÓN). 2. Circuito (diagrama) 3. Resistencias elegidas con su decodificación de valor. 4. Cálculos completos 5. Cuadro comparativo de Valores Calculados y Valores Medidos. 6. Leyenda de uso de téster (medición de intensidad de corriente y tensión eléctrica, resistencia). 7. En cada valor deberá consignarse con especial atención la MAGNITUD Y UNIDAD correspondiente. LA CONFECCIÓN DE LOS INFORMES ES DE CARÁCTER INDIVIDUAL. CADA ALUMNO DEBERÁ PRESENTAR UN INFORME El profesor podrá pedir a cada integrante de grupo, que responda preguntas, realice mediciones, etc. sobre el circuito armado, por lo que todos los circuitos deben ser conservados y traídos a clases (CONSERVAR Y NO DESARMAR NINGUNO) GUÍA DE ESTUDIO Ing. Rodrigo A. García Scarabosio - PÁGINA 26 DE 42 MATERIALES Y HERRAMIENTAS NECESARIOS DE TP1 A TP6 (GRUPAL) 1. Kit de resistencias de valores comprendidos entre 47 Ω y 47 K Ω - 5% ¼ Watt 2. Batería 9V con conector 3. 5 diodos led tradicionales (no de alta luminosidad) 4. Soldador de estaño 25W con base de apoyo 5. Estaño para electrónica 6. Cables de conexión 7. Multímetro o Téster 8. Pinza de punta 9. Alicate para electrónica 10. Destornilladores pequeños GUÍA DE ESTUDIO Ing. Rodrigo A. García Scarabosio - PÁGINA 27 DE 42 TP1 – Circuito de 2 R en serie Esquema circuital Pasos a seguir: 1. Elegir dos resistencias entre 1Kohm y 5Kohm 2. Realizar el cálculo de tensiones y corrientes 3. Soldar las resistencias y conectar la batería conformando un circuito serie 4. Medir todas las tensiones y corrientes 5. Realizar el informe EL INFORME ES PERSONAL, EL TRABAJO ES GRUPAL. GUÍA DE ESTUDIO Ing. Rodrigo A. García Scarabosio - PÁGINA 28 DE 42 TP2 – Circuito de 3 R en paralelo Materiales y herramientas: 11. Tres resistencias de no más de 10Kohm y más de 2Kohm C/U 12. Batería 9V con conector 13. Soldador con base 14. Estaño 15. Cable de conexión 16. Multímetro o Téster Pasos a seguir: 1. Elegir tres resistencias. 2. Realizar el cálculo de tensiones y corrientes. 3. Soldar las resistencias y la batería el circuito indicado. 4. Medir todas las tensiones y corrientes. 5. Realizar el EL INFORME ES PERSONAL, EL TRABAJO ES GRUPAL. GUÍA DE ESTUDIO Ing. Rodrigo A. García Scarabosio - PÁGINA 29 DE 42 TP3 – Circuito mixto Materiales y herramientas: 17. Resistencias de no más de 10Kohm y mayores a 1Kohm 18. Batería 9V con conector 19. Soldador con base 20. Estaño 21. Cable de conexión 22. Multímetro o Téster Pasos a seguir: 1. Elegir seis resistencias cuyos valores individuales sean mayores a 1Kohm y no superen los 10kohm 2. Realizar el cálculo de tensiones y corrientes 3. Soldar las resistencias y la batería el circuito indicado. 4. Medir todas las tensiones y corrientes 5. Realizar el informe EL INFORME ES PERSONAL, EL TRABAJO ES GRUPAL. El profesor pedirá a cada grupo, por turnos que responda preguntas, realice mediciones, etc. sobre el circuito armado, por lo que el mismo debe ser traído a clases. GUÍA DE ESTUDIO Ing. Rodrigo A. García Scarabosio - PÁGINA 30 DE 42 TP4 – Polarización de un diodo LED Materiales y herramientas: 23. Resistencias de varios valores (se recomienda comprar un kit de resistencias de valores de 47 Ω a 47 K Ω para uso en todos los trabajos prácticos) 24. Batería 9V con conector 25. Soldador con base 26. Estaño 27. Cable de conexión 28. Multímetro o Téster 29. 5 diodos LED de baja luminosidad (Rojos, verdes, amarillos, NO de otro color) Pasos a seguir: Se requiere polarizar el diodo LED con 15mA y 2,2v. El estudiante deberá calcular la resistencia adecuada a colocar en el circuito para conseguir las condiciones de polarización propuestas. GUÍA DE ESTUDIO Ing. Rodrigo A. García Scarabosio - PÁGINA 31 DE 42 TP5 – Polarización detres diodos LED Materiales y herramientas: 30. Resistencias de varios valores (se recomienda comprar un kit de resistencias de valores de 47 Ω a 47 K Ω para uso en todos los trabajos prácticos) 31. Batería 9V con conector 32. Soldador con base 33. Estaño 34. Cable de conexión 35. Multímetro o Téster 36. 5 diodos LED de baja luminosidad (Rojos, verdes, amarillos, NO de otro color) Procedimiento: Polarizar para que por cada diodo circulen 10, 15 y 20 mA respectivamente. GUÍA DE ESTUDIO Ing. Rodrigo A. García Scarabosio - PÁGINA 32 DE 42 TP6 – Realización PCB (Circuito impreso) – Linterna LED Introducción El presente TP tiene como finalidad que el alumno aprenda la técnica para la fabricación de circuitos impresos con el llamado “método de la plancha”. Una vez finalizado la etapa de fabricación, se pasará al soldado de componentes, a fin de practicar la técnica de soldado en placa. Trabajo Elegido Se propone realizar un circuito alimentado a baterías que permita encender un conjunto de diodos LED, a fin de utilizarlo como linterna, luz de emergencia, baliza para ciclista, etc. Herramientas y materiales necesarios Para la realización del presente TP se necesitará: Una placa de pertinax cobreado de 10 x 10 cm Hoja de papel ilustración A4 para transferir circuito impreso Cloruro férrico (un litro por grupo) Batea (Tupperware) Guantes de látex Fibra indeleble o liquid paper Guardapolvo (si lo desea) Mecha 1mm Conector para batería de 9 V Interruptor para soldar en placa 24 leds (o los que el alumno crea necesarios según tecnología seleccionada) Plancha (una por grupo) Virulana Un precinto Cinta adhesiva de papel Trapos o estopa o papel de cocina Pasos para hacer una placa impresa: 1. Determinar el circuito a utilizar 2. Imprimirlo en hoja ilustración 3. Limpiar perfectamente la placa de cobre 4. Fijar el papel con la cara impresa sobre la lámina de cobre del pertinax. 5. Planchar para transferir la impresión a la lámina de cobre 6. Sumergir placa en agua para ablandar el papel GUÍA DE ESTUDIO Ing. Rodrigo A. García Scarabosio - PÁGINA 33 DE 42 7. Retirar el papel con cuidado de no retirar la impresión 8. Revisar el circuito minuciosamente. 9. Colocar la placa en cloruro férrico. 10. Controlar cada 5/10 minutos hasta el momento de retirarla Se evaluará: Prolijidad visual de la placa Manofactura de la placa Calidad soldaduras Funcionamiento Informe (Presentación, ortografía, información) El informe debe contener: Pasos para realizar una placa de circuito impreso Medición de tensión total del circuito. Medición de caída de tensión en cada uno de los leds de una columna (es decir en 4 leds) Medición de consumo de corriente total. Se debe presentar el informe junto a la placa funcionando. GUÍA DE ESTUDIO Ing. Rodrigo A. García Scarabosio - PÁGINA 34 DE 42 GUÍA DE ESTUDIO Ing. Rodrigo A. García Scarabosio - PÁGINA 35 DE 42 TP7 – Realización PCB – Amplificador de Audio A continuación, se presenta un pequeño circuito amplificador basado en el CI LM386. EL mismo es muy simple. Si se quisiera hacer estéreo, se deberán armar 2 amplificadores iguales, uno para canal izquierdo y otro para canal derecho. (Fuente: faxter.es) Circuito: GUÍA DE ESTUDIO Ing. Rodrigo A. García Scarabosio - PÁGINA 36 DE 42 GUÍA DE ESTUDIO Ing. Rodrigo A. García Scarabosio - PÁGINA 37 DE 42 Vista superior de circuito terminado: Lista de materiales: 1 condensador de 47nf GUÍA DE ESTUDIO Ing. Rodrigo A. García Scarabosio - PÁGINA 38 DE 42 Al finalizar, se debe realizar un informe el cual debe contener: Medición de corriente total a volumen nulo, medio y alto: Esto deberá realizarse con una aplicación de celular para generador de frecuencia, que se usará como señal de audio. De esta forma, conseguiremos una medición pareja y que no varíe con las diferencias habituales de la música o la voz humana. Probar a varias frecuencias y formas de onda, a modo de experimentación. Medición de tensión de alimentación en volumen nulo, medio y alto. Luego conteste: 1. Los valores de tensión: ¿difieren unos con otros? 2. ¿Es normal que sea así? Justifique su respuesta. 3. Los valores de corriente: ¿difieren unos con otros? 4. ¿Es normal que sea así? Justifique su respuesta. 5. Enumere los distintos tipos de componentes que se utilizaron en el trabajo y busque el símbolo que lo representa. Transcríbalo a su informe. GUÍA DE ESTUDIO Ing. Rodrigo A. García Scarabosio - PÁGINA 39 DE 42 GUIA TRABAJO PRACTICO NUMERO 8 – CUBO LED Se propone la realización de un CuboLed. El mismo es un artefacto meramente recreativo, pero encierra muchos conceptos e ideas para ir despertando la curiosidad e ir desarrollando distintas habilidades. También incorporaremos distintos componentes, desconocidos hasta ahora. Actividad: De la lista de materiales, investigar los elementos desconocidos y hacer un pequeño resumen de ellos. Puede contener tanto información técnica como la historia de su invención. GUÍA DE ESTUDIO Ing. Rodrigo A. García Scarabosio - PÁGINA 40 DE 42 GUÍA DE ESTUDIO Ing. Rodrigo A. García Scarabosio - PÁGINA 41 DE 42 Una vez realizado el PCB y armado el circuito: 1) Corroborar el correcto funcionamiento de los 3 pisos 2) Realizar las siguientes mediciones a. Tensión en la entrada del regulador 7805 b. Tensión a la salida del 7805 c. Corriente con una columna prendida d. Corriente con una fila prendida e. Corriente con un piso prendido f. Corriente con dos pisos prendidos 3) Elabore conclusiones en cuanto a las distintas corrientes medidas 4) Hacer un relevamiento completo del circuito y dibujarlo Materiales: 9 RESISTENCIAS R1-R9 220 ohm 3 RESISTENCIAS R10-R12 10k ohm 1 CIRCUITO INTEGRADO REGULADOR U1 7805 3 TRANSISTORES Q1-Q3 2N3904 27 DIODOS LED D1-D9 12 PULSADORES PARA PLACA P1-P12 GUÍA DE ESTUDIO Ing. Rodrigo A. García Scarabosio - PÁGINA 42 DE 42 REPASO PREVIO A EVALUACIÓN ESCRITA En la fecha indicada por el docente, se tomará una evaluación escrita de carácter individual. Los temas que abarca son los siguientes: Ley de ohm: Definición y aplicación a circuitos mixtos con resistencias. Leyes de Kirchhoff (de tensión y corriente): Definición y aplicación a circuitos mixtos con resistencias. Polarización de diodos (Por ejemplo, LED)
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