ELECTROTECNIA

Alvaro Acosta Agón

Magister en Educación

INTRODUCCIÓN A LA ELECTROTECNIA

1.1 QUÉ ES LA ELECTROTECNIA

1.2 PRINCIPIOS FUNDAMENTALES DE LA ELECTRICIDAD

1.3 EL ÁTOMO: CARGAS ELÉCTRICAS, LEY DE COULOMB

1.4 GENERACIÓN DE LA ELECTRICIDAD

1.5 LA CORRIENTE ELÉCTRICA

1.6 CLASES DE CORRIENTE ELÉCTRICA

1.7 TENSIÓN, VOLTAJE o DIFERENCIA DE POTENCIAL 

1.8 EL CIRCUITO ELÉCTRICO: TIPOS DE CIRCUITOS

1. INTRODUCCIÓN A LA ELECTROTECNIA

1.1 QUÉ ES LA ELECTROTECNIA

Es la aplicación práctica de la electricidad. La palabra electrotecnia viene de la combinación de electro y techne, o sea, es la tecnología eléctrica, donde se encuentran componentes tales como motores eléctricos, interruptores, condensadores, contactores, equipos de iluminación, etc.

1.2. PRINCIPIOS FUNDAMENTALES DE LA ELECTRICIDAD

La electricidad es un tipo de energía, y como tal, capaz de realizar trabajo. Ejemplos de sus aplicaciones prácticas son los motores, calefactores, lámparas, etc. 

1.3. EL ÁTOMO

La estructura de un átomo se asemeja a un sistema planetario. El núcleo que tiene la mayor parte de la masa. Los electrones que giran alrededor con extraordinaria velocidad.

La estructura de un átomo se asemeja a un sistema planetario. El núcleo que tiene la mayor parte de la masa. Los electrones que giran alrededor con extraordinaria velocidad. Los electrones se mantienen en sus orbitas debido a la fuerza de atracción que existe entre éstos y el núcleo. Esta fuerza recibe el nombre de Fuerza Eléctrica, es muy grande y puede ser de atracción o repulsión.

A los cuerpos o partículas cargadas eléctricamente se les denomina cargas eléctricas. Cuando hay varias cargas eléctricas aparecen entre ellas fuerzas eléctricas.

El electrón tiene una carga eléctrica negativa (-).

El núcleo está cargado positivamente (+), como son cargas opuestas existe una fuerza de atracción que mantiene a los electrones en sus orbitas

El protón es una partícula cargada positivamente.

El neutrón es una partícula que no está cargada eléctricamente, tiene una masa algo mayor que la del protón, y su función en el núcleo es contrarrestar las reciprocas repulsiones eléctricas entre los protones.

El número de electrones que puede tener un átomo va desde uno hasta más de un centenar, y será siempre igual al número de protones del núcleo, para que el átomo sea eléctricamente neutro (Número Atómico). En los átomos, los electrones se encuentran en capas. El número máximo de electrones por capa está predeterminado; en la primera, son 2; en la segunda, son 8; al último electrón se le deben las propiedades específicas de cada átomo.

La cantidad de electrones que se encuentran en cada capa se puede determinar por medio de la expresión: E = 2n² siendo E, número de electrones de la capa y n, número de la capa.

Los electrones de la última capa son atraídos por el núcleo con menor fuerza que los de las capas inferiores, ya que la distancia es mayor, y además, existe un efecto de repulsión de los electrones de las capas inferiores.

Los electrones de la última capa se pueden perder fácilmente, quedando el átomo con carga positiva.

La última capa de un átomo también puede admitir mayor número de electrones, quedando el átomo cargado negativamente

Hay que partir de la condición que, en la última capa, como máximo, pueden existir 8 electrones. Las siete capas (órbitas), se denominan K, L, M, N, O, P y Q, siendo K la más próxima al núcleo.

Cuando un átomo no es neutro por defecto o exceso de electrones se convierte en una carga eléctrica que se llama ion.

Cationes: iones positivos. Cuando hay más protones que electrones.

Aniones: iones negativos. Cuando hay más electrones que protones.

ELECTRONES DE VALENCIA: Los electrones de la órbita más externa se conocen como electrones de valencia, a ellos se debe la capacidad del átomo de recombinarse y formar moléculas. (Pueden ser un máximo de 8 electrones). En estas moléculas se comparten uno o más electrones de la última capa de cada átomo, estos electrones compartidos constituyen el enlace de dicha molécula, que se llama enlace covalente.

CONDUCTORES: En los átomos de los conductores no son necesarios todos los electrones para formar el enlace (red), quedando algunos electrones poco sujetos a los núcleos atómicos, con lo que pueden pasar fácilmente de unos átomos a otros por los espacios libres de la red. A estos electrones se les da el nombre de electrones libres y son la causa de que los metales sean buenos conductores de calor y de electricidad. Poseen menos de 4 electrones de valencia. (Ejemplos: Metales = Oro, Cobre, Plata, Hierro, Aluminio).

AISLANTES: Estas sustancias, al contrario que los metales, no disponen de electrones libres, debido a que necesitan todos los electrones de valencia para el enlace de los átomos. Poseen más de 4 electrones de valencia. (Ejemplos: Metaloides = Fósforo, Azufre, Cloro, Xenón).

SEMICONDUCTORES: Se convierten a determinadas temperaturas en conductores. La conducción de la electricidad depende del número de electrones libres por unidad de volumen en cada cuerpo. Poseen cuatro electrones de valencia. (Ejemplos: Silicio, Germanio, Antimonio).

DIAGRAMA DE MOELLER

Es un método gráfico y mnemotécnico para conocer y escribir la configuración electrónica de los elementos químicos, utilizando la regla de las diagonales que se trazan por las columnas de los orbitales, en sentido de arriba hacia abajo de derecha a izquierda. Cada columna corresponde a un orbital: s, p, d y f. Cada orbital tiene una capacidad diferente de albergar electrones, s = 2 e^-; p = 6 e^-; d = 10 e^-; f = 14 e^-.

Para calcular la configuración electrónica de un átomo y en qué orbitales se ubican sus electrones primero debemos conocer su número atómico Z, que corresponde al número de electrones de un átomo neutro. El proceso se detiene donde se haya ocupado el último electrón dado por Z.

ACTIVIDAD 1.

1. Dar una breve explicación sobre las partículas Protón y Electrón.

2. De las dos partículas anteriores, ¿Cuál de estas es la que da lugar a la corriente eléctrica?

3. ¿Por qué aparecen cuerpos con carga positiva o negativa? ¿Y qué efectos pueden dar lugar entre ellos?. Piensa en alguna manifestación de este efecto, que a veces se experimenta en la vida cotidiana.

4. ¿A qué se denominan electrones libres?

5. ¿Cuándo un átomo tiene estabilidad eléctrica?

6. ¿En qué se diferencian las estructuras atómicas de un material conductor y de un material aislante?

7. De varios ejemplos de elementos aislantes y conductores.

8. Calcular y dibujar la estructura electrónica de los siguientes átomos: ALUMNIO, PLATA, CARBONO, ESTAÑO, AZUFRE, FÓSFORO. (Consultar el diagrama de Moeller).

1.4. GENERACIÓN DE ELECTRICIDAD

¿QUÉ ES LA ELECTRICIDAD?

La electricidad proviene del griego Elektron -ámbar- que es un fenómeno físico que presenta su origen en las cargas eléctricas. De acuerdo con la actividad de las cargas eléctricas, puede darse una electricidad estática o dinámica. Es el flujo de electrones a través de un medio que es capaz de permitir su circulación.

Cuando cualquier tipo de energía, sea mecánica, térmica u otra, se convierte en electricidad, se habla de generación eléctrica. 

Las seis (6) principales formas de generación de electricidad: por fricción o inducción, por reacción química, por presión, por calor, por luz y por magnetismo.

POR FRICCIÓN o INDUCCIÓN

Fue descubierta en la antigua Grecia, por Tales de Mileto observó que al frotar en la piel de los animales una pieza de ámbar, ésta adquiría la propiedad de atraer pequeños trozos de virutas de partículas.

Cuando dos cuerpos se frotan entre sí, uno de ellos “cede” electrones al otro. Es decir, mientras de uno de esos cuerpos se desprenden tales partículas subatómicas, el otro las recibe; así, el primero queda con déficit de electrones y el segundo con exceso de estos.

Consigue un lapicero de plástico y frótalo con un paño de lana. Seguidamente, acércalo a unos pedacitos de papel entonces habrá una atracción debido a una fuerza de cargas eléctricas.

Al frotar el lapicero de plástico con el paño, se transfieren electrones de un elemento a otro, quedando el lapicero cargado eléctricamente. Cuando acercamos el lapicero cargado con electricidad estática, éste atrae a los papelitos.

Cuando un átomo tiene disminución de electrones, la carga total del material es positiva; cuando tiene adicionales, el material adquiere una carga total negativa. Conforme a esto, la electricidad se produce por el paso de los electrones de un material a otro; es decir, por efecto de la fricción, a este fenómeno se le conoce como “electricidad estática”.

Uno de los medios más conocidos para generar grandes cantidades de electricidad estática, es la Máquina de Wimshurst. Este aparato consiste en dos discos plásticos colocados frente a frente, que giran en sentidos opuestos; sobre uno de ellos se encuentran varias laminillas conductoras. La mutua rotación ejercida, origina un desplazamiento de cargas. La carga eléctrica de los discos es recuperada mediante un par de electrodos, los cuales se colocan de modo que estén en contacto con la superficie del disco que tiene las laminillas; cuando la cantidad de carga acumulada en la superficie de los discos es grande, se llegan a producir arcos eléctricos entre las terminales externas del dispositivo

POR REACCIÓN QUÍMICA

Forma de mayor eficiencia y ampliamente utilizadas para generar electricidad, como ejemplo, tenemos las pilas y baterías, se puede decir que una pila es un medio que transforma la energía química en eléctrica, ya que está formada por un electrolito (que puede ser líquido, sólido o de pasta), un electrodo positivo y un electrodo negativo.

El electrolito, una sustancia química, reacciona con los electrodos, de tal forma que a uno de ellos llegan los electrones liberados por la reacción -haciéndose negativo-, mientras que el otro, habiéndolos perdido, adquiere carga positiva. Esta diferencia de cargas entre los dos electrodos se conoce como “diferencia de potencial”. Si se conecta un cable conductor externo que los comunique, la diferencia de potencial origina un camino por el que los electrones del electrodo negativo pasan al electrodo positivo. Precisamente, al desplazamiento de los electrones a través de un conductor se le conoce con el nombre de “corriente eléctrica”.

Se puede fabricar una pila sencilla si se introduce una barra de cobre (Cu) y una barra de cinc (Zn) en una disolución de agua (H₂O) con unas gotas de ácido sulfúrico (H₂SO₄). Los terminales de ambas barras se conectan a un voltímetro.

El ácido sulfúrico disuelve las barras de cinc y de cobre, pasando sus átomos a la disolución. El cinc cede átomos a la disolución y deja acumulados gran cantidad de sus electrones en la barra de cinc. Con la barra de cobre se acumula muchos menos electrones. El resultado es que la barra de cinc se hace mucho más negativa que la barra de cobre, apareciendo una diferencia de cargas o tensión eléctrica.

POR PRESIÓN

Constituido por los materiales piezoeléctricos, son aquellos que liberan electrones cuando se les aplica una fuerza. Su nombre se deriva del término griego Piezo, que significa “presión”. Cuando se aplica la fuerza sobre el material, los electrones son obligados a salir de sus órbitas y se desplazan hacia el punto opuesto a aquel en que se está ejerciendo la presión; cuando ésta cesa, los electrones regresan a los átomos de donde proceden.

Aplicación de la generación de energía por presión

En aeropuertos internacionales, terminales de buses y trenes, se puede aprovechar el flujo de peatones para que al pisar una superficie que tiene elementos piezoeléctricos, se genere energía eléctrica.

POR CALOR

Al aplicar energía en forma de calor a determinados cuerpos, éstos aumentan el movimiento cinético interno de sus átomos; con ello, se origina el desprendimiento de los electrones de las órbitas de valencia. Otros metales, se comportan de manera inversa. Supongamos que un metal del primer tipo es unido superficialmente a un metal de comportamiento contrario, y que se les aplica calor. Mientras que uno será cada vez más positivo conforme se vayan liberando sus electrones, el otro que los absorbe se hará muy negativo al almacenar cargas negativas.

Algunos cuerpos poseen propiedades termoeléctricas, y con ellos se pueden construir pares termoeléctricos. Éstos constan de dos metales distintos y unidos, que al ser calentados manifiestan una diferencia de potencial entre sus extremos

Tras retirar la fuente de calor, los metales se irán enfriando y entonces los electrones “extras” que fueron de momento alojados por uno de los metales, regresarán al de su procedencia. Cuanto más calor se aplique a la unión de esos metales, mayor será la cantidad de carga eléctrica que pueda producirse. A este fenómeno se le conoce como “termoelectricidad”.

A aquellos dispositivos formados por la unión de dos metales y que presentan el efecto de termoelectricidad, se les denomina “termopar”. 

POR LUZ

El “efecto fotoeléctrico” consiste en la liberación de electrones de un material, cuando la luz incide (ultravioleta o azul) sobre éste. El potasio, el sodio, el cesio, el selenio, el sulfuro de plomo, el germanio, el silicio y el cadmio, son algunos de los materiales que presentan tal característica.

Fue en 1905, cuando el físico alemán Albert Einstein propuso por primera vez una teoría que explicaba de manera satisfactoria el efecto fotoeléctrico. Su teoría señala que la luz está formada por fotones (es decir pequeños paquetes de energía), los cuales chocan con la superficie de las sustancias; si tienen suficiente energía, serán capaces de liberar a los electrones de valencia del material y, por consecuencia, provocarán excesos y déficit de cargas.

POR MAGNETISMO

El magnetismo es una forma de energía capaz de atraer metales, gracias al campo de fuerza que genera. A su vez, el campo magnético de un imán está formado por fotones, pero de una frecuencia distinta a la de la luz. Cuando un alambre conductor cruza perpendicularmente las líneas de fuerza magnética de un imán, los fotones del campo obligan a los electrones de dicho conductor a desplazarse; de esta forma, dado que en uno de sus extremos se produce un acumulamiento de electrones y en el otro un déficit, se obtiene un conductor con un extremo positivo y otro negativo.

Uso del Magnetismo:

Imanes: Cierre de puertas, en altavoces, micrófonos, dinamos de bicicletas, motores eléctricos.

Electroimanes: en timbres o en máquinas para separar residuos metálicos.

Soportes Magnéticos: para almacenar información, como cinta, discos duros, tarjetas de memoria.

Bandas Magnéticas: para almacenar información en tarjetas de crédito

CENTRALES GENERADORAS DE ENERGÍA ELÉCTRICA

Centrales Hidroeléctricas

La turbina se mueve gracias un chorro de agua a gran velocidad, aprovechando los saltos de agua.

Centrales Térmicas

La turbina es movida gracias a un chorro de vapor a presión obtenido calentando agua.

Térmicas clásicas, también llamadas termoeléctricas o simplemente térmicas: obtienen la energía de la combustión de combustibles fósiles (carbón, gas natural) o sus derivados (fuel-oil).

Centrales de biomasa: obtienen la energía de la combustión de residuos forestales, agrícolas o de los llamados cultivos energéticos.

Centrales de incineración de residuos sólidos urbanos (RSU): obtienen la energía de la combustión de la basura (una vez tratada convenientemente).

Nucleares: obtienen la energía a partir de reacciones de fisión de átomos de uranio.

Termosolares: calientan el agua concentrando la energía procedente del sol.

Geotérmicas: aprovechan el calor procedente del interior de la Tierra.

Centrales Eólicas

La turbina es movida gracias a la acción del viento sobre las aspas de un aerogenerador.

Centrales Mareomotrices

Funcionan de modo similar a las centrales hidroeléctricas, pero aprovechando las diferencias del nivel del mar entre la marea alta (pleamar) y la marea baja (bajamar).

Centrales solares fotovoltaicas

Convierten directamente la energía radiante del sol en energía eléctrica.

Para ello se usan células solares fotovoltaicas que aprovechan el efecto fotoeléctrico, es decir la capacidad de algunos materiales (los semiconductores) para convertir la energía luminosa en corriente eléctrica.

PLANTA SOLAR FOTOVOLTAICA

1.5. CORRIENTE ELÉCTRICA

André-Marie Ampère (1775-1836), matemático y físico francés, sentó las bases de la electrodinámica. Definió la corriente eléctrica y desarrolló una manera de medirla en la década de 1820. Formuló las leyes del electromagnetismo. Inventó el electroimán y el amperímetro. La unidad de corriente eléctrica, el ampere, lleva su nombre.

La corriente eléctrica es un movimiento de millones de electrones libres, a través de un conductor. Para que exista corriente es necesario que los conductores formen un circuito cerrado.

La intensidad de corriente depende del número de electrones que atraviesa la sección del conductor en un tiempo determinado. El movimiento de un Coulomb que pasa por cualquier punto de un conductor durante un segundo, Columbs/segundos, se denomina Amperio (en honor al físico francés André-Marie Ampere).

El AMPERAJE es la cantidad de corriente o flujo de electrones que fluyen por un conductor (cable). 

Si el calibre (el diámetro del cable) es reducido, la corriente o electrones encontrarán mucha resistencia a su paso. Pero si el calibre o grueso del cable es mayor, la corriente fluirá de forma libre con menor resistencia.

SENTIDO DE LA CORRIENTE

Sentido Real: (Sentido del movimiento de los electrones). Como los electrones tienen cargas negativas se mueven en sentido contrario, van del polo negativo (–) al polo positivo (+) del generador.

Sentido Convencional: (Sentido de la corriente). Antes de conocer que la causa de la corriente eléctrica eran los electrones libres, Faraday eligió como sentido de la corriente el que va desde el más al menos del generador. Desde el alto voltaje (potencial alto) al bajo voltaje (potencial bajo).

En un conductor metálico, los electrones de conducción, que son los electrones de valencia, tienen un movimiento desordenado sin dirección específica. 

Cuando se aplica un campo eléctrico en una dirección, aparecen fuerzas eléctricas sobre los electrones, estos se moverán preferencialmente en dirección de esas fuerzas (esto es, la dirección del campo), generando una corriente eléctrica.

1.6. CLASE DE CORRIENTE ELÉCTRICA

Se consideran dos tipos de corriente: Continua o Directa y Alterna.

CORRIENTE CONTINUA (CC): Es una corriente eléctrica que circula siempre en el mismo sentido y con la misma intensidad, aún con el paso del tiempo.

CORRIENTE ALTERNA (AC): Es la que cambia periódicamente de sentido e intensidad. Tanto la magnitud y el sentido oscilaran de modo cíclico.

Cuando hay una superposición de una corriente continua y una corriente alterna, se le denomina corriente mixta:

1.7. TENSIÓN, VOLTAJE o DIFERENCIA DE POTENCIAL

Para que exista una corriente eléctrica se requiere de algo que fuerce a que los electrones circulen ordenadamente; una fuerza de origen eléctrica, denominada fuerza electromotriz (FEM), cuya unidad es el volt (V).

El voltaje, tensión o diferencia de potencial es la presión que ejerce una fuente de suministro de energía eléctrica o fuerza electromotriz (FEM) sobre las cargas eléctricas o electrones en un circuito eléctrico cerrado, para que se establezca el flujo de una corriente eléctrica. (Es el impulso que necesita una carga eléctrica para que pueda fluir por el conductor de un circuito eléctrico).

A mayor diferencia de potencial o presión que ejerza una fuente de FEM sobre las cargas eléctricas o electrones contenidos en un conductor, mayor será el voltaje o tensión existente en el circuito al que corresponda ese conductor. La tensión entre dos puntos de un campo eléctrico es igual al trabajo que realiza dicha unidad de carga positiva para transportarla desde el punto A al punto B. En el Sistema Internacional de Unidades, la diferencia de potencial se mide en voltios (V), al igual que el potencial.

La tensión es independiente del camino recorrido por la carga, y depende exclusivamente del potencial eléctrico de los puntos A y B en el campo. La caída de voltaje es la diferencia potencial entre dos extremos del conductor a través del cual fluye una corriente.

ACTIVIDAD 2.

1. ¿Por qué algunos carrotanques (depósito de combustibles), llevan una cadena colgando y rozando el pavimento?

2. Describa algunas aplicaciones cotidianas de la electricidad estática

3. ¿Por qué el voltaje y la frecuencia varía en cada país?.

4. Qué tipo de materiales son fundamentales en la fabricación de los dispositivos electrónicos actuales?

a). Conductores                     b). Aislantes               c). Semiconductores

5. Si lees que la corriente eléctrica en un circuito sale por el polo positivo de la pila y entra por el polo negativo, ¿a qué sentido de corriente se está refiriendo?

a. sentido real del movimiento de los electrones

b. sentido convencional de la corriente eléctrica, contrario al del movimiento de los electrones

6. ¿Qué tipo de corriente circula por los dispositivos electrónicos?

a. CC

b. AC

c. BC

d. JP

7. ¿Cuál de los siguientes dispositivos NO generan corriente continua?

a. Pila

b. Dinamo

c. Generador

d. Célula fotovoltaica

8. ¿Qué debe existir entre dos puntos de un circuito para que los electrones circulen por él?

a). Una diferencia de potencial entre los dos puntos del circuito

b). No tiene que haber ninguna diferencia de potencial, pueden circular libremente por un conductor

1.8. CIRCUITO ELÉCTRICO

Un CIRCUITO ELÉCTRICO (del latín circuitus) es la interconexión de dos o más componentes (fuentes, interruptores, cables, resistencias, condensadores, semiconductores) que tienen una trayectoria continua en un camino cerrado.

DIAGRAMA DE LOS CIRCUITOS:

PICTÓRICO – ESQUEMÁTICO – A BLOQUES

Todos los circuitos eléctricos y electrónicos, sin importar su complejidad, tienen (3) tres factores asociados con ellos:

El Voltaje: permite que haya corriente

La Corriente: “circula” por los conductores

La Resistencia: controla a esta corriente

UNIDADES DE MEDICIÓN

Voltaje o Tensión	V	Voltios
Intensidad de Corriente	I	Amperios
Resistencia	R	Ohmios (Ω)

Tipos fundamentales de circuitos: Serie, Paralelo, Mixto.

CIRCUITO EN SERIE: Se dice que los componentes de un circuito están en serie cuando la corriente circula primero por un componente, luego por el siguiente así sucesivamente hasta recorrer el camino completo. La corriente tiene un solo camino por donde fluir.

CIRCUITO EN PARALELO: Se dice que un circuito está en paralelo cuando una corriente circula simultáneamente por todos sus componentes, ya que los terminales de cada uno están conectados uno a cada polo de la fuente de voltaje o alimentación. La corriente tiene varios caminos por donde fluir.

CIRCUITO MIXTO: Es la combinación de elementos en conexión serie y paralelo en el mismo circuito.

ACTIVIDAD 3.

Completar:

1. El _________ entre dos puntos de un circuito se mide en _______. El instrumento utilizado para medirlo es el ___________, que debe conectarse en ____________.                  

2. La ________      de ___________  que pasa por un elemento de un circuito eléctrico está relacionada con la ___________ que lo atraviesa cada segundo. Se mide en ______________  y el instrumento utilizado para medirla es el _____________  que debe siempre conectarse en _________        con el elemento.

ELEMENTOS DE LOS CIRCUITOS

Los elementos, que se emplean en la construcción de circuitos eléctricos, son clasificados de forma amplia como: ACTIVOS, PASIVOS.

Un elemento Activo es capaz de generar energía. Un elemento Pasivo no puede generarla, la absorbe. (Aunque algunos elementos pasivos si son capaces de almacenarla, condensadores).

PASIVOS:                  ACTIVOS:

Resistencias                Batería

Capacitores                 Generadores

Inductores                   Transistores

                                    Amplificadores

SIMBOLOGÍA ELECTRÓNICA

2. LA MATEMÁTICA EN ELECTRÓNICA

LA MATEMÁTICA EN ELECTRÓNICA

2.1 NOTACIÓN CIENTIFICA

2.2 NOTACIÓN DE INGENIERÍA

2.3 UNIDADES ELÉCTRICAS

2.1 NOTACIÓN CIENTÍFICA 

Sirve para expresar en forma cómoda aquellas cantidades que son demasiado grandes o pequeñas.

Regla: Un número en NC se escribe como un número comprendido entre uno y nueve, multiplicado por la potencia de 10 correspondiente. a x 10ⁿ 

a  un número entero o decimal mayor o igual que 1 y menor que 10, que recibe el nombre de mantisa. 

n  un número entero, que recibe el nombre de exponente u orden  de magnitud. 

2.2 NOTACIÓN DE INGENIERÍA    

Regla: Un número en NI la potencia de 10 correspondiente es múltiplo de 3: a x 10ⁿ 

a = Factor multiplicativo que está entre 1 y 1000

n = exponente que siempre es múltiplo de 3

Deca 10¹                                deci 10^-1

Hecto 10²                               centi 10^-2

EXPONENTE POSITIVO: 1,642 x 10⁵ = 164.200

            Hacia la derecha el exponente disminuye: 16,42 x 10⁴

            Hacia la izquierda el exponente aumenta: 0,1642 x 10⁶

EXPONENTE NEGATIVO: 7,25 x 10^-3 = 0,00725

            Hacia la derecha el exponente aumenta: 72,5 x 10^-4

            Hacia la izquierda el exponente disminuye: 0,725 x 10^-2

2.3 UNIDADES ELÉCTRICAS

ACTIVIDAD 4.

Operaciones en Notación Científica 

a).  4 x 10⁸ m + 3 x 10⁸ m = 

b).  6,2 x 10^-3 m – 2,8 x 10^-3 m = 

c). 4.0 x 10⁶ m + 3 x 10⁵ m = 

d). (3 x 10⁶m) (2 x 10³m) = 

3. BATERIAS

Alessandro Antonio Volta (1745-1827), físico italiano, inventó la batería eléctrica, la cual brindó el primer flujo continuo de electricidad; y el capacitor. Su invención de la batería en 1796 revolucionó el uso de la electricidad. La unidad de tensión o diferencia de potencial, el volt (voltio, fue llamada así en su honor.

La Batería, es un “dispositivo” que transforma la energía química en eléctrica, y consiste en dos o más pilas eléctricas conectadas en serie o en paralelo o en mixto.

BATERÍAS PRIMARIAS:

Las que no se pueden recargar; son las convencionales o alcalinas y se usan en múltiples aplicaciones, algunas tan vitales como la alimentación de marcapasos. 

BATERÍAS SECUNDARIAS:

Las que se pueden recargar. Actualmente existen dos tipos de baterías recargables que dominan el mercado: las baterías de plomo y las de níquel-cadmio. 

Las baterías de plomo están en los automóviles, pero sólo destinadas a cubrir las necesidades de arranque, iluminación e ignición (no tienen suficiente energía para mover el coche). 

Las baterías de níquel-cadmio a falta de mejores baterías, se emplean en artículos de electrónica de consumo como videocámaras y computadores o teléfonos móviles. 

ELEMENTOS PRIMARIOS DE LAS BATERÍAS: 

ZINC-CARBÓN o Pila Seca: La clásica batería de zinc-carbón sigue siendo una alternativa económica frente a la batería de álcali-manganeso o la de acumuladores. 

ZINC-AIRE: En las baterías de este tipo reacciona con el oxígeno. 

MERCURIO: Los sistemas de mercurio se han conformado a partir de un par de óxidos de cinc/mercurio. 

ÓXIDO DE PLATA: Las pilas disponibles en forma de elementos de botón tienen una tensión nominal de 1,5 V y se utilizan sobre todo en relojes de pulsera de cuarzo y en el campo de la fotografía. 

DIÓXIDO DE LITIO-MANGANESO: Entrega una tensión tres o cuatro veces mayor de lo que es posible con otros materiales. 

ELEMENTOS SECUNDARIOS DE LAS BATERÍAS: 

NIQUEL-CADMIO: Con él nos encontramos casi a diario, por ejemplo, en máquinas de afeitar, al trabajar con destornilladores de acumuladores o en la electrónica comercial. 

HIDRURO METÁLICO DE NÍQUEL: Los acumuladores metálicos de níquel (NiMH), desarrollados hace pocos años, se diferencian de los acumuladores de NiCd esencialmente en que no poseen metales pesados tóxicos como plomo, cadmio o mercurio. 

ÁCIDO DE PLOMO / GEL DE PLOMO: Entre las aplicaciones de los acumuladores de plomo se encuentran por ejemplo las baterías de arranque, las fuentes de alimentación de corriente de emergencia y las iluminaciones de centros de trabajo. 

IONES DE LITIO: Los elementos primarios de iones de litio, que contienen el metal alcalino no tóxico litio, existen desde hace ya varios años. 

BATERÍAS ESPECIALES 

PILAS SOLARES 

Células fotovoltaicas: En una célula fotovoltaica, la luz excita electrones entre capas de materiales semiconductores de silicio. Esto produce corrientes eléctricas. 

Hay dos tipos de celdas o pilas solares, de selenio y de silicio. Las dos convierten luz en electricidad. 

BATERÍAS SMART

Se dice que un acumulador está dotado de "inteligencia" (como indica la palabra "smart") cuando dispone de un microchip. En este chip se han archivado datos técnicos e indicaciones para un proceso de carga óptimo.

CAPACIDAD DE UNA BATERÍA 

Se mide en (A*h) o (mA*h). Se representa con la letra C (no confundir con Coulomb). 

Una batería que tiene por ejemplo C = 500 quiere decir que puede suministrar una corriente de 500mA durante una hora (250 mA durante 2 horas, 125 mA durante 4 horas... etc.) 

El término C se utiliza también para definir la corriente de carga. Una corriente de 1C significa que la batería se cargará con la misma corriente que puede suministrar durante una hora. 

En el ejemplo anterior 1C = 500 mA. 

Normalmente las baterías se cargan a 0,1C durante 14 horas. 

La unidad de carga eléctrica del Sistema Internacional es el culombio C:

3.1 CONEXIÓN DE BATERIAS EN SERIE 

La tensión aumenta, (es la suma de los voltajes individuales), y se mantiene los amperios-hora.

3.2 CONEXIÓN DE BATERIAS EN PARALELO 

Mantienen la misma tensión, pero aumenta la clasificación de amperios-hora.

ACTIVIDAD 4 

(1). Indicar qué voltaje se obtiene en cada arreglo de pilas (1,5V) dadas.

(2). ¿Qué tipo de corriente eléctrica cambia de sentido constantemente?

(3). ¿Qué tipo de corriente mantiene su movimiento en el mismo sentido siempre? 

(4). ¿Qué tipo de corriente eléctrica circula por la red eléctrica domiciliaria? 

(5). ¿Qué dispositivo se utiliza para transformar el valor de la tensión eléctrica? 

(6). ¿Cómo se deben conectar dos pilas para disponer de un mayor voltaje? 

(7). ¿Cómo se deben conectar dos pilas para que su carga dure más? 

(8). ¿Qué pasa se colocan dos baterías de 9 V en oposición? 

(9). Cuatro pilas de 1,5 Voltios de fem cada una y una resistencia interna de 1,2 Ω se conectan en serie y luego en paralelo. Calcular la fem total, la resistencia interna y la corriente de cortocircuito en cada caso. 

(10). Representar gráficamente cómo se deben conectar dos baterías de automóviles, si una está cargada y la otra descargada.