Electronica automotriz-electronica-basica-capitulo-i

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    03-Jul-2015

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  • 1. Captulo IJorge Alberto Garbero Ingeniera Electrnica Email : electronicaautomotriz2010@hotmail.com

2. NATURALEZA DE LA ELECTRICIDAD Origen de la palabra ELECTRICIDAD El hombre descubri la electricidad hace muchos siglos Los antiguos griegos saban que cuando se frotaba un trozo de mbar sobre una piel o seda, aqul adquiria la propiedad de atraer trocitos de papel, partculas de polvo y otras sustancias livianas. En realidad la palabra electricidad proviene de la voz griega elektrn, que significa mbar. Frotamiento del vidrio con la seda En el ao 1600 DC, el cientfico William Gilbert descubri que muchas otras sustancias, cuando se frotaban entre s, adquirian la misma propiedad de atraer trocitos de papel y partculas de polvo. Se dice que esas sustancias, despus de ser frotadas entre s se han electrizado, o bien que han recibido una carga elctrica. Veamos algunas experiencias: Frtese una varillita de vidrio con un trozo de tela de seda. Suspndase la varillita con un hilo de seda. Frtese otra varillita con otro trozo de tela de seda. Suspndase esta varillita tambin con un hilo de seda. Acrquense entre s ambas varillitas suspendidas. Las varillas se repelern entre s. (Fig. 1)Fig. 1 Frtese una varillita de ebonita con un trozo de franela. Suspndase esta varillita con un hilo de seda. Acerque la varillita de ebonita a una de las varillitas de vidrio anteriores. La varilla de ebonita y la de vidrio se atraern. (Fig. 2)Fig. 2Dos clases de carga Benjamn Franklin explic este fenmeno del siguiente modo: 1JORGE A. GARBERO INGENIERIA ELECTRONICA 3. Cuando la varilla de vidrio se frota con la seda, aquella recibe una carga elctrica que Franklin llam POSITIVA. Cuando la varilla de ebonita se frota con la franela, aquella recibe una carga elctrica que Franklin llam NEGATIVA. Los experimentos demostraron que las cargas del mismo nombre o signo se repelen y las cargas de distinto nombre o signo se atraen. Este es motivo por el cual la varilla de vidrio, cargada positivamente, repele a la otra varilla de vidrio que posee carga positiva tambin, pero atrae a la varilla de ebonita cargada negativamente.El Electroscopio Hasta ahora se ha considerado la electricidad estacionario o esttica. La carga producida por frotamiento en la varilla de vidrio o de ebonita permanece en el lugar en que se produce, es decir, no circula: es esttica. William Gilbert invent un aparato llamado electroscopio. El aparato consiste en una varilla metlica colocada verticalmente en un bloque de goma u otro material similar, no metlico. La varilla metlica tiene adheridas a su extremo inferior dos laminillas de oro (Fig. 3). La varilla y su bloque de montaje se colocan en un frasco o botella de vidrio con el extremo superior de la varilla sobresaliendo.Fig. 3Frote la varilla de vidrio con la seda. Toque la varilla metlica con la varilla de vidrio cargada. Las dos laminillas de oro se movern separndose. Cuando se aparte la varilla de vidrio de la metlica, las laminillas de oro permanecern separadas. Si se toca la varilla metlica con un dedo, las laminillas de oro caern, volviendo a su posicin inicial. Si se repite el experimento empleando esta vez la varilla de ebonita cargada, ocurrir con las laminillas de oro lo mismo que ocurri cuando se empleo la varilla de vidrio. Franklin explic estos hechos de la siguiente forma: Las cargas elctricas aplicadas a la varilla metlica, bajan por ella hacia las laminillas de oro. Como ambas lminas reciben cargas similares, se repelen entre s y se separan. Cuando se toca la varilla metlica con el dedo, las cargas existentes en el electroscopio ascienden por la varilla y pasan al dedo abandonando el instrumento. Las hojas, descargadas, caen por su propio peso, acercndose entre s. Conductores y Aisladores Se ha visto en, primer lugar, que ciertas sustancias permiten que una carga elctrica fluya por ellas. 2JORGE A. GARBERO INGENIERIA ELECTRONICA 4. A tales sustancias se les denomina conductoras. El ejemplo ms comn de tales conductores lo constituyen los metales. Hay otras sustancias como el vidrio, la ebonita, la goma, el mrmol, distintos tipos de plsticos, etc., que no permiten que las cargas elctricas circulen por ellas. Una carga elctrica que se aplique en cualquiera de sus superficies se queda all. A tales sustancias se les denomina aisladoras o no conductoras. Corriente Elctrica Los conceptos de cargas estacionarias y cargas en movimiento se les denominan: La Carga Elctrica Estacionaria se denomina = ELECTRICIDAD ESTTICA La Carga Elctrica en Movimiento se denomina = CORRIENTE ELCTRICA En la antigedad se crey que la electricidad era un fluido. Los primitivos hombres de ciencia observaron que si un cuerpo negativamente cargado se conectaba por medio de un alambre metlico a otro cuerpo que posea carga positiva, por el alambre circulaba una corriente elctrica. Explicaron este fenmeno declarando que la electricidad era una especie de fluido, tal como el agua. Para esos cientficos la electricidad positiva era un tipo de dicho fluido y la negativa otro tipo. Cuando ambas clases de fluido tenan acceso a un alambre, fluan por el como fluye el agua por un cao. Benjamn Franklin sugiri que solo haba un fluido que circulaba del positivo (+) al negativo (-). El concepto de la existencia de dos fluidos, como el de uno solo, ha resultado errneo. Los electricistas actuales hablan aun de la corriente elctrica, considerndola como un flujo que circula de positivo a negativo. TEORIA ELECTRNICA Las molculas Desde hace mucho tiempo los hombres de ciencia tienen un concepto muy distinto del fenmeno fsico de la electricidad. Para comprender esta idea se debe pensar en partculas muy pequeas. Suponga que tiene un recipiente lleno de agua. Se vierte la mitad del contenido y luego se vuelve a verter la mitad del agua restante, siguiendo as sucesivamente hasta llegar a tener en el recipiente la ltima partcula que ya resulte indivisible. Esta diminuta partcula ser aun agua y tendr las mismas propiedades de la que colmaba el recipiente al comenzar. La partcula ms pequea de un compuesto, que tenga todas las propiedades del mismo, es denominada MOLECULA. Los tomos La molcula de agua puede descomponerse por accin de la corriente elctrica en partculas ms pequeas. Cada molcula consiste en dos partculas del gas Hidrgeno y una partcula del gas Oxgeno. Una sustancia susceptible de ser descompuesta en dos o ms sustancias simples es denominada en qumica Compuesto; el agua es uno de ellos. La sustancia que no puede descomponerse en sustancias ms simples se denomina Elemento; el oxgeno y el hidrgeno son elementos. 3JORGE A. GARBERO INGENIERIA ELECTRONICA 5. La partcula ms pequea de un elemento se denomina tomo. Los tomos son los bloques con que est construida toda la materia. Los tomos de cualquier elemento determinado son iguales entre s, pero distintos de los tomos de los dems elementos. Hay 118 elementos conocidos y los tomos de cada uno de ellos son de una clase precisa y diferente. Algunos se han encontrado en la naturaleza, formando parte de sustancias simples o de compuestos qumicos. Otros han sido creados artificialmente en los aceleradores de partculas o en reactores atmicos. Estos ltimos son inestables y solo existen durante milsimas de segundo. Del mismo modo en que pueden disponerse los ladrillos para construir una gran diversidad de tipos distintos de edificios, as los relativamente pocos tipos de tomos, cuando se combinan en variadas disposiciones, constituyen la gran cantidad de diferentes sustancias conocidas por el hombre. Electrones y Protones Por espacio de muchos aos se consider al tomo como la ms pequea partcula de la materia, investigaciones posteriores demostraron que cada tomo consiste en partculas ms pequeas an. El conocimiento de esto conduce a la TEORA ELECTRNICA. De acuerdo con esta teora todos los tomos (y por consiguiente, toda la materia) se componen de tres tipos principales de partculas. Dos de esos tipos de partculas estn alojadas en el ncleo del tomo. El PROTN, que posee carga elctrica POSITIVA.El NEUTRN, que no posee carga. El neutrn puede ser considerado como una combinacin de protn y electrn.La tercera partcula es el ELECTRN, que posee carga elctrica NEGATIVA.Fig. 4 Representacin de un tomo de helio, el que posee dos electrones girando alrededor del ncleo. Este contiene dos protones y dos neutrones. La carga positiva del ncleo est exactamente equilibrada por la carga negativa de los dos electrones. En consecuencia, el tomo tiene carga neutra. 4JORGE A. GARBERO INGENIERIA ELECTRONICA 6. El tomo puede ser representado como poseyendo un ncleo, es decir, una parte central que consiste en la agrupacin compacta de cierta cantidad de protones y neutrones. Los electrones giran en torno a ese ncleo en rbitas o trayectorias de un modo que se asemeja al movimiento de los planetas alrededor del sol. (Fig. 4) Las distintas clases de tomos tienen diferentes combinaciones de protones, neutrones y electrones. Como adquieren carga los tomos En el tomo sin carga o neutro, el nmero total de protones libres en el ncleo iguala a la cantidad de electrones que giran en torno a el. Las cargas elctricas estn equilibradas. Si se quitara uno o ms electrones de la rbita externa de este tomo, el nmero de protones sera mayor que el de electrones. En consecuencia el tomo tendra carga elctrica POSITIVA. A la inversa, si se agregara uno o ms electrones a la rbita externa de dicho tomo, el nmero de los mismos superara al de los protones. En consecuencia el tomo tendra carga elctrica NEGATIVA. Debemos tener en cuenta que los cientficos no estn totalmente de acuerdo entre s en lo que respecta a la Teora Electrnica, sobre todo en la composicin del ncleo del tomo. Adoptamos este modelo por ser por lo menos, a nuestro modesto entender, el ms didctico. La carga de una varilla de vidrio Se puede comprender entonces que ocurre al frotar la varilla de vidrio con un trozo de tela de seda. El frotamiento extrae cierta cantidad de elect