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Organización pedagógica didáctica y actualización: Aldo Martin

Que es la Electricidad?

Siempre que se habla de electricidad se hace referencia a efectos cuánticos, movilidad de portadores, etc. De forma que uno no sabe de dónde viene ni hacia dónde va. El concepto básico de la electricidad es algo más sencillo  que todo esto. Unicamente hay que explicar brevemente cómo se encuentra estructurada la materia.

Entremos dentro de un material empleado típicamente como conductor de la corriente eléctrica, como puede ser el cobre - como podría haber sido otro conductor o no -. Esa superficie del conductor, que puede  ser muy pulida, en su interior se compone de una serie de átomos que serán los responsables directos de sus  propiedades  ópticas, físicas, eléctricas, y magnéticas.

Cada átomo se compone de un núcleo, compuesto de neutrones y protones, alrededor del cual giran los electrones en órbitas dispuestas siguiendo complejas leyes cuánticas. En función del elemento variara la cantidad de electrones que giren alrededor del núcleo al igual que el numero de capas electrónicas dispuestas en dichas órbitas. Hasta aquí la parte física del asunto. A partir de aquí, la pura lógica.

Los electrones son partículas con carga eléctrica y serán los responsables directos de la corriente eléctrica. La electricidad surge como un desplazamiento de estos electrones, poseedores de carga eléctrica, a través de  diferentes átomos, forzado por un campo eléctrico que los desplaza. La electricidad es por lo tanto un desplazamiento de carga eléctrica.

¿Cómo medir el desplazamiento de carga?

Sencillo. La carga eléctrica se mide en culombios, y teniendo en cuenta que la carga eléctrica de electrón es de 1,6x10^-19, o 0,00000000000000000016 culombios, únicamente hay que averiguar  el número de electrones que se están desplazando para saber finalmente cual es la carga eléctrica total en movimiento.

Pero, en cuánto tiempo se desplaza toda esa carga eléctrica?. No es lo mismo que se desplacen 100.000 electrones en un segundo, a que lo hagan en una hora.

Para diferenciar esto se estableció el concepto de intensidad eléctrica (I), que no es más que la relación entre la carga eléctrica que se desplaza por un conductor y el tiempo empleado en dicho desplazamiento. La unidad empleada para medir la intensidad es el amperio (Ampere) por definición, un amperio es la intensidad eléctrica creada al pasar un culombio en el tiempo de un segundo, por un determinado conductor, lo que es lo mismo, 6,2 trillones de electrones por segundo.

Para hacerse una idea de estas magnitudes, simplemente mencionar el caso de cualquier electrodoméstico que en condiciones normales necesitará más de un amperio para poder funcionar adecuadamente, o como ya hemos dicho, más de 6,2 trillones de electrones por segundo.

Ya disponemos de dos magnitudes eléctricas, la carga y la intensidad (o corriente) eléctrica. Nos faltan otras tres más, básicas para el entendimiento de cualquier circuito electrónico: la potencia, la resistencia, y la diferencia de potencial. Para ello volvemos al caso anterior del átomo.

Cuando hablábamos del origen de la corriente eléctrica, mencionábamos la existencia de un campo eléctrico que forzaba la salida de esos electrones de sus órbitas. Veamos un símil con el "mundo real". Imaginemos un campo diáfano. Este campo esta compuesto por una serie de casas, alrededor de las cuales se encuentran personas  que disponen de pequeños hilos que las encadenan a la casa.

Un día se forma un huracán que empieza a soplar en una dirección, por lo que cada una de esas personas que se encuentran fuera de la casa, se sujeta a su pequeño hilo que evitará que sea empujada por los fuertes vientos del huracán. Según aumenta la fuerza del viento, los hilos más débiles de romperán y las correspondientes personas saldrán volando. Lógicamente, cuando mayor sea este viento, un mayor porcentaje de hilos se romperán y más gente saldrá volando en el sentido del huracán.

La magnitud de este viento es el símil a una magnitud eléctrica llamado d formas diferentes: voltaje (V), tensión, o diferencia de potencial, y la diferencia de potencial unidad de medida es le voltio.

Una mayor tensión trae consigo un aumento en el desplazamiento de carga, y por consiguiente de intensidad.

Pero esta breve historia desvela otra unidad, relacionada con la oposición que ejerce cada persona a ser desplazada.

Es la resistencia (R), y su unidad de medida es el ohmio (ohm).

Si existe una ley que encierra el comportamiento de todos los circuitos eléctricos y electrónicos  es la ley de ohm.  Esta ley relaciona el voltaje, la resistencia y la intensidad mediante una sencilla expresión matemática:

V=R x I.

Veamos el ejemplo de aplicación de esta formula: se dispone de  una resistencia  (R) de 1 ohm por la que está pasando 1 ampere de intensidad (I). Según la relación  de la ley de ohm, se desarrolla entre los extremos de la resistencia  un voltaje o diferencia de potencial de un voltio (V=1 ohmio * 1 amperio).

Por ultimo solo nos queda definir la potencia, al pasar corriente a través de una resistencia se produce un aumento de la temperatura  y correspondientemente disipación de calor, este calor disipado representa potencia consumida por este elemento, la potencia es proporcional a la corriente y al voltaje entre los bornes de la resistencia.

Retomando el ejemplo anterior, supongamos ahora que el viento cambia en forma periódica de dirección. Primero sopla en una dirección aumentando su intensidad, luego va disminuyendo hasta llegar a cero, y después sopla de la misma forma en el otro sentido. Las personas cuyos hilos fueron cortados se moverán de la misma forma en que se mueve este viento.

En el primer ejemplo la tensión era continua, puesto que su valor resultaba el mismo en todo momento.

El segundo viento es alterno, porque su valor varia con el tiempo, el tiempo que tarda este viento en realizar un ciclo completo (soplar para un lado, detenerse, soplar para el otro, detenerse) se llama periodo y la cantidad de ciclos que realiza en un segundo se llama frecuencia, cuya unidad de medida es el Hertz (Hz).

En todos los circuitos electrónicos en necesaria una fuente de energía. Generalmente dicha energía toma la forma de una tensión continua de determinado valor. Además dicha tensión debe cumplir unos determinados requisitos como estabilidad, posibilidad de variar el valor de tensión entregado, independencia respecto a la corriente entregada, etc. El sistema de alimentación (fuente de alimentación) es el encargado de generar dicha tensión a partir de una fuente de energía primaria, de forma que se cumplan los requisitos necesarios. La fuente de energía primaria suele ser la red de distribución eléctrica domiciliaria.

La red de distribución de energía eléctrica entrega  una tensión alterna con un valor eficaz de 220 V y una frecuencia de 50 Hz. Por lo que ya tenemos un primer problema: partimos de una tensión alterna para llegar a una tensión continua suficientemente estable. Por tanto necesitamos de un circuito que sea capaz de convertir la tensión alterna que proporciona la red eléctrica en tensión continua. Una vez lo hallamos conseguido, tendremos que adaptar el nivel de  dicha tensión al nivel necesario para nuestro equipo y asegurarnos que además cumple con unos requisitos de calidad que dependerán de cada aplicación en particular. De forma genérica podemos establecer un diagrama  de bloques de un sistema  de alimentación  en el que se diferencian las siguientes partes:

§         Acondicionador del nivel de entrada: Se encarga de reducir le nivel de la tensión entregada por la red eléctrica a niveles con los que sea más sencillo trabajar.

§         Convertidor alterna-continua: Como su nombre lo indica es el dispositivo que se encarga de convertir la señal alterna, una vez acondicionada, en una señal continua más o menos estable.

§         Convertidor continua-continua: Se encarga de adaptar el nivel de la tensión continua  obtenida, a nivel necesario haciendo cumplir los requisitos de calidad impuestos por la aplicación.  Esta es la parte que fija el valor de la tensión de salida y la corriente máxima que puede  entregar.

220 ó 110 V.               ACONDICIONADOR DEL                    CONVERTIDOR                    CONVERTIDOR

      CA                          NIVEL DE ENTRADA                                AC®DC                                 DC®DC          DC ó CC

 50 ó 60 Hz.                       (transformador)                                    (Rectificador)                           (estabilizador)

  La fuente de alimentación en una PC tiene como función:

§         Alimentar al equipo de energía eléctrica.

§         Transformar corriente alterna a continua (CA® CC).

§         Estabilizar la corriente.

§         Refrigerar el equipo.

Esta fuente se alimenta con corriente alterna de 220 o 110 voltios con una frecuencia de 50 Hz y tiene como salidas las siguientes tensiones:

§         220 o 110 voltios en corriente alterna.

§         (+) 12  voltios en continua.

§         (-) 12  voltios en continua.

§         (+) 5 voltios en continua.

§         (-) 5 voltios en continua.

En PC actuales tambien contamos con estos valores:

§         (-) 3voltios en continua.

§         (+) 3voltios en continua.

1.        Explique brevemente la electricidad.

2.        Explique brevemente:

§         Tensión.

§         Corriente o intensidad.

§         Resistencia.

3.        Qué es la potencia?

4.        Qué diferencia existe entre la corriente alterna y la continua?

5.        Que es la frecuencia?

6.        Enumere las funciones básicas de la fuente de alimentación de una PC.

7.        Complete el listado de las salidas de tensión continua  con el color correspondiente:

§         (+) 12  voltios en continua. Color:.......................................

§         (-) 12  voltios en continua. Color:.......................................

§         (+) 5 voltios en continua. Color:.......................................

§         (-) 5 voltios en continua. Color:.......................................

8.        Esquematice la conexión del switch de encendido, indicando los colores de los cables.