3.2. ¿QUÉ ES CORRIENTE ELÉCTRICA?
Al flujo de carga eléctrica a través de un alambre o conductor lo llamamos corriente eléctrica. Sería posible medir la corriente en función del numero de electrones que atraviesan el conductor, pero en la practica se define la corriente eléctrica como la carga que atraviesa la sección transversal del conductor por unidad de tiempo.
3.3. ÓHMETRO O MULTÍMETRO
Un óhmetro es un instrumento para medir la resistencia eléctrica.
El diseño de un óhmetro se compone de una pequeña batería para aplicar un voltaje a la resistencia bajo medida, para luego mediante un galvanómetro medir la corriente que circula a través de la resistencia.
La escala del galvanómetro está calibrada directamente en ohmios, ya que en aplicación de la ley de Ohm, al ser el voltaje de la batería fijo, la intensidad circulante a través del galvanómetro sólo va a depender del valor de la resistencia bajo medida, esto es, a menor resistencia mayor intensidad de corriente y viceversa.
Existen también otros tipos de óhmetros más exactos y sofisticados, en los que la batería ha sido sustituida por un circuito que genera una corriente de intensidad constante I, la cual se hace circular a través de la resistencia R bajo prueba. Luego, mediante otro circuito se mide el voltaje V en los extremos de la resistencia. De acuerdo con la ley de Ohm el valor de R vendrá dado por:
Para medidas de alta precisión la disposición indicada anteriormente no es apropiada, por cuanto que la lectura del medidor es la suma de la resistencia de los cables de medida y la de la resistencia bajo prueba. Para evitar este inconveniente, un óhmetro de precisión tiene cuatro terminales, denominados contactos Kelvín. Dos terminales llevan la corriente constante desde el medidor a la resistencia, mientras que los otros dos permiten la medida del voltaje directamente entre terminales de la misma, con lo que la caída de tensión en los conductores que aplican dicha corriente constante a la resistencia bajo prueba no afecta a la exactitud de la medida.
3.4. BREADBOARD
Una breadboard es un dispositivo usado para construir un prototipo (generalmente temporal) de un circuito eléctrico y para experimentar con diseños de circuitos.
La breadboard es también conocida como tarjeta o placa de pruebas y ensayos. Es un recurso de gran importancia a la hora de desarrollar circuitos eléctricos y ayuda a determinar la continuidad que tienen algunos dispositivos eléctricos como alambres, resistencias, etc.
3.5. RESISTENCIA ELÉCRICA
Imagen de un
resistor o resistencia
Se denomina resistencia eléctrica (R), de una sustancia, a la oposición que encuentra la corriente eléctrica para recorrerla. Su valor se mide en ohmios y se designa con la letra griega omega mayúscula (Ω). La materia presenta 4 estados en relación al flujo de electrones. Estos son conductores, semi-conductores, resistores y dieléctricos. Todos ellos se definen por el grado de oposición a la corriente eléctrica (Flujo de Electrones).
Esta definición es válida para la corriente continua y para la corriente alterna cuando se trate de elementos resistivos puros, esto es, sin componente inductiva ni capacitiva. De existir estos componentes reactivos, la oposición presentada a la circulación de corriente recibe el nombre de impedancia.
Según sea la magnitud de esta oposición, las sustancias se clasifican en conductoras, aislantes y semiconductoras. Existen además ciertos materiales en los que, en determinadas condiciones de temperatura, aparece un fenómeno denominado superconductividad, en el que el valor de la resistencia es prácticamente nula.
Todo conductor posee una resistencia eléctrica (R), debido a que presenta una cierta oposición al paso de la corriente eléctrica. Esta resistencia se define como el cociente entre la diferencia de potencial eléctrico aplicada a sus extremos y la intensidad de la corriente que circula por él:
La resistencia eléctrica es una magnitud escalar y en el Sistema Internacional (SI) se mide en ohmios (W).
3.6. CÓDIGO DE COLORES
Las resistencias (resistores) son fabricados en una gran variedad de formas y tamaños. En los más grandes, el valor de la resistencia se imprime directamente en el cuerpo de la resistencia, pero en las más pequeñas, esto no se puede hacer.
Sobre estas resistencias se pintan unas bandas de colores. Cada color representa un número que se utiliza para obtener el valor final de la resistencia. Las dos primeras bandas indican las dos primeras cifras del valor de la resistencia, la tercera banda indica por cuanto hay que multiplicar el valor anterior para obtener el valor final de la resistencia. La cuarta banda nos indica la tolerancia y si hay quinta banda, ésta nos indica su confiabilidad.
A continuación se ilustra gráficamente el significado de cada banda para determinar el valor de una resistencia utilizando el código de colores:
COLOR | 1ª CIFRA | 2ª CIFRA | Nº DE CEROS | TOLERANCIA (+/-%) |
PLATA | – | – | 0,01 | 10% |
ORO | – | – | 0,1 | 5% |
NEGRO | – | 0 | – | – |
MARRÓN | 1 | 1 | 0 | 1% |
ROJO | 2 | 2 | 00 | 2% |
NARANJA | 3 | 3 | 000 | – |
AMARILLO | 4 | 4 | 0000 | – |
VERDE | 5 | 5 | 00000 | – |
AZUL | 6 | 6 | 000000 | – |
VIOLETA | 7 | 7 | – | – |
GRIS | 8 | 8 | – | – |
BLANCO | 9 | 9 | – | – |
Tolerancia: sin indicación +/- 20%
3.7. DIODO
Un diodo es un dispositivo que permite el paso de la corriente eléctrica en una única dirección. De forma simplificada, la curva característica de un diodo consta de dos regiones, por debajo de cierta diferencia de potencial, se comporta como un circuito abierto (no conduce), y por encima de ella como un circuito cerrado con muy pequeña resistencia eléctrica.
Debido a este comportamiento, se les suele denominar rectificadores, ya que son dispositivos capaces de convertir una corriente alterna en corriente continua.
3.8. FOTORRESISTENCIA
Una fotorresistencia es un componente electrónico cuya resistencia disminuye con el aumento de intensidad de luz incidente. Puede también ser llamado fotorresistor, fotoconductor, célula fotoeléctrica o resistor dependiente de la luz, cuya siglas (LDR) se originan de su nombre en inglés light-dependent resistor.
Un fotorresistor está hecho de un semiconductor de alta resistencia. Si la luz que incide en el dispositivo es de alta frecuencia, los fotones son absorbidos por la elasticidad del semiconductor dando a los electrones la suficiente energía para saltar la banda de conducción. El electrón libre que resulta (y su hueco asociado) conduce electricidad, de tal modo que disminuye la resistencia.
3.9. CÁTODO
Se denomina cátodo al electrodo negativo de una célula electrolítica hacia el que se dirigen los iones positivos, que por esto reciben el nombre de cationes.
El término fue inventado por Faraday (serie VII de las Investigaciones experimentales sobre la electricidad), con el significado de camino descendente o de salida, pero referido exclusivamente al electrolito de una celda electroquímica. Su vinculación al polo negativo del correspondiente generador implica la suposición de que la corriente eléctrica marcha por el circuito exterior desde el polo positivo al negativo, es decir, transportada por cargas positivas, convención que es la usual. Si el conductor externo fuera metálico, está demostrado que el sentido de la corriente realmente es el recorrido por los electrones hacia el positivo.
Sin embargo, en una célula electrolítica, el conductor es el electrolito, no un metal, y en él pueden coexistir iones negativos y positvos que tomarían sentidos opuestos al desplazarse. Por convenio se adopta que el sentido de la corriente es el del ánodo al cátodo o, lo que es lo mismo, del positivo al negativo.
En el caso de las válvulas termoiónicas, fuentes eléctricas, pilas, etc. el cátodo es el electrodo o terminal de menor potencial y es la fuente primaria de emisión de electrones. Por ende, en una reacción redox corresponde al elemento que se reducirá.
3.10. ÁNODO
Se denomina ánodo al electrodo positivo de una célula electrolítica hacia el que se dirigen los iones negativos dentro del electrolito, que por esto reciben el nombre de aniones.
El término fue utilizado por primera vez por Faraday (serie VII de las Investigaciones experimentales sobre la electricidad), con el significado de camino ascendente o de entrada, pero referido exclusivamente al electrolito de una celda electroquímica. Su vinculación al polo positivo del correspondiente generador implica la suposición de que la corriente eléctrica marcha por el circuito exterior desde el polo positivo al negativo, es decir, transportada por cargas positivas.
Parecería lógico definir el sentido de la corriente eléctrica como el sentido del movimiento de las cargas libres , sin embargo, si el conductor no es metálico, también hay cargas positivas moviéndose por el conductor externo (el electrolito de nuestra celda) y cualquiera que fuera el sentido convenido existirían cargas moviéndose en sentidos opuestos. Se adopta por tanto, el convenio de definir el sentido de la corriente al recorrido por las cargas positivas cationes, y que es por tanto el del positivo al negativo (ánodo – cátodo).
En el caso de las válvulas termoiónicas, fuentes eléctricas, pilas, etc. el ánodo es el electrodo o terminal de mayor potencial. En una reacción redox corresponde al elemento que se oxidará.
4. PROCEDIMIENTO
4.1 MATERIALES
- Multímetro análogo.
- Resistencias de varios valores.
- Diodo rectificador.
- Fotorresistencia.
- Breadboard.
- Alambres.
- Papel.
- Lápiz.
- Vaso con agua.
- Vaso con agua salada.
4.2. INTRODUCCIÓN DE LA PRÁCTICA
Este experimento describe cómo medir la resistencia eléctrica de varios componentes. La resistencia se mide en "Ohmios" y esta unidad se representa por la letra griega Omega. La parte del multímetro que se utiliza para medir resistencia eléctrica se conoce como "Óhmetro".
ADVERTENCIA: Es importante que el componente al cual se le va a medir la resistencia eléctrica no esté energizado. Tampoco se puede medir resistencia eléctrica a componentes que produzcan voltaje como pilas, baterías, etc. Si no se sigue esta indicación se puede dañar el multímetro y hasta ocasionar problemas personales.
4.3. PROCEDIMIENTO
- Colocar el selector del multímetro en la escala de resistencia más alta.
¿Qué valor indica el medidor?
R// 0 Ohmios.
¿Qué valor indica al separar las puntas?
R// Infinito.
Normalmente el óhmetro se utiliza para indicar cantidades de resistencia, pero también se utiliza para pruebas de calidad como la "prueba de continuidad". Esta prueba determina si existe una conexión eléctrica continua de un punto a otro.
- Tocar (conectar) las puntas de prueba una con la otra (en la práctica esto se conoce como "cortocircuitar").
- Medir la continuidad de un alambre, colocando las puntas de prueba en los dos extremos del mismo.
¿Qué valor indica el medidor?
R// 0 Ohmios.
¿Qué valor indicaría si el alambre no tiene continuidad?
R// Infinito.
Si un conductor no tiene continuidad decimos que está "abierto".
4. Utilizar el Óhmetro para medir la continuidad entre los agujeros de una breadboard. Utilizar pedazos pequeños de alambre sólido #22, insertados en los agujeros de la breadboard para conectar las puntas de prueba a los agujeros, tal como muestran las figuras 1 y 2.
¿Qué valor indica el medidor en la Figura 1?
R// Infinito.
¿Existe continuidad entre los agujeros de la Figura 1?
R// No.
Medir entre otras columnas de agujeros. ¿Existe continuidad?
R// No.
¿Qué valor indica el medidor en la Figura 2?
R// 0 Ohmios.
¿Existe continuidad entre los agujeros de la Figura 2?
R// Sí.
Medir entre agujeros de cualquier otra columna. ¿Existe continuidad entre agujeros de una misma columna?
R// No.
En base a las mediciones de continuidad efectuadas en el breadboard se puede determinar que existen puntos eléctricamente comunes con otros. Este concepto de puntos comunes eléctricamente está relacionado cercanamente con el de continuidad. Son puntos de contacto en un dispositivo o en un circuito que tienen una resistencia despreciable (extremadamente pequeña, casi cero) entre ellos.
Se puede concluir que puntos en una misma columna del breadboard (aparecen verticales en las figuras 1 y 2) son comunes entre sí porque hay continuidad eléctrica entre ellos. Los puntos en una fila del breadboard no son eléctricamente comunes (aparecen horizontales en las figuras 1 y 2), porque no hay continuidad entre ellos.
El concepto de continuidad describe lo que hay entre puntos de contacto, mientras que el concepto de puntos eléctricamente comunes con otros describe cómo se relacionan los puntos unos con otros.
Igual que la continuidad, el concepto de puntos comunes es un concepto de calidad y no de cantidad, que se basa en una comparación relativa de la resistencia entre varios puntos de un circuito.
NOTA: Este es un concepto importante para los experimentos prácticos, porque para análisis y búsqueda de fallas en un circuito, las mediciones de voltaje se realizan con referencia a puntos eléctricamente comunes. También es importante porque entre puntos eléctricamente comunes no deben existir "caída de voltaje" entre ellos.
5. Seleccionar una resistencia de 10,000 ohmios (10K).
6. Colocar el selector del multímetro en la escala de resistencia apropiada (una que permita medir un valor de 10K).
7. Conectar las puntas de prueba a la resistencia, como muestra la figura 3.
¿Qué valor indica el medidor?
R// 100 x 100 Ohmios.
¿El valor indicado está dentro de las especificaciones de la resistencia?
R// Sí.
¿Por qué?
R// Porque la resistencia tenía los colores marrón, negro, rojo y dorado, que según el código de colores equivale a 1000 Ohms ó 1 Kohms.
8. Invertir las puntas de prueba y medir nuevamente.
¿Cambia el valor indicado?
R// No.
¿Qué conclusión puede sacar con respecto a la medición de una resistencia con respecto a la polaridad de las puntas de prueba?
R// Que las resistencias no son polarizadas, es decir que no se debe tomar en cuenta el polo positivo o el negativo, sino que la resistencia trabaja de cualquier manera.
NOTA: Cuando se conecten las puntas de prueba a la resistencia no se deben tocar los dos extremos con las manos, solamente uno, si fuese necesario. Si se tocan los dos extremos se estará midiendo la combinación en paralelo de la resistencia de 10K con la resistencia del cuerpo, lo cual hará que el valor medido sea menor del que debería ser. Debido a que la resistencia del cuerpo es alta, cuando se mide una resistencia de 10K el error será mínimo, pero con resistencias de valor elevado el error será grande.
9. Medir al menos 3 resistencias y anotar los resultados en la Tabla 1.
R//
Resistencia No. | Valor nominal (en ohmios) | Tolerancia | Valor medido (en ohmios) | ¿Buena o mala? |
1. Marrón, negro, rojo, dorado. | 1000 Ohmios | ±5% (± 50 Ohmios) | 1000 Ohmios | Buena |
2. Amarillo, violeta, marrón, dorado. | 470 Ohmios | ±5% (± 23.5 Ohmios) | 500 Ohmios | Buena |
3. Rojo, rojo, marrón, dorado. | 220 Ohmios | ±5% (± 11) | 200 Ohmios | Buena |
Tabla 1
NOTA: Existen diferentes tipos de resistencias: de carbón, de alambre, cerámicas, de película de carbón. Una especificación adicional de las resistencias es su potencia en Watts.
10. Seleccionar la escala de resistencia más alta.
11. Tomar las puntas de prueba con las dos manos.
¿Qué valor indica el medidor?
R// 50 x 10K, que es 500000 Ohmios.
¿El valor indicado es alto o bajo?
R// Es un valor alto, lo cual es notable al compararlo con los valores de las resistencias pequeñas de mucho más bajo valor en Ohmios.
La medición anterior indica la resistencia del cuerpo entre los dedos de las manos.
12. Humedecer los dedos y realizar de nuevo la medición.
¿Cambia el valor indicado?
R// Sí, pues ahora el valor fue de 3 x 10K ó de 30000K, mientras que sin haberse mojado las manos el valor fue de 500000 Ohmios.
¿Qué impacto tiene la humedad en la resistencia del cuerpo?
R// La humedad disminuye la resistencia al flujo de la electricidad, dado que el agua es un buen conductor de la corriente eléctrica.
13. Humedecer los dedos e agua salada y realizar de nuevo la medición.
¿Cambia el valor indicado?
R// Sí, ya que ahora el valor fue de 2 x 10K ó de 20000K, mientras que anteriormente se habían registrado valores de resistencia más altos.
¿Qué impacto tiene el agua salada en la resistencia del cuerpo?
R// La sal hace que el agua presente aun menos resistencia, de modo que el agua salada tiene una resistencia más baja que el agua sin sal.
NOTA: Un choque eléctrico es causado por una corriente eléctrica que fluye a través del cuerpo de una persona. La alta resistencia del cuerpo actúa como seguridad, dificultando el flujo de electrones.
¿Qué importancia tiene para la seguridad de una persona el hecho de que las manos estén mojadas o secas al momento de tener contacto con una fuente de electricidad?
R// Tiene una gran importancia porque el hecho de tener las manos mojadas aumenta grandemente el flujo de la electricidad a través del cuerpo, disminuyendo la resistencia, de modo que con altos voltajes, una persona puede morir a causa de tener su cuerpo mojado y ser sometido a fuentes de electricidad de voltajes considerables.
¿El agua o la humedad aumentan la posibilidad de un choque eléctrico para las personas?
R// Definitivamente que sí.
14. Seleccionar el diodo rectificador.
15. Colocar el selector del multímetro en la escala de resistencia intermedia.
16. Conectar las puntas de prueba al diodo como muestra la figura 4. La punta negativa al cátodo y la positiva al ánodo. En estas condiciones se dice que el diodo está polarizado directamente y permite la conducción a través de él.
¿Qué valor indica el medidor?
R// 4 x 1K ó 4000 Ohmios.
17. Invertir la conexión de las puntas de prueba al diodo como muestra la figura 5. La punta negativa al ánodo y la positiva al cátodo. En estas condiciones se dice que el diodo está polarizado inversamente y no permite la conducción a través de él.
¿Qué valor indica el medidor?
R// Infinito.
¿Cuál es la diferencia principal del diodo con respecto a la resistencia?
R// Que en la resistencia no importan los polos positivo ni negativo, mientras que en un diodo debe respetarse el polo positivo y el polo negativo para que haya continuidad o que la electricidad pueda viajar.
NOTA: Algunos multímetros tienen una escala especial para medir diodos y transistores. Al utilizar esta escala, cuando está polarizado en directa, el diodo indicará una caída de voltaje de 0.7 VDC si es de cilicio y de 0.2 VDC si es de germanio. Cuando está polarizado en reversa indicará una resistencia infinita. El cátodo del diodo se identifica visualmente por una franja pintada a su lado.
18. Utilizando un lápiz, dibujar en una hoja de papel una línea gruesa y bien marcada de aproximadamente tres cm. de longitud. Medir la resistencia (seleccionar la escala apropiada) de la marca negra, colocando las puntas al extremo de la marca como muestra la figura 6.
c
¿Qué valor mide?
R// 200 x 10K ó dos millones Ohmios.
Mover una de las puntas a la mitad del trazo. ¿Qué valor mide?
R// 50 x 10K ó 500000 Ohmios. Es cuatro veces menos que lo que medía con los 3 centímetros de longitud (pues ahora la distancia entre las puntas es de 1.5 cm.
Mover nuevamente una de las puntas a un cuarto del trazo. ¿Qué valor mide?
R// 30 x 10K ó 300000 Ohmios.
¿Qué relación existe entre la resistencia y la longitud del material conductor?
R// A mayor longitud del material conductor, mayor resistencia. A menor longitud del material conductor, menor resistencia.
¿Por qué mide resistencia el trazo?
R// El trazo mide resistencia proporcional a la distancia o longitud a la que se ponen las puntas del óhmetro. A mayor distancia mayor resistencia y a menor distancia menor resistencia.
19. Seleccionar la fotorresistencia.
20. Conectar las puntas de prueba a las terminales de la fotorresistencia. Una fotorresistencia está diseñada para cambiar su resistencia de acuerdo a la cantidad de luz que incide sobre ella.
21. Apuntar la fotorresistencia hacia una fuente brillante de luz (como muestra la figura 7) y medir y anotar el valor medido a diferentes distancias.
Distancia (cm) | Valor medido (Ohmios) |
1 cm. | 3 Ohmios |
2 cm. | 6 Ohmios |
4 cm. | 10 Ohmios |
5 cm. | 15 Ohmios |
¿Qué relación se puede establecer entre la distancia y el valor medido?
R// Que a mayor distancia entre la fuente de luz y la fotorresistencia, el número de Ohmios o la resistencia es mayor, y a menor distancia entre la fuente de luz y la fotorresistencia, se puede ver que la resistencia es menor.
¿Lo que influye en el valor medido es la distancia de la resistencia a la fuente lumínica o es algo diferente?
R// Lo que influye es la distancia entre la fuente lumínica y la fotorresistencia. A mayor distancia, mayor resistencia, y a menor distancia, menor resistencia.
22. Experimentar midiendo la resistencia de varios materiales diferentes (no medir elementos que produzcan voltaje como pilas y baterías). Se sugiere: tela, plástico, madera seca, madera mojada, metal, agua limpia, agua sucia, agua salada, vidrio, papel, hule, aceite, etc.
R//
Material | Resistencia (en Ohmios) |
Algodón | Infinito |
Aluminio | 0 |
Madera | Infinito |
Madera mojada | 65000 Ohmios |
Plástico | Infinito |
Agua | 10000 Ohmios |
Agua salada | 0 |
Vidrio | Infinito |
Hule | Infinito |
Papel | Infinito |
Oro | 0 |
CONCLUSIÓN
Luego de haber concluido la práctica, hemos aprendido sobre el uso e importancia del óhmetro y de los componentes elementales como la breadboard, que son útiles y necesarios a la hora de trabajar con circuitos eléctricos para la determinación de valores de resistencias.
Se ha desarrollado paso a paso la guía de trabajo, presentando los valores obtenidos por nuestro grupo en la práctica realizada.
El marco teórico es también de gran importancia porque es ahí donde se explican las funciones de cada componente utilizado en la práctica. Comprender bien los conceptos teóricos sirve para realizar las prácticas con mayor confianza y analizar con facilidad todos los procedimientos que se llevan a cabo.
Igualmente los esquemas y gráficos presentados han servido para comprender con mucha mayor facilidad lo que se realizó en la práctica, juntos con las explicaciones correspondientes para cada proceso realizado.
Finalmente, la práctica realizada fue de mucho valor para comprender y llevar a cabo los procesos que posteriormente nos servirán para los proyectos a desarrollar.
REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS
1. Wikipedia®. Diodo. Extraído el 18 de agosto, 2006 de http://es.wikipedia.org/wiki/Diodo
2. Wikipedia®. Fotorresistencia. Extraído el 18 de agosto, 2006 de http://es.wikipedia.org/wiki/Fotorresistencia
3. Wikipedia®. Óhmetro. Extraído el 18 de agosto, 2006 de http://es.wikipedia.org/wiki/Ohmetro
4. Wikipedia®. Cátodo. Extraído el 18 de agosto, 2006 de http://es.wikipedia.org/wiki/C%C3%A1todo
5. Wikipedia®. Ánodo. Extraído el 18 de agosto, 2006 de http://es.wikipedia.org/wiki/%C3%81nodo
6. Wikipedia®. Breadboard. Extraído el 18 de agosto, 2006 de http://en.wikipedia.org/wiki/Breadboard
7. TLDP-ES/LuCAS. Extraído el 18 de agosto de 2006 de
Autor:
Jennifer Esmeralda Chacón Carranza.
Glenda Maritza España Canalez.
Jaime Oswaldo Montoya Guzmán.
Santa Ana, 23 de agosto de 2006.
CARRERA: Ingeniería en Sistemas Informáticos.
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