Energía eléctrica
La ambigüedad de tal definición radica en que la energía no puede definirse como toda magnitud básica de la física. Simplemente se usa su concepto y en el caso de la energía eléctrica, es aquello que “gastan” los dispositivos eléctricos y electrónicos para cumplir su función.
La energía eléctrica puede transformarse en muchas otras formas de energía, tales como la energía lumínica dentro de una lámpara o led , en energía mecánica en la punta de eje de un motor o en energía térmica (calor) en una estufa eléctrica.
La energía eléctrica es eso que “cargan” las cargas eléctricas dentro de una fuente de alimentación o pila para luego descargar en las diferentes partes de un circuito eléctrico o electrónico para funcionar.
Potencia eléctrica
El concepto desarrollado anteriormente tiene el problema de la poca practicidad para el desarrollo de análisis cuantitativos, ya que el consumo o gasto de energía es acumulativo. imaginemos que tenemos un motor eléctrico girando permanentemente. Este motor está convirtiendo la energía eléctrica en varias formas de energía diferentes (energía cinética al gira y energía térmica ya que eleva su temperatura al funcionar). Pero si quisiéramos cuantificar el consumo de energía de dicho motor, tendríamos el problema de que dicho consumo depende claramente de cuanto tiempo lo tengamos funcionando, ya que la energía se va transformando y consumiendo a medida que el motor gira.
Por esta razón y para independizarnos del factor tiempo, aparece el concepto de potencia eléctrica que no es ni más ni menos que la cantidad de energía consumida o entregada por unidad de tiempo.
Corriente alterna
Su polaridad se invierte periódicamente, haciendo que la corriente fluya alternativamente en una dirección y luego en la otra
La forma de oscilación de la corriente alterna más comúnmente utilizada es la de una oscilación senoidal, puesto que se consigue una transmisión más eficiente de la energía. Sin embargo, en ciertas aplicaciones se utilizan otras formas de oscilación periódicas, tales como la triangular o la cuadrada.
Onda senoidal (señal periódica)
Durante un instante de tiempo un polo es negativo y el otro positivo, mientras que en el instante siguiente las polaridades se invierten tantas veces como ciclos por segundo (hertz) posea esa corriente. No obstante, aunque se produzca un constante cambio de polaridad, la corriente siempre fluirá del polo negativo al positivo, tal como ocurre en las fuentes de Corriente Continua (Tomando el sentido contrario por convenio).
Periodo (P): Lapso de tiempo donde la señal repite sus valores.
Ciclo: Conjunto de valores que toma en un periodo.
Frecuencia (F): Velocidad con la que varía la señal. Es la inversa del periodo (F=1/P) y se mide en Hertz (Hz).
Fase: es la abscisa correspondiente a un punto cualquiera de la señal.
Valores característicos:
Valor instantáneo: Es el valor correspondiente a una fase dada.
Valor pico máximo: Mayor valor de la señal (Smax)
Valor pico mínimo: Mínimo valor de la señal (Smin)
Valor pico a pico: Diferencia entre Smax y Smin (Spp)
Valor medio: Valor del área neta contenida en un ciclo de onda dividida por su periodo (Sav)
Sav= (Área de parte positiva + Área de parte negativa)/P
Valor eficaz: Es la raíz del valor medio cuadrático de una señal periódica (Srms)
Corriente continua
La corriente continua o corriente directa (CC en español, en inglés DC, de Direct Current) es el flujo continuo de electrones a través de un conductor entre dos puntos de distinto potencial. A diferencia de la corriente alterna (CA en español, AC en inglés), en la corriente continua las cargas eléctricas circulan siempre en la misma dirección (es decir, los terminales de mayor y de menor potencial son siempre los mismos). Aunque comúnmente se identifica la corriente continua con la corriente constante (por ejemplo la suministrada por una batería), es continua toda corriente que mantenga siempre la misma polaridad.
También se dice corriente continua cuando los electrones se mueven siempre en el mismo sentido, el flujo se denomina corriente continua y va (por convenio) del polo positivo al negativo.
Materiales
Materiales conductores
Son aquellos materiales que poseen más electrones libres en su estructura atómica, siendo aptos para conducir la corriente eléctrica.
Un objeto hecho de un material conductor permitirá que se transfiera una carga a través de toda la superficie del objeto. Si la carga se transfiere al objeto en un lugar determinado, esta se distribuye rápidamente a través de toda la superficie del objeto.
La distribución de la carga es el resultado del movimiento de electrones.
Los materiales conductores permiten que los electrones sean transportados de partícula a partícula, ya que un objeto cargado siempre va a distribuir su carga hasta que las fuerzas de repulsión globales entre electrones en exceso se reduzca al mínimo. De este modo, si un conductor cargado es tocado a otro objeto, el conductor puede incluso transferir su carga a ese objeto.
La transferencia de carga entre los objetos se produce más fácilmente si el segundo objeto está hecho de un material conductor.Ejemplo: Oro, plata y cobre.
Materiales semiconductores
Son los materiales con un número intermedio de electrones libres.
Por ejemplo el silicio y el germanio, los cuales son buenos aislantes cuando están en estado cristalino puro, pero conducen la electricidad cuando se sustituyen solo algunos átomos del cristal con otros, como arsénico o boro, mediante la técnica conocida como dopado del material.
Ejemplo: El Germanio y el Silicio dopados con otros materiales como indio, galio, Etc. Estos son los mas utilizados para la fabricación de diodos, transistores y circuitos integrados.
Materiales aisladores
Son los materiales que poseen muy pocos electrones libres para transportar corriente.
Los aislantes son materiales que impiden el libre flujo de los electrones de átomo a átomo y de molécula a molécula. Si la carga se transfiere a un aislante en un lugar determinado, el exceso de carga permanecerá en la posición inicial de la carga. Las partículas del aislante no permiten el libre flujo de electrones; posteriormente la carga rara vez se distribuye de manera uniforme por la superficie de un material que sea aislante.Mientras que los aislantes no son útiles para la transferencia de carga, tienen un papel crucial en experimentos electrostáticos y manifestaciones. Los objetos conductores son a menudo montados sobre objetos aislantes. Esta disposición de un conductor en la parte superior de un aislante evita que la carga sea transferida desde el objeto conductor con su entorno evitando así accidentes como los cortocircuitos o que nos electrocutemos. Esta disposición nos permite entonces manipular un objeto conductor, pero sin tocarlo.
Ejemplo: La goma, el vidrio, los plásticos o polímeros Etc.
Circuito
Un circuito eléctrico es la interconexión de dos o más componentes que contiene una trayectoria cerrada. Dichos componentes pueden ser resistencias, fuentes, interruptores, condensadores, semiconductores o cables, por ejemplo. Cuando el circuito incluye componentes electrónicos, se habla de circuito electrónico.
Entre las partes de un circuito eléctrico, se pueden distinguir los conductores (cables que unen los elementos para formar el circuito), los componentes (dispositivos que posibilitan que fluya la carga), los nodos(puntos del circuito donde concurren dos o más conductores) y las ramas(conjunto de los elementos de un circuito comprendidos entre dos nodos consecutivos).
Los circuitos eléctricos pueden clasificarse según el tipo de señal (corriente directa o corriente alterna), el tipo de configuración (serie, paralelo o mixto), el tipo de régimen (corriente periódica, corriente transitoria o permanente) o el tipo de componentes (circuito eléctrico o circuito electrónico).
La representación gráfica del circuito eléctrico se conoce como diagrama electrónico o esquema eléctrico. Dicha representación exhibe los componentes del circuito con pictogramas uniformes de acuerdo a ciertas normas, junto a las interconexiones (sin que éstas se correspondan con las ubicaciones físicas).
La confección de dicho esquema es fundamental para la construcción de un circuito eléctrico, ya que representa el primer paso a seguir. De lo bien elaborado que esté depende el funcionamiento del circuito, por eso es muy importante revisarlo más de una vez y hacer pruebas en la teoría antes de proceder.
El circuito impreso
Cuando se va a construir un proyecto electrónico se debe dar soporte a cada uno de los componentes que lo conforman, además de interconectarlos entre si. Esto se consigue con el circuito impreso. Es un sistema de interconexión económico y seguro.
El circuito impreso permite la interconexión entre los distintos terminales de los componentes de un circuito electrónico. Estas conexiones tienen la característica de ser planas en forma, de pista, y se encuentran fijadas a una placa, normalmente de baquelita o fibra de vidrio, que sirve para soportar físicamente dichos componentes. La baquelita y la fibra de vidrio tienen una o dos láminas de cobre, dependiendo si el circuito va ser de una o dos caras. A estas caras se les da forma mediante procesos fotoquímicos hasta obtener las pistas de conexión.
Las pistas conductoras se obtienen por ataque químico con cloruro férrico, a la placa o placas de cobre electrolítico que suelen tener un espesor entre 25 y 70 micras. Esto permite que la anchura de estas sea muy pequeña.
Las pistas son protegidas del óxido y de posibles cortos, con una pintura resistente al calor y a los químicos, llamada antisoldante (Antisolder), que es básicamente barniz dieléctrico, usado para aislar el alambre de cobre en los transformadores y bobinados, mezclado con un tinte de origen vegetal. Este barniz, es aplicado mediante el método de serigrafía, para lograr una superficie uniforme y el secado es acelerado y curado, utilizando un horno de rayos ultra violeta (UV).
A la hora de diseñar un circuito impreso se debe tener en cuenta una serie de recomendaciones para no realizar dos veces un mismo trabajo. La primera y mas elemental, es que dos pistas nunca deben cruzarse. Si por alguna razón no queda mas remedio, se debe utilizar un puente (jumper) hecho con el sobrante de las patas de las resistencias o condensadores, colocándolo por el lado de los componentes. Las pistas deben guardar una separación prudente entre ellas para evitar corto circuitos, tanto en el proceso de fabricación como al momento de soldar.
En los circuitos impresos, en la parte superior o cara de los componentes; se imprime con el método de serigrafía, el dibujo de la posición de los componentes electrónicos. También se marcan los puntos de conexión del cableado, de esta manera, se evita cometer errores a la hora de armar la placa y también posibles daños que pudiera sufrir el circuito por una conexión errada.
Entre la gran variedad de circuitos impresos que existen, se encuentran los denominados de doble cara, Estos tienen pistas impresas en ambas caras de la placa. La principal característica de estos, es que los nodos u orificios se someten a un proceso químico en el que se deposita una película de cobre en su interior, de manera tal que al insertar los componentes; estos, estén en contacto con las pistas que parten de ellos por ambas caras. La soldadura en este tipo de circuitos se realiza solamente por una cara.
La placa base de los computadores, tiene múltiples placas de cobre, en la mitad de la fibra.
Los circuitos multicapas se utilizan únicamente para equipos que necesiten una gran cantidad de conexiones entre sus componentes o bien que usen un gran número de estos. Este tipo de placas se componen de un cierto número de capas de cobre separadas por finas láminas de fibra de vidrio que hacen de aislante, obteniendo las conexiones entre las distintas capas a través de los orificios metalizados en los nodos. Estos circuitos son difíciles de identificar a simple vista.
Actualmente la tecnología SMT es la más usada en aparatos computarizados. Estas siglas identifican los dispositivos para montaje superficial, SMD (surface Mount Device). Para ellos ha sido necesario diseñar circuitos impresos especiales que permitan su fácil soldadura y fijación a la placa. En este tipo de circuitos se logra incorporar una gran cantidad de componentes, pudiéndose montar y soldar por ambas caras. Además es posible conseguir una gran producción con máquinas automáticas.
Circuitos realizados por serigrafía
(Una sola cara)
Circuitos fafricados profesionalmente
(Doble cara)
