Conceptos Básicos de Electricidad y Electrónica: Componentes y Leyes Fundamentales

Código de Colores de Resistencias

• 1ª y 2ª cifra significativa: negro = 0, marrón = 1, rojo = 2, naranja = 3, amarillo = 4, verde = 5, azul = 6, rosa = 7, gris = 8, blanco = 9.
• Factor multiplicador: negro = x1, marrón = x10, rojo = x100, naranja = 10³, amarillo = 10⁴, verde = 10⁵, azul = 10⁶, rosa = 10⁷, gris = 10⁸, blanco = 10⁹, oro = 10^-1, plata = 10^-2.
• Tolerancia: marrón = +/-1%, rojo = +/-2%, verde = +/-0,5%, oro = +/-5%, plata = +/-10%, sin color +/-20%.

Conceptos Fundamentales de Electricidad

Corriente Eléctrica

La corriente eléctrica o intensidad eléctrica es el flujo de carga eléctrica por unidad de tiempo que recorre un material.

Corriente Alterna

La corriente alterna es aquella en la que la magnitud y el sentido varían cíclicamente (oscilante).

Corriente Continua

La corriente continua se refiere al flujo continuo de carga eléctrica a través de un conductor entre dos puntos de distinto potencial, que no cambia de sentido con el tiempo.

Ley de Ohm

La ley de Ohm establece la relación entre la tensión (V), la corriente (I) y la resistencia (R) en un circuito eléctrico: I = V/R o R = V/I.

• (V) Tensión: fuerza eléctrica que empuja los electrones a través de un circuito. Para que se muevan, tiene que haber una diferencia de potencial.
• (I) Intensidad: cantidad de corriente que pasa por un conductor en un tiempo determinado.
• (R) Resistencia: grado de dificultad con que se mueven los electrones en un material. Se calcula como: R = ϸ (ro - resistividad del material) x L (longitud en metros) / S (sección en mm²). Al aumentar la temperatura, aumenta la resistencia.

Fuerza Electromotriz

La fuerza electromotriz es la fuerza con la que se empujan los electrones en un circuito (V). Se calcula como: V_ab = I_total x R₁/R₂...

Polímetro

Un polímetro es un instrumento de medición eléctrica que puede funcionar como:

• Óhmetro: para medir resistencias y diodos fuera del circuito.
• Voltímetro: para medir la tensión en corriente continua o alterna en paralelo.
• Amperímetro: para medir la intensidad en corriente continua o alterna en serie.

Efectos de la Corriente Eléctrica

Los efectos de la corriente eléctrica incluyen:

• Generación de calor.
• Actividad química.
• Acción magnética.

Conductividad de los Materiales

Los materiales se clasifican según su conductividad en:

• Aislantes.
• Conductores.
• Semiconductores.

Energía Eléctrica

La energía eléctrica (Q) es aquello que es capaz de realizar un trabajo. 1 Julio = 0,24 calorías. La ley de Joule establece que: Q = 0,24 x R x I² x t (tiempo).

Condensadores

Un condensador está compuesto por armaduras y un dieléctrico que no deja pasar la corriente, sino que la acumula para ser liberada cuando el circuito está desconectado.

Capacidad: C = E x S / d = Q (carga eléctrica) / V (tensión) = Faradios (µF = 10^-6F), donde E es el coeficiente dieléctrico total, S es la superficie de las armaduras (m²) y d es el grosor del dieléctrico (m).

Tiempo de carga/descarga del condensador: t = 5TAO, donde TAO = R x C (capacidad del condensador).

Trabajo capaz de realizar un condensador: W = 1/2 C (capacidad del condensador) x V².

Electromagnetismo

• Imán natural: mineral magnetita (Fe₂O₃).
• Imán artificial: aleaciones de Fe/C, alnico, cerámica, electromagnéticos.
• Polos magnéticos (N/S): acumulan la masa magnética, son indivisibles, hay repulsión entre polos iguales (N-N/S-S) y atracción entre polos opuestos (N-S).

Ley de Coulomb para Fuerzas Magnéticas

F = K (constante del medio) x (m₁ x m₂ / d²), donde m es la masa magnética.

Permeabilidad Magnética

1. Ferromagnéticos: capaces de concentrar líneas de fuerza (Fe, Co).
2. Paramagnéticos: no concentran líneas de fuerza (Al).
3. Diamagnéticos: dispersan líneas de fuerza (Cu, Hg).

Experiencia de Oersted y Ampere

Alrededor de una corriente eléctrica se produce un estado magnético que actúa sobre los imanes, causando una desviación del polo N en el sentido de la corriente.

Ley de Maxwell

Una corriente rectilínea crea un campo magnético circular cuyas líneas de fuerza (de inducción) tienen el sentido de giro definido por la ley del sacacorchos. H (fuerza electromagnética) = I / d (distancia).

RL: bobina sujeta a un interruptor.

Fusible (abierto/cerrado/de clavija): elemento de seguridad.

Inducción Magnética

B = µ (coeficiente de permeabilidad) x I (A) / 2∏r (radio en m) = Teslas / Gauss (1T = 10⁴G).

Excitación Magnética

H = I / 2∏r.

Bobina

B = µ x (N (número de espiras) x I (A) / L (longitud en m)).

Flujo Magnético (ɸ)

Cantidad de líneas de fuerza que atraviesan una superficie. ɸ = B (inducción magnética) x S (superficie en m²) x cos ɑ = Weber / Maxwell (1Wb = 10⁸Mx).

Fuerza sobre un Conductor Eléctrico dentro de un Campo Magnético

F = K (constante del medio) x B (inducción magnética) x I (A) x L (longitud en m) x sen ɑ = Newton.

Ley de Faraday

E (fuerza electromotriz) = -dɸ (variación del flujo) / dt (tiempo) x N (número de espiras).

Ley de Lenz

La intensidad inducida (fuerza electromotriz) es tal que se opone a la causa que la genera.

Coeficiente de Autoinducción (L)

L = ɸ (flujo) / I (A) x N (número de espiras) = Henrios.

Energía Almacenada en una Bobina

Energía = 1/2 x I² x L (coeficiente de autoinducción).

Pérdidas de los Campos Magnéticos

• Corrientes de Foucault.
• Histéresis.

Transformador

Compuesto por dos bobinas (primaria e inducida-secundaria) que aumentan o disminuyen la tensión. P (potencia) = E₁ (fuerza electromotriz) x I₁ (A).

Relación de transformación: E₁ / E₂ = I₂ / I₁ → E₁ / E₂ = N₁ / N₂ (número de espiras).

Semiconductores

Semiconductores Intrínsecos

En su órbita tienen 4 electrones y los comparten mediante enlaces covalentes (silicio y germanio).

Semiconductores Extrínsecos

Se producen cuando hay un dopado de Si/Ge con impurezas:

• De tipo N: cargas mayoritarias negativas. Impureza pentavalente (5 electrones en la última órbita).
• De tipo P: mayoritaria carga positiva. Impureza trivalente (3 electrones en la última órbita).
• De tipo NP: unión de dos conductores intrínsecos. Los electrones en exceso del cristal tipo N pasan a los huecos del tipo P hasta que la barrera se neutraliza.

Diodo

• Función: rectificación de corriente.
• Polarización inversa: no pasa corriente.
• Polarización directa: pasa corriente.
• Tensión Zener / Tensión umbral.

Nomenclatura de Diodos

• 1ª letra: A (diodo de germanio), B (silicio).
• 2ª letra: A (no potencia), Y (de potencia), Z (diodo Zener).
• Cifra: característica de su aplicación.

Transistor (Bipolar)

Funciona como conmutador y amplificador. Está compuesto por tres cristales conductores de tipo N o P.

I_emisor = I_conector + I_base.

Ganancia: β = I_conector / I_base.