5. ELECTRÓNICA Y ROBÓTICA
01. ELECTRICIDAD Y ELECTRÓNICA
02. ROBÓTICA
03. DOMÓTICA
RECURSOS
ACTIVIDADES
EVALUACIÓN
1. ELECTRICIDAD Y ELECTRÓNICA
Todos los motores incluidos en esta categoría funcionan de forma similar, pudiendo diferir en el número de cilindros que los forman. Al quemar una mezcla comprimida de combustible y aire dentro del cilindro, se producen gases a una elevada presión, que activan el movimiento alternativo con fuerza del pistón. Gracias a la biela articulada, este movimiento provoca el giro del cigüeñal.
1. 1. CONCEPTOS BÁSICOS DE LA ELECTRICIDAD
La electricidad se basa en la constitución de la materia, que hacen posibles los fenómenos eléctricos que conocemos. La materia se compone de partículas muy pequeñas llamadas átomos. Estos átomos están formados por tres elementos, los protones y neutrones que forman el núcleo y los electrones que giran alrededor del núcleo.
Los protones y electrones tienen carga eléctrica, la propiedad que permite que ocurran fenómenos eléctricos. Los electrones poseen carga negativa, mientras que los protones tienen carga positiva, siendo equivalente el valor de ambas cargas. Por otro lado, los neutrones no poseen ninguna carga.
La materia por lo general tiene un estado neutro, es decir, tiene el mismo número de cargas positivas (protones), que de cargas negativas (electrones). Sin embargo, en ciertas ocasiones los electrones pueden moverse de un material a otro originando cuerpos con cargas positivas (con defecto de electrones) y cuerpos con carga negativa (con exceso de electrones). Esto hace que los electrones sean los mayores responsables de todos los fenómenos eléctricos, ya que pueden salir de la órbita del átomo al que pertenecen, para irse a otro. Esto se debe a que son mucho más ligeros que el resto de las partículas que forman el átomo.
Los átomos que pierden un electrón quedan cargados positivamente, mientras que los que ganan electrones quedan cargados negativamente. Las cargas tienden a repelerse si tienen el mismo signo, mientras que se atraerán si tienen signo opuesto, arrastrando a la materia con ellas si tienen la suficiente fuerza.
Cuando un cuerpo está cargado negativamente y el otro está cargado positivamente, se dice que entre ellos hay una diferencia de cargas. Si conecto un material cargado negativamente con otro cargado positivamente con un cable conductor, las cargas negativas recorren el cable desde el cuerpo negativo al positivo. El movimiento de electrones por un cable conductor recibe el nombre de corriente eléctrica, que, por ejemplo, nosotros la utilizamos por medio del cableado que llega hasta los enchufes.
1. 2. LA LEY DE OHM
La diferencia de cargas se conoce como tensión eléctrica o voltaje y se mide en Voltios (V), siendo su unidad el voltio. Esta diferencia de cargas es necesaria para que se produzca la corriente eléctrica y cuanto mayor sea la tensión entre los dos puntos, con más fuerza se desplazarán los electrones por el cable conductor. A su vez si no hay tensión entre dos puntos, no habrá corriente eléctrica.
La corriente eléctrica se transmite por medio del cable conductor, que tiene que ser un material conductor, es decir, que permite el paso de corriente a través de el mismo, por ejemplo, el cobre o el aluminio. Mientras que algunos materiales no permitirán el paso de corriente en condiciones normales, como, por ejemplo, el plástico o la madera. Y aquí entra en juego otro concepto diferente de la tensión eléctrica, que es la intensidad de corriente, que es la cantidad de corriente que puede transmitir un material. Ésta se mide contando el número de electrones que circulan por un cable conductor por segundo, lo que llamamos Amperios (A) y la intensidad de corriente se representa con una I.
Los materiales conductores tienen cierta resistencia al paso de la corriente a través de ellos, lo que hace que haya diferencias entre los materiales conductores, aunque ambos lo permitan. Este concepto se define como resistencia eléctrica, la oposición que ofrece un material al paso de la corriente eléctrica, que se representa con la letra R y se mide en Ohmios (Ω).
Hay una ley que relaciona las tres magnitudes anteriores en un circuito, es la ley de Ohm.
La ley de Ohm establece que la diferencia de potencial que aplicamos en los extremos de un conductor es proporcional a la intensidad de corriente que circula por él, siendo la constante de proporcionalidad la resistencia del conductor. Gracias al siguiente triángulo podremos sacar todas las combinaciones posibles de las diferentes ecuaciones si tapamos con el dedo el valor que queremos que quede a la izquierda de la operación.
ACTIVIDADES DE INVESTIGACIÓN
P1. Utiliza el siguiente simulador para ver las equivalencias de la Ley de Ohm. ¿Qué valores están relacionados para crecer cuando otro crece? https://phet.colorado.edu/es/simulations/ohms-law
1. 3. CIRCUITOS ELÉCTRICOS
Para entender mejor esta fórmula vamos a ver qué son los circuitos eléctricos y los elementos que los conciernen.
Circuito eléctrico
Un circuito eléctrico es un sistema de elementos interconectados por el que circula una corriente eléctrica que sigue un camino predeterminado para aprovechar la energía eléctrica. Todo circuito eléctrico se compone, al menos, de unos elementos mínimos (generador, receptor y conductor). Sin embargo, la en la mayoría de los casos los circuitos suelen incorporar otros dispositivos, los elementos de control y los de protección.
Los generadores
Son los elementos que transforman cualquier forma de energía en energía eléctrica, es decir, los generadores suministran energía eléctrica al circuito. Es en ellos en los que encontramos la diferencia de cargas entre sus polos y que provocan que fluya la corriente eléctrica. Los generadores tienen dos polos para generar esta diferencia de tensión, uno positivo llamado ánodo y uno negativo llamado cátodo. Un ejemplo de generador es una pila o una batería.
Los receptores
Son los elementos que utilizan la energía eléctrica para convertirla en otras útiles, como por ejemplo la lumínica en una bombilla. Todos los receptores hacen resistencia en el circuito.
Los materiales conductores
Son elementos que conectan el resto de los elementos que encontramos en el circuito. Normalmente suelen ser cables de diferentes metales recubiertos por algún material aislante para que los electrones no salgan del circuito.
Otros elementos que hay en los circuitos son los elementos de control y los de protección. Los de control sirven para dirigir o interrumpir el paso de la corriente, como un interruptor, que abre y cierra un circuito. Los elementos de protección protegen al resto de elementos por posibles subidas de la corriente o de fugas, como por ejemplo los interruptores diferenciales que tenemos en las casas.
En la siguiente imagen encontrarás la representación de la mayoría de los elementos de un circuito.
ASOCIACIÓN DE RECEPTORES
En los circuitos podemos colocar los elementos de diferentes formas y cada uno tiene unas características concretas.
Conexión de receptores en Serie:
Se conectan los receptores unos con otros todos con el mismo cable unos a continuación de otros. Por todos ellos pasa la Intensidad total del generador.
Ejemplos:
Conexión de receptores en paralelo:
Los receptores se encuentran conectados en paralelo cuando ambos están conectados directamente a los polos del generador, es decir, hay una bifurcación en el circuito que lleva hasta cada uno de los receptores. La corriente que circula por cada uno de ellos es una parte del total que genera la pila, pero la tensión es la total del generador.
Ejemplos:
Comparación de un circuito en serie y uno en paralelo.
ACTIVIDADES DE INVESTIGACIÓN
P2. ¿Existen circuitos mixtos, que tengan partes en serie y otras en paralelo? ¿Qué pasaría si se interrumpe en una parte en serie?
¿Y en una en paralelo? Puedes ayudarte de este simulador para verlo:
https://phet.colorado.edu/es/simulations/circuit-construction-kit-ac
1. 4. LOS APARATOS DE MEDIDA ELECTRÓNICOS
Un electricista o un técnico en electrónica debe disponer de un aparato para medir las tres magnitudes fundamentales de la electricidad (tensión, intensidad de corriente y resistencia eléctrica).
En realidad, los técnicos no utilizan tres aparatos distintos, puesto que sería una incomodidad. Ellos emplean un único aparato que incluye los tres. Se llama polímetro o téster.
1. 6. DISPOSITIVOS ELECTRÓNICOS
Los dispositivos electrónicos están por todos lados y los usamos a diario: teléfonos móviles, calculadoras, ordenadores, reproductores de mp3, televisión… sin embargo muy pocas personas saben cómo funcionan internamente esos dispositivos. La mayoría de las personas son simples usuarias de la Tecnología.
La electrónica comprende la física, la ingeniería, la tecnología y las aplicaciones que tratan con la emisión, el flujo y el control de los electrones en el vacío y la materia.
Algunos de los componentes de los dispositivos más importantes son:
- Transistores: Son dispositivos electrónicos semiconductores utilizados para amplificar o cambiar las señales electrónicas y la energía eléctrica. El término transistor es la contracción en inglés de transfer resistor. Actualmente la mayoría de los transistores se encuentran dentro de los llamados circuitos integrados.
- Diodos: Son componentes electrónicos de dos terminales que permiten la circulación de la corriente eléctrica a través de ellos en un solo sentido, bloqueando el paso si la corriente circula en sentido contrario.
- Circuitos integrados: También conocidos como microchips, son conjuntos de circuitos electrónicos en una pequeña pieza plana (chip) de material semiconductor (Si). Los microchips están ahora en prácticamente todos los equipos electrónicos, gracias a su pequeño tamaño y bajo coste.