Electrónica

 «Terminología electrónica»

La resonancia eléctrica es un fenómeno que se produce en un circuito en el que existen elementos reactivos (bobinas y condensadores) cuando es recorrido por una corriente alterna de una frecuencia tal que hace que la reactancia se anule, en caso de estar ambos en serie, o se haga infinita si están en paralelo. Para que exista resonancia eléctrica tiene que cumplirse que Xc = Xl. Entonces, la impedancia Z del circuito se reduce a una resistencia pura.- ..........................................:http://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Especial:Libro&bookcmd=download&collection_id=61e9b35306a313b59a90c12926ffb5008ac3b9f4&writer=rdf2latex&return_to=Resonancia+el%C3%A9ctrica

- Resistencia Específica del material a usar ( Þ ) . - Longitud ( cm ) . - Sección ( cm² ) . - Temperatura ( t ° ) . La Temperatura es un factor determinante en un conductor , es por eso que cuanto más alta es la Temperatura de un conductor metálico , más alta es la resistencia por unidad de Longitud y de Sección .

Si nosotros aumentamos la tensión aplicada en los extremos de un conductor , aumentamos en la misma proporción el número de electrones puestos en movimiento , es decir la intensidad de la corriente . Así sabemos que la intensidad de la corriente eléctrica es directamente proporcional a la Tensión . Aplicando la Tensión a conductores de resistencias diferentes , se observa que los conductores más resistentes dejan pasar menor corriente . De ésto se desprende que la intensidad de la Corriente es inversamente proporcional a la Resistencia .

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Las dos observaciones anteriores están resumidas en la LEY de OHM .

I = Corriente V = Voltaje R = Resistencia

Éstas fórmulas son aplicables tanto para una :

como para una :

Si observamos bién , notaremos que la Tensión Contínua no sufre variaciones en el tiempo , vemos que es constante en su voltaje y polaridad , además no tiene Frecuencia , lo contrario sufre la Tensión Alterna , la cual tiene cambios de Voltaje y Polaridad , además posee una frecuencia .

La frecuencia es el período de tiempo ( T = en seg. ) que toma la señal en completar un ciclo , comenzando desde 0 hasta un Máx. de Amplitud (+) volviendo a 0 alcanzando un Max. de Amplitud (-) y terminando en 0 , para luego repetir el ciclo. , y su unidad es el (Hertz).

Ésta es la Fórmula para obtener la Frecuencia . F = Frecuencia T = Período ( Tiempo en seg. ) 1 = Constante< td>

ONDAS ELECTROMAGNÉTICAS

Las frecuencias mencionadas 110 - 220 son « industriales », demasiado « bajas » para los radiotécnicos, porque en radio , para generar las ondas transmitidas se utilizan corrientes de ALTA FRECUENCIA , llamadasRADIOFRECUENCIA , de por lo menos 10.000 periodos o ciclos por segundo , o sea que tienen un periodo igual o menor de 0,0001 segundo . Cada periodo de esta corriente en un hilo vertical ( ANTENA DE EMISIÓN ) origina una onda electromagnética que se propaga en el espacio a modo de un anillo que se agranda constantemente alrededor de la antena . Este agrandamiento se efectúa a una velocidad prodigiosa que aleja a la onda de la antena a una velocidad igual a la de la luz . Esto no tiene nada de asombroso puesto que las ondas de la radio y las ondas luminosas son de idéntica naturaleza . En ambos casos se trata de ondas electromagnéticas . Sólo difieren las frecuencias , que en las ondas luminosas son mucho más elevadas . La distancia entre dos ondas sucesivas transmitidas por la antena se llama LONGITUD DE ONDA . Cuanto más corto es el período ( o más elevada la frecuencia ) , menor es esta distancia , y las ondas se suceden a intervalos más cortos . En radio se distinguen varias categorías o « gamas » de ondas clasificadas de manera algo arbitraria :

- Las ondas LARGAS , más de 600 metros de longitud de onda .
- Las ondas MEDIAS , entre 200 y 600 metros .
- Las ondas CORTAS , de 10 a 200 metros .
- Las ondas ULTRACORTAS , de 1 a 10 metros .
- Las ondas DECIMÉTRICAS , de 10 centímetros a un metro .
- Las ondas CENTIMÉTRICAS , de 1 a 10 centímetros . Estas se asimilan casi a las más largas de las radiaciones infrarrojas .

Observemos también que en radioelectricidad en lugar de la palabra « período » se emplea a menudo « ciclo » y las expresiones « períodos por segundo » o « ciclos por segundo » deben ser substituidas por el término HERTZ( del nombre del físico que demostró experimentalmente la existencia de las ondas electromagnéticas u ondas Hertzianas ) . Como en radio se trata a menudo de frecuencias elevadas , se utilizan múltiplos de esta unidad :

KILOHERTZ = 1.000 hertz ( o períodos por segundo ) . También se puede decir kilociclos por segundo .
MEGAHERTZ = 1.000.000 hertz ( o períodos por segundo ) . Megaciclos por segundo .
GEGAHERTZ = 1.000.000.000 hertz ( o periodos por segundo ) . Gegaciclos por segundo .

CAMPO MAGNÉTICO

La creación de las ondas electromagnéticas por la corriente eléctrica es una de las múltiples manifestaciones de la estrecha relación que hay entre los fenómenos eléctricos y magnéticos . Todo desplazamiento de electrones engendra en la proximidad un estado particular del espacio que se denomina CAMPO MAGNÉTICO . La aguja imantada de una brújula , orientándose perpendicularmente al conductor , denota la presencia de un campo magnético creado alrededor de un conductor recorrido por una corriente . Si se invierte el sentido de la corriente , la aguja gira media vuelta , lo que demuestra que el campo magnético tiene una polaridad que está determinada por el sentido de la corriente . El campo magnético de un conductor se puede hacer más intenso arrollando este conductor ( hilo metálico ) en forma de bobina . Los campos magnéticos de las espiras se suman y la bobina recorrida por la corriente actúa a modo de un verdadero imán recto . La acción de este imán se refuerza introduciendo una barra de hierro en el interior de la bobina .< El hierro presenta a las fuerzas magnéticas mayor PERMEABILIDAD que el aire . Entonces el campo magnético se concentra en el NÚCLEO MAGNÉTICO así constituido , y obtenemos un ELECTROIMÁN . Si el núcleo es de hierro dulce , pierde su imantación cuando se interrumpe la corriente ( no conserva más que una pequeña parte de dicha imantación ) . Si es de acero , permanece imantado . Por este procedimiento se fabrican actualmente los imanes artificiales .

INDUCCION

Así como las variaciones de la corriente eléctrica producen variaciones del campo magnético que ha creado , inversamente , las variaciones del campo magnético engendran corrientes variables en los conductores . Así es como aproximando o alejando entre sí un imán y una bobina hacemos aparecer en ésta una corriente pero sólo mientras se mueva el imán , es decir durante la variación del campo . Hay que señalar que es la variación y no la simple presencia de un campo lo que engendra las corrientes en el conductor . En lugar de un imán , se puede aproximar un electroimán formado por una bobina recorrida por una corriente continua ; el resultado será el mismo . También se puede fijar esta bobina en la vecindad o proximidad de la otra y hacer que sea recorrida por una corriente variable ; así , una corriente alterna que recorra la primera bobina originará una corriente alterna en la segunda . Estamos en presencia de los fenómenos de INDUCCIÓN . Sin que sea necesario establecer un contacto material , hay un ACOPLAMIENTO MAGNÉTICO entre las dos bobinas en el conjunto , constituyendo así un transformador eléctrico .

LEY DE LENZ

Prosiguiendo el estudio de la inducción magnética . Se observa, en efecto , que la corriente inducida se opone en cada instante a las variaciones de la corriente inductora . Cuando esta aumenta , la corriente inducida circula en el sentido opuesto . Y cuando la corriente inductora disminuye , la corriente inducida circula en el mismo sentido . Los fenómenos de inducción obedecen según esto a una ley muy general de la naturaleza : la de la acción y de la reacción . La corriente inducida depende de la velocidad de variación de la corriente inductora así como de su intensidad .

AUTOINDUCCION

Si la corriente que circula por una bobina , induce corrientes en otras bobinas colocadas en su proximidad , con más razón las induce en las propias espiras de la bobina por la que circula . Este fenómeno de Autoinducción está sometido a las mismas leyes que las que rigen la inducción . Por consiguiente , cuando la intensidad de la corriente que circula por la bobina tiende a aumentar , se origina una corriente de autoinducción en sentido opuesto , que retarda el aumento de la corriente inductora . Por esta razón , si se aplica una tensión continua a una bobina , la corriente que en ella se establece no puede alcanzar instantáneamente su intensidad normal ; para esto necesita un cierto tiempo , tanto más largo cuanto más elevada es la autoinducción de la bobina . Del mismo modo , cuando aumentamos progresivamente la tensión en los extremos de la bobina , la intensidad de la corriente seguirá este aumento con un cierto retardo , actuando la corriente de autoinducción en sentido opuesto . Por el contrario , si disminuimos la tensión aplicada a la bobina , también se producirá la disminución de intensidad con un cierto retardo , circulando entonces la corriente de autoinducción en el mismo sentido que la corriente inductora y prolongándola en cierto modo . En el caso extremo , cuando se suprime bruscamente la tensión aplicada a una bobina ( abriendo , por ejemplo , un interruptor ) , la variación muy rápida de la corriente inductora provoca una tensión inducida que puede ser de valor elevado y originar una chispa que salte entre los contactos del interruptor .

INDUCTANCIA

Cuando se aplica una tensión alterna a una bobina de autoinducción , la corriente alterna que crea entretiene un campo magnético alterno que , a su vez , mantiene una corriente de autoinducción que se opone constantemente a las variaciones de la corriente inductora y , en consecuencia , impide que ésta alcance la intensidad máxima que hubiera podido tener en ausencia de autoinducción . No olvidemos que , cuando la corriente inductora aumenta , la corriente inducida va en sentido inverso y , por consiguiente , deberá ser restada . Todo se produce pues como si la resistencia normal ( se dice «óhmica» ) del conductor se sumase a otra resistencia debida a la autoinducción . Esta resistencia de autoinducción o INDUCTANCIA es tanto más elevada cuanto mayor es la frecuencia de la corriente ( puesto que las variaciones más rápidas de la corriente inductora suscitan corrientes de autoinducción más intensas y puesto que la propia autoinducción es más elevada ) . La autoinducción de una bobina depende únicamente de sus propiedades geométricas , número y diámetro de espiras y su disposición . Aumenta con el número de espiras . La introducción en ella de un núcleo de hierro intensifica el campo magnético y eleva la autoinducción en proporciones considerables . La autoinducción de una bobina se expresa en HENRIOS ( H ) o en submúltiplos de esta unidad , el MILIHENRIO ( mH ) que es la milésima del henrio y el MICROHENRIO ( µH ) , millonésima del henrio .

Arriba , la corriente alterna . Abajo , la corriente inducida por la representada arriba .
- 1. La corriente inductora aumenta muy rápidamente . La corriente inducida es de sentido contrario .
- 2. La corriente inductora no varía durante un corto intervalo . La corriente inducida es nula .
- 3. La corriente inductora disminuye . La corriente inducida tiene el mismo sentido .
- 4. La corriente inductora no varía durante un corto intervalo . La corriente inducida es nula

ELCONDENSADOR

LOS CONDENSAEDORES , que tienen la CAPACIDAD de acumular cargas eléctricas . El condensador se compone de dos conductores ( que forman las placas ) separados por un cuerpo aislante  (  DIELÉCTRICO  ) . Si se conectan las dos placas a una fuente de corriente eléctrica , se acumulan electrones en la que está conectada al polo negativo y , por el contrario , se desprenden y salen de la conectada al polo positivo . Esta CARGA se intensifica por el fenómeno de repulsión entre los electrones de dos placas próximas . Si estas placas estuviesen más separadas ,  no podrían almacenar tantas cargas ,  de electricidad . En el momento en que la fuente ( o generador de electricidad ) es conectada al condensador , establece una CORRIENTE DE CARGA , al principio intensa y después cada vez menor a medida que los potenciales de las placas se aproximan a los de los polos de la fuente . La corriente cesa cuando se alcanzan estos potenciales . Su duración total es muy corta .

CAPACIDAD

Según que la cantidad de electricidad que puede almacenar un condensador sea mayor o menor , se dice que su capacidad es mayor o menor . La capacidad se mide en FARADIOS ( F ) o en submúltiplos de esta unidad :

1. MICROFARADIO ( µF ) = 0,000.001 F ,  millonésima de faradio .
2. MILIMICROFARADIO 0 NANOFARADIO ( mµf o nF ) = 0,000.000.001 F y también
3. MICROMICROFARADIO o PICOFARADIO ( µµF o pF ) = 0,000.000.000.001 F .

Evidentemente , la capacidad depende del área de las caras de las placas y aumenta con éstas . Es tanto más elevada cuanto más próximas entre sí estén las placas , sin que sea posible acercarlas indefinidamente , porque que un espesor muy pequeño puede ser perforado por una chispa bajo el efecto de una tensión aunque sea poco elevada . Finalmente , la capacidad depende de la naturaleza del dieléctrico . El mejor ( y el más barato ) de los dieléctricos es el aire seco . Si se le sustituye por cualquier otro dieléctrico , la capacidad del condensador aumenta .

Observemos que , por el contrario , la capacidad del condensador es independiente de la naturaleza y del espesor de las placas .

PASO DE LA CORRIENTE ALTERNA A TRAVES DE UN CONDENSADOR

Nuestro condensador cargado . Al desconectarlo de la fuente de electricidad y conectar sus placas o armaduras a una resistencia rovocaremos su descarga . Los electrones existentes en exceso en las placas negativas tenderán a llenar el déficit de la placa positiva , a través de la reistencia . La corriente de descarga , intensa al principio , se irá haciendo más débil a medida que la diferencia de potencial entre las placas disminuya , y finalmente cesará cuando las placas estén al mismo potencial .

Se podrá producir una sucesión ininterrumpida de cargas y descargas del condensador conectándolo a una fuente de corriente alterna . Las placas se cargan , descargan y se vuelven a cargar al ritmo de la tensión alterna y en el circuito ( se llama así el conjunto de los elementos recorridos por la corriente ) se establece una verdadera circulación de corriente . Esto permite decir que el condensador es ATRAVESADO por la corriente alterna en que los electrones pasen realmente a través de su dieléctrico

CAPACITANCIA

Naturalmente el paso de la corriente alterna a través de un condensador no se efectúa con la misma facilidad que a través de un conductor ; el condensador opone a la corriente una cierta resistencia « capacitiva » que se llama CAPACITANCIA . Esta es tanto menor cuanto más elevada es la capacidad y mayor es la frecuencia de la corriente ; porque cuanto más variaciones tenga ésta por segundo , más elevado será el número de electrones que atraviesan en un segundo una sección de los conductores del circuito .

Si se designa por C la capacidad medida en faradios de un condensador atravesado por una corriente de frecuencia f , la capacitancia es igual a :

Comparándolas se ve que la inductancia y la capacitancia tienen propiedades opuestas , mientras la inductancia crece con la autoinducción y la frecuencia , la capacitancia disminuye cuando la capacidad y la frecuencia aumentan .

DEFASAJE

La oposición entre la autoinducción y la capacidad se manifiesta además de otra manera , muy curiosa por cierto . Recordemos que , debido a la autoinducción , la capacidad de la corriente sigue las variaciones de la tensión alterna con un cierto retardo ( examínese atentamente la figura ) . Este desplazamiento entre la corriente y la tensión recibe el nombre de desfase o desfasamiento . Se dice también que corriente y tensión « no están en fase » .

Estudiando la circulación de la corriente alterna en un circuito que comprende un condensador , se observará que el movimiento de los electrones se detiene ( la corriente se anula ) en el momento en que la tensión es máxima ; después . Cuando la tensión disminuye , la intensidad de la corriente aumenta ; es la máxima cuando la tensión pasa por cero para cambiar de sentido . A continuación , a medida que el condensador se descarga , es decir que la tensión se eleva en el otro sentido , la intensidad disminuye para anularse en el momento en que la tensión alcance su valor máximo . Este desarrollo de los fenómenos se evidencia particularmente cuando , refiriéndonos a la figura . se observa que los máximos de tensión corresponden a las posiciones extremas del pistón ( o incurvaciones máximas de la membrana ) y que la tensión pasa por cero cuando el pistón está en la posición media ( y la membrana está plana ) . Vemos que aquí la intensidad de la corriente varía en avance respecto a las variaciones de la tensión , porque , cuando la intensidad es todavía nula , la tensión es ya máxima . Estamos pues en el mismo caso de la autoinducción en presencia de un desfasamiento , pero en sentido opuesto .

Si el circuito no comprende más que una autoinducción pura o una capacidad pura , el desfasamiento alcanza un cuarto de período . Este es el caso representado gráficamente en las figuras , que merecen tener la atención del lector .

En realidad , la autoinducción o capacidad no existen en estado « puro » .

Es obligatorio que el circuito comprenda también una cierta resistencia óhmica . Así , pues , el desfasamiento no alcanza jamás el valor máximo de l/4 de período .

ASOCIACION DE IMPEDANCIAS

Un examen atento pone en evidencia en todo circuito la presencia detres clases de IMPEDANCIAS , que son la inductancia , la capacitancia y la resistencia óhmica . En efecto , no olvidemos que incluso un conductor rectilíneo posee una cierta autoinducción , y pueden ser también observados efectos de capacidad entre sus diferentes puntos . No obstante , en la práctica no se tienen en cuenta más que los valores dominantes; así es que en una bobina que presente una inductancia de 10 .000 ohmios a una corriente de frecuencia dada , se despreciarán los 10 ohmios de su resistencia óhmica . ( Pero si esta bobina está sometida a una tensión continua , sólo serán considerados estos 10 ohmios , puesto que la autoinducción no se manifiesta más que con tensiones variables . )

Las impedancias se pueden agrupar o asociar en un circuito de diversas maneras más o menos complicadas . Se dice están conectadas EN SERIE si la corriente las recorre sucesivamente ; están asociadas EN PARALELO ( o en derivación , o en SHUNT ) si la corriente las recorre simultáneamente bifurcándose .

Cuando las impedancias están dispuestas en serie , los efectos de estos obstáculos sucesivos se suman . Así , varias resistencias en serie son equivalentes a una resistencia igual a su suma . Las inductancias y las capacitancias en serie se agregan igualmente . Pensando en los efectos contrarios que la autoinducción y capacidad ejercen sobre la corriente , se comprenderá fácilmente que deben neutralizarse en cierto modo . Entonces , la impedancia de un circuito formado por una autoinducción y una capacidad en serie será menor que su inductancia o su capacitancia consideradas separadamente . La adición pura y simple de las impedancias en serie no es válida más que cuando se componen únicamente de resistencias óhmicas , o de capacitancias o de inductancias . En este último caso hay que añadir que no hay inducción mutua entre las diferentes bobinas .

IMPEDANCIAS EN SERIE

Puesto que las inductancias en serie se suman , se desprende que las autoinducciones ( a las cuales son proporcionales , no hay que olvidarlo ) , deben sumarse también . Dicho de otra manera , en virtud de sus efectos eléctricos , varias bobinas colocadas en serie son equivalentes a una sola bobina cuya autoinducción sea igual a la suma de sus autoinducciones .

¿ Sucederá lo mismo con los condensadores ? Se comprende que no , puesto que las capacitancias son inversamente proporcionales a las capacidades . Y puesto que las capacitancias de varios condensadores en serie se suman , son las inversas de sus capacidades las que deben ser sumadas para obtener la inversa de la capacidad equivalente . Si designamos por C1 , C2 , C3 , etc . a las , capacidades de los condensadores colocados en serie , la capacidad C del condensador único que puede reemplazarlos vendrá determinada por la expresión :

 

En el caso particular de dos condensadores C1 y C2 :

 

Se observará que la capacidad equivalente es siempre menor que la más pequeña de las capacidades componentes . Por otra parte , esto era previsible puesto que es la condición de aumento de capacitancia que resulta de poner en serie varios condensadores .

IMPEDANCIAS EN PARALELO

Estudiemos ahora el comportamiento de las lrnpedancias conectadas en paralelo . Así colocadas , presentan a la corriente varios caminos en lugar de un camino único , y por lo tanto facilitan su paso . Contrariamente a lo que ocurre en el caso de la asociación en serie , no son sus resistencias , sino sus conductibilidades las que se suman .  La conductibilidad es la inversa de la resistencia ( es decir 1/R ) .

Cuando varias resistencias óhmicas R1 , R2 , R3 , etc . están asociadas en paralelo , la resistencia R equivalente de este conjunto vendrá determinada por la suma de sus conductibilidades a la cual debe ser igual su propia conductibilidad :

 

En el caso particular de dos resistencias R1 y R2 , la resistencia equivalente :

 

Y si asociamos en paralelo dos resistencias de igual valor , la resistencia equivalente es igual a la mitad de este valor .

Un razonamiento análogo nos permitiría obtener resultados idénticos para las inductancias y para las autoinducciones de las bobinas asociadas en paralelo ( pero no acopladas por inducción ) .

También deduciríamos , en el caso de condensadores conectados en paralelo , que la inversa de la capacitancia equivalente es igual a la suma de las inversas de las capacitancias componentes . Pero en cuanto a las capacidades , sería imprudente someterlas al mismo tratamiento matemático . Ya en el caso de las asociaciones en serie hemos visto que las capacidades se distinguen por su extraño carácter . Y la causa de su comportamiento particular radica en que la capacitancia es inversamente proporcional a la capacidad .

Concluiremos sencillamente que , si bien las inversas de las capacitancias son las que se deben sumar , los valores que habrá que sumar para hallar la capacidad equivalente de varios condensadores en paralelo son los de las capacidades .

RESONANCIA ELÉCTRICA

Completando las explicaciones expuestas en el concepto de desfasamiento , hemos dicho que , al pasar por una autoinducción , la corriente se retarda respecto a la tensión , mientras se adelanta cuando pasa por una capacidad. Asimismo , basándonos en que la autoinducción y la capacidad poseen propiedades opuestas , hemos dicho que , asociadas en serie , inductancia y capacitancia se neutralizan más o menos .

Examinemos más de cerca la impedancia de tal conjunto ( fig. 1A ) donde en los bornes de una fuente de tensión alterna están conectados una bobina y un condensador en serie . Admitamos además que podamos modificar a voluntad la frecuencia de la tensión alterna .

Si , con una frecuencia dada , la inductancia es menor que la capacitancia , domina el efecto de la capacitancia . La corriente estará avanzada respecto a la tensión , y la impedancia del conjunto será igual a la capacitancia menos la inductancia ( despreciando la resistencia óhmica ) .

Ahora aumentemos progresivamente la frecuencia . ¿ Qué se producirá ? El aumento de frecuencia tendrá por efecto aumentar el valor de la inductancia y disminuir el de la capacitancia . Llegará un momento en que , para una cierta frecuencia , la inductancia será igual a la capacitancia . Siendo iguales estos dos valores , como se restan uno del otro , la impedancia del conjunto será nula . El desfasamiento será también nulo , es decir la corriente estará en fase con la tensión . Y , puesto que la impedancia del circuito es nula , la intensidad de la corriente será infinitamente elevada , por lo menos en teoría . En la realidad el circuito posee siempre una cierta resistencia óhmica , de modo que su impedancia no puede llegar a anularse y por consiguiente la corriente será limitada .

Si continuamos aumentando la frecuencia , la inductancia será mayor que la capacitancia , y la corriente estará en retardo con respecto a la tensión , con lo que la impedancia crece de nuevo . Vemos pues que hay una única frecuencia para la cual la impedancia se hace , si no nula , por lo menos mínima , y la corriente es máxima . Esta es la frecuencia de RESONANCIA . Se dice también , que , para esta frecuencia , la corriente está en resonancia con el circuito .