MAGNITUDES ELECTRICAS

CAPACITANCIA

La capacidad o capacitancia es una propiedad de los condensadores. Esta propiedad rige la relación existente entre la diferencia de potencial existente entre las placas del capacitor y la carga eléctrica almacenada en este mediante la siguiente ecuación:

C= Q/V

Donde:
C es la capacidad, medida en faradios;
Q es la carga eléctrica almacenada, medida en culombios;
V es la diferencia de potencial, medida en voltios.

Cabe destacar que la capacidad es siempre una cantidad positiva y que sólo depende de la forma del capacitor considerado.
En la práctica, la dinámica eléctrica del condensador se expresa gracias a la siguiente ecuación diferencial, que se obtiene derivando respecto al tiempo la ecuación anterior.

¿Qué es un capacitor?

Considere dos conductores que tienen una diferencia de potencial V entre ellos. Supongamos que tienen cargas iguales y opuestas, como en la figura. Una combinación de este tipo se denomina capacitor. La diferencia de potencial V es proporcional a la magnitud de la carga Q del capacitor. (Esta puede probarse por la Ley de coulomb o a través de experimentos.
Un capacitor se compone de dos conductores aislados eléctricamente uno del otro y de sus alrededores. Una vez que el capacitor se carga, los dos conductores tienen cargas iguales pero opuestas.

¿Cuáles son los tipos de capacitores?
Los capacitores comerciales suelen fabricarse utilizando láminas metálicas intercaladas con delgadas hojas de papel impregnado de parafina o Mylar, los cuales sirvan como material dieléctrico. Estas capas alternadas de hoja metálica y dieléctrico después se enrollan en un cilindro para formar un pequeño paquete. Los capacitores de alto voltaje por lo común constan de varias placas metálicas entrelazadas inmersas en aceite de silicón. Los capacitores pequeños en muchas ocasiones se construyen a partir de materiales cerámicos. Los capacitores variables (comúnmente de 10 a500 pF) suelen estar compuestos de dos conjuntos de placas metálicas entrelazadas, uno fijo y el otro móvil, con aire como el dieléctrico.

Un capacitor electrolítico se usa con frecuencia para almacenar grandes cantidades de carga a voltajes relativamente bajos. Este dispositivo, mostrado en la figura consta de una hoja metálica en contacto con un electrolito, es decir, una solución que conduce electricidad por virtud del movimiento de iones contenidos en la solución. Cuando se aplica un voltaje entre la hoja y el electrolito, una delgada capa de óxido metálico (un aislador) se forma en la hoja y esta capa sirve como el dieléctrico. Pueden obtenerse valores muy grandes de capacitancia debido a que la capa del dieléctrico es muy delgada y por ello la separación de placas es muy pequeña.
Cuando se utilizan capacitores electrolíticos en circuitos, la polaridad (los signos más y menos en el dispositivo) debe instalarse de manera apropiada. Si la polaridad del voltaje es aplicado es opuesta a la que se pretende, la capa de óxido se elimina y el capacitor conduce electricidad en lugar de almacenar carga.

Placas
Lamina electrolito caso
Metálica
Contactos
Aceite Línea metálica
Papel +capa de óxido

CARGA ELECTRICA O CANTIDAD DE ELECTRICIDAD

Carga eléctrica es la cantidad de electricidad que posee un cuerpo. La cantidad de caga elemental es el electrón, pero como es una unidad tan pequeña, el sistema internacional de unidades (SI) utiliza una unidad superior que es el Columbio, que equivale a 6,24.1018 electrones (6,4 trillones de electrones).

INTENSIDAD DE LA CORRIENTE

Se denomina como la cantidad de electrones que circulan por un conductor en una unidad de tiempo. En el Sistema Internacional de Unidades se expresa en C·s-1 (culombios partido por segundo), unidad que se denomina amperio.
Si la intensidad es constante en el tiempo se dice que la corriente es continua; en caso contrario, se llama variable. Si no se produce almacenamiento ni disminución de carga en ningún punto del conductor, la corriente es estacionaria.
Se mide con un galvanómetro que, calibrado en amperios, se llama amperímetro y en el circuito se coloca en serie con el conductor cuya intensidad se desea medir. El valor I de la intensidad instantánea será:
Si la intensidad permanece constante, en cuyo caso se denota Im, utilizando incrementos finitos de tiempo se puede definir como:
Si la intensidad es variable la fórmula anterior da el valor medio de la intensidad en el intervalo de tiempo considerado.
Según la ley de Ohm, la intensidad de la corriente es igual al voltaje dividido por la resistencia que oponen los cuerpos:
Haciendo referencia a la potencia, la intensidad equivale a la raíz cuadrada de la potencia dividida por la resistencia. En un circuito que contenga varios generadores y receptores, la intensidad es igual a:
Donde Σε es el sumatorio de las fuerzas electromotrices del circuito, Σε' es la suma de todas la fuerzas contraelectromotrices, ΣR es la resistencia equivalente del circuito, Σr es la suma de las resistencias internas de los generadores y Σr' es el sumatorio de las resistencias internas de los receptores.
Intensidad de corriente en un elemento de volumen: donde encontramos n como el número de cargas portadoras por unidad de volumen; q refiriéndose a la carga del portador; V la velocidad del portador y finalmente A como el área de la sección del conductor.

MEDICION DE INTENSIDADES

El procedimiento es muy similar a los anteriores, con la salvedad de que en los dos casos anteriores, el polímetro se montaba en paralelo con el elemento o circuito a medir y ahora se monta en serie, o sea,
Intercalado. Los pasos a seguir son los siguientes:

1. Asegúrate del tipo de corriente que vas a medir, si es continua o alterna, aunque lo más normal es que sea continua. Una vez asegurado, sitúa el selector de corriente en la posición adecuada (DC).

2. Conecta los punteros de forma que el de color negro esté conectado en la clavija COM y el de color rojo en la clavija con las iníciales mA.

3. Coloca el selector de funciones en la posición para medir corrientes como en los casos anteriores, posiciónalo en el mayor valor.


4. «Rompe» el circuito en el ramal que desees medir la corriente y toca con los punteros en los dos extremos del circuito que has dejado libres, de forma que la corriente circule por dentro del polímetro. Si observas que en la pantalla aparece un mensaje de error, ve descendiendo punto a punto el selector de funciones hasta lograr la medición correcta.

RESISTENCIA ELECTRICA

Se define como la mayor o menor oposición que ofrece un conductor al paso de la corriente. La unidad de resistencia es el ohmio que se representa por la letra griega Ω. Normalmente los electrones tratan de circular por el circuito eléctrico de una forma más o menos organizada, de acuerdo con la resistencia que encuentren a su paso. Mientras menor sea esa resistencia, mayor será el orden existente en el micromundo de los electrones; pero cuando la resistencia es elevada, comienzan a chocar unos con otros y a liberar energía en forma de calor. Esa situación hace que siempre se eleve algo la temperatura del conductor y que, además, adquiera valores más altos en el punto donde los electrones encuentren una mayor resistencia a su paso.

La resistencia depende de los siguientes factores.

- de la naturaleza del conductor, es decir, del tipo de material de que este hecho. Cada material tiene un coeficiente de resistividad (ρ) diferente. En la tabla adjunta se indica el valor de este coeficiente para los materiales conductores más utilizados.

- De la longitud del conductor, generalmente expresada en metros. (L)

- De la sección del conductor, generalmente expresada en mm2. (S)


Para medir esta magnitud en un circuito eléctrico, se utiliza un aparato denominado óhmetro, que ha de conectarse siempre en paralelo con la carga y con el circuito sin tensión.

En función de su comportamiento frente a la corriente eléctrica (coeficiente de resistividad) se distinguen cuatro tipos de materiales diferentes:

- Superconductores: son aquellos que apenas ofrecen resistencia al paso de la corriente.

- Conductores: son aquellos que ofrecen relativamente poca resistencia al paso de la corriente. Son la mayoría de los metales.

- Aislantes: son aquellos que ofrecen mucha resistencia al paso de la corriente, es decir, que podemos decir que no conducen la electricidad.

- Semiconductores: son aquellos cuya resistencia al paso de la corriente depende de las condiciones de tensión, de tal forma que pueden ser aislantes en determinadas condiciones, y conductores en otras.

Medicion de las Resistencias

Es una operación muy sencilla y consiste en los siguientes pasos:

1. Aislar del resto del circuito la resistencia o resistencias que se desean medir. En caso de no hacerlo, el polímetro puede arrojar la lectura de la parte contraria a la que tú quieres medir.

2. Enchufar los punteros en sus clavijas correspondientes. La de color rojo, a la clavija roja marcada con las iníciales VÙ, y la de color negro, a la clavija marcada con las iníciales COM (común).

3. Situar el selector de funciones en la zona correspondiente para efectuar mediciones resistencias (si no se tiene idea de la posible resistencia a medir por no conocer el código de colores o ser un grupo de resistencias, se debe colocar el selector en la posición de mayor valor). La pantalla del polímetro debe aparecer con la lectura cero.

4. Tocar con los punteros en los extremos de la resistencia o parte del circuito que hemos aislado. Si en la pantalla aparece un mensaje de error es que la posición del selector de funciones está en una situación incorrecta. Iremos descendiendo punto a punto el selector hasta que en la pantalla aparezca la medición correcta. A veces, la indicación de la pantalla oscila entre dos lecturas; no te preocupes, espera a que el polímetro se estabilice y mantén bien apretados los punteros a la resistencia hasta que la lectura sea la correcta.



TENSION, VOLTAJE O DIFERENCIAL DE POTENCIAL

La tensión, voltaje o diferencia de potencial que existe entre dos puntos nos indica el nivel de energía que poseen los electrones en dichos puntos (es su energía potencial), o lo que es lo mismo, el trabajo que es capaz de desarrollar cada electrón al pasar del punto de mayor energía (potencial) al de menor energía. Por lo tanto, cuanto mayor sea este valor, mayor será el trabajo desarrollado por los electrones al desplazarse de un punto a otro del circuito.
La unidad utilizada por el SI es el voltio (V).
La tensión siempre se mide con relación a otro punto del circuito.
Para medir esta magnitud en un circuito eléctrico, se utiliza un aparato denominado voltímetro, que siempre ha de conectarse en paralelo con la carga.
El símil hidráulico de la tensión o voltaje sería la altura del agua. A mayor diferencia de altura entre dos puntos de un circuito hidráulico, mayor será la presión y por tanto la energía potencial contenida en la unidad de masa de agua.

La tensión es independiente del camino recorrido por la carga, y depende exclusivamente del potencial eléctrico de los puntos A y B en el campo.
Si dos puntos que tienen una diferencia de potencial se unen mediante un conductor, se producirá un flujo de corriente eléctrica. Parte de la carga que crea el punto de mayor potencial se trasladará a través del conductor al punto de menor potencial y, en ausencia de una fuente externa (generador), esta corriente cesará cuando ambos puntos igualen su potencial eléctrico (Ley de Henry). Este traslado de cargas es lo que se conoce como corriente eléctrica.

Medicion de las tensiones
La primera precaución que debes tener presente es que en el circuito, o parte de él en que quieres efectuar la medición, pase corriente. Sobre un motor parado nunca podrás medir la tensión entre sus bornes.
Una vez asegurado que pasa corriente, los pasos a seguir son los siguientes:

1. Asegúrate del tipo de corriente, continua o alterna, que vas a medir y sitúa el selector de tensión en la posición correcta. Lo normal es que siempre trabajes con corriente continua, así que posiciona el interruptor en la posición DC.

2. Enchufa los punteros en la posición correcta: el rojo en la clavija marca con VÙ, del polímetro, y el puntero negro a la clavija marcada con COM.

3. Coloca el selector de funciones en la posición para medir tensiones, y al igual que cuando medías resistencias, si no conoces la tensión aproximada, sitúa el selector en la posición de mayor valor.

4. Toca con los punteros en los extremos del circuito donde quieres efectuar la medición. Si en la pantalla te aparece un mensaje de error, baja punto a punto el selector de funciones hasta que te dé una lectura correcta.

En el caso de que la medición te salga con signo negativo, no te preocupes, es que los punteros están cambiados. Sitúa el puntero de color rojo donde tenías el negro, y viceversa, y comprobarás que el valor es el mismo y el signo negativo ha desaparecido.