Fundamentos básicos sobre electricidad

Conductores eléctricosEs indispensable que te familiarices con los diferentes tipos cables y alambres que se utilizan para conducir la electricidad a los diferentes puntos de nuestras casas, edificios, aparatos eléctricos, etc. Como se sabe, para que la electricidad se aproveche, debemos de hacer que circule por los circuitos con el mínimo de perdida, esto nos lleva a escoger el mejor conductor para la función que necesitamos. Se debe de tomar en cuenta que la humedad y la temperatura la afectan.

RESISTENCIA DE LOS CONDUCTORES ELECTRICOS:Todo conductor eléctrico afecta el paso de una corriente eléctrica en mayor o menor grado determinado por su resistencia, el cual esta afectado por los factores siguientes: El metal del que esta formado, grosor y longitud.RESISTENCIA DE LOS METALES:La plata es el metal que conduce con más facilidad la electricidad, pero dado su costo tan elevado, no es común usarla como conductor en los circuitos eléctricos. El cobre es el conductor más usado por su bajo costo, aparte de ser un buen conductor de la electricidad. Es también usado el aluminio. Pero este presenta el inconveniente que no se puede soldar por los medios comunes, por lo mismo es muy limitado su uso en casas, solamente en líneas de transmisión de alto voltaje.Cuando medimos la resistencia de trozos de metal distintos, del mismo tamaño y grueso, se encuentra que el hierro tiene una resistencia seis veces mayor que la del cobre, en tanto que uno de plata alemana tiene una resistencia casi 13 veces màs alta que la del cobre.A continuación les presento la tabla en la cual se especifica la resistencia de los diferentes conductores eléctricos.

Esta tabla les permitirá calcular la resistencia de cualquier alambre, para lo cual se deberá multiplicar la resistencia de un alambre de cobre del mismo grueso y largo por el número que se indica en la tabla.Para esto beberán utilizar la tabla de calibre de alambres. Por ejemplo, si queremos saber las resistencia de un alambre de latón No. 8 que la resistividad relativa indica 4,515, ahora veamos la tabla sobre los calibres de alambre la resistencia en ohmios del No. 8 de un alambre de cobre, basados en 1000 pies de largo, en la cual nos indica que es de, 6400, luego multiplicamos 4,515 por ,6400 = 2.8896 ohmios.Esta sería la resistencia equivalente a un alambre de latón del mismo largo y calibre.

La resistencia

ConductorPlata puraCobre recocidoCobre endurecidoAluminio(97.5%) puroZinc puroLatónBronce con fòsforoAlambre de hierroNíquelAlambre de aceroPlata alemanaHierro colado

Resistividad relativa,9251,0001,0221,6723,6084,5155,3196,1737,7268,62113,32671,400

Es un componente pasivo, es decir no genera intensidad ni tensión en un circuito. Su comportamiento se rige por la ley de Ohm.

Su valor lo conocemos por el código de colores, también puede ir impreso en cuerpo de la resistencia directamente.

Una vez fabricadas su valor es fijo.

SíMBOLOS UNIDAD

OHM

CARACTERíSTICAS TéCNICAS GENERALES

A- Resistencia nominal.

Es el valor teórico esperado al acabar el proceso de fabricación.

B-Tolerancia.

Diferencia entre las desviaciones superior e inferior. Se da en tanto por ciento. Nos da una idea de la precisión del componente. Cuando el valor de la tolerancia es grande podemos decir que la resistencia es poco precisa, sin embargo cuando dicho valor es bajo la resistencia es más precisa.

C- Potencia nominal.

Potencia que el elemento puede disipar de manera continua sin sufrir deterioro. Los valores normalizados más utilizados son: 1/8, ¼, ½, 1, 2.....

TIPOS DE RESISTENCIAS

Fijos.

1. Aglomeradas.

1 2-3 4

2. De película de carbón.

Se enrolla una tira de carbón sobre un soporte cilíndrico cerámico.

3. De película metálica.

El proceso de fabricación es el mismo que el anterior pero la tira es una película metálica. Los metales más utilizados son Cromo, Molibdeno, Wólfram y Titanio. Son resistencias muy estables y fiables.

4. Bobinadas.

Tienen enrolladas sobre un cilindro cerámico, un hilo o cinta de una determinada resistividad.

Se utilizan las aleaciones de Ni-Cr-Al y para una mayor precisión las de Ni-Cr.

Disipan grandes potencias. Los modelos más importantes son : Cementados, vitrificados y esmaltados.

4

Variables

Componentes pasivos de tres terminales, que permiten manipular la señal que hay en un circuito (volumen de un equipo de música).

Potenciómetro de película de carbón

Potenciómetro de hilo

Símbolos del potenciómetro

Normalmente el terminal central corresponde al cursor o parte móvil del componente y entre los extremos se encuentra la resistencia.

Características Técnicas:

Resistencia nominal: Es el valor teórico que debe presentar en sus extremos. Se marca directamente sobre el cuerpo del componente.

Ley de variación.

Indica el tipo de variación y son: antilogaritmitos, en "S", lineal y logarítmico.

Resistencias ajustables.

Componentes pasivos de tres terminales, que son calibrados par fijar algún parámetro en el interior de los equipos, y no son accesibles al usuario.

Resistencias ajustables

El código de colores de las resistencias

Las resistencias son elementos pasivos muy comunes en los circuitos, ya que son

indispensables en cualquier diseño eléctrico o electrónico. Posteriormente conoceremos

algunas de sus aplicaciones. Para identificar su valor se usa el llamado código de colores.

En la figura 1 ilustramos una resistencia típica.

Figura 1. Un resistor típico

Tiene un cuerpo cilíndrico de uno a dos centímetros de longitud, con un segmento de alambre a cada lado. En su superficie tiene tres o cuatro bandas de colores, igualmente espaciadas, más cercanas a uno de los extremos. Si sujetamos la resistencia con la mano izquierda, por el lado donde están las bandas de colores, podemos deducir su valor si sabemos el número que representa cada color. La figura 3 es la tabla del código de colores de las resistencias. Tenemos que usarla para saber la equivalencia entre los colores y los números del 0 al 10. Por otro lado, las dos primeras bandas de izquierda a derecha corresponden a los dos primeros dígitos del valor de la resistencia. La tercera banda es la potencia de 10 por la cual debe multiplicarse los dos digitos mencionados. La cuarta banda representa la tolerancia en el valor de la resistencia. Las resistencias que usaremos en este manual tienen tres tolerancias posibles: 5%, identificadas con una banda dorada,10%, con una plateada, y 20%, sin banda. En el caso de la resistencia de la figura 1, y con ayuda de la tabla de la figura 2 podemos decir que su valor es de (24 ± 2.4) kΩ. Esto se obtiene viendo que la primera banda es roja = 2, la segunda, amarilla = 4, la tercera, naranja = 3, y la cuarta, plateada = 10%. El resultado se confecciona como 24 × 103, al 10%. El 10% de 24 es 2.4. Debemos mencionar que 103

equivale al prefijo kilo, abreviado k, en el Sistema Internacional de unidades. La resistencia se mide en ohmios, abreviados con la letra griega omega mayúscula, Ω. Por otro lado, 103 Ω = 1000 Ω y es lo mismo que 1 kΩ.

Ejemplo 1. Identificar el valor de la resistencia de la figura 2.

Figura 2. Una resistencia típica al 5%

Solución: La resistencia debe tomarse de tal forma que el extremo hacia el cual las

bandas coloreadas están recorridas quede a la izquierda. Ahora las bandas se identifican

de izquierda a derecha. La primera es verde. De la figura 3 vemos que este color

corresponde al número 5. La segunda es azul, es decir, corresponde al 6. La tercera,

negra, es el 1. La cuarta es dorada, lo que implica un 5% de tolerancia. El valor buscado

se escribe como: 56 × 101, o bien, 560 Ω. El 5% de 560 es 560 × 0.05 = 28. El valor final

es: (560 ± 28) Ω.

Color Primera banda

Primer dígito

Segunda banda

Segundo dígito

Tercera banda

Tercer dígito

Cuarta banda

Tolerancia

Negro 0 0 1

Marrón 1 1 10

Rojo 2 2 100

Naranja 3 3 1000

Amarillo 4 4 10000

Verde 5 5 100000

Azul 6 6 1000000

Violeta 7 7 10000000

Gris 8 8 100000000

Blanco 9 9 1000000000

Dorado 0.1 5%

Plateado 0.01 10%

Ninguno 20%

Figura 3. El código de colores para las resistencias

La tolerancia significa que el valor de la resistencia no puede ser garantizado con

precisión ilimitada. En el ejemplo 1 vemos que una resistencia con un valor nominal de

560 Ω al 5% puede tener un valor tan bajo como 560 - 28 = 532 Ω hasta uno tan alto

como 560 + 28 = 588 Ω. Si medimos su valor con un óhmetro obtendremos un número

entre 532 Ω y 588 Ω.

Ejemplo 2. Usar el código de colores para determinar el valor de la resistencia de la

figura 4.

Figura 4. Resistencia típica al 20%

Solución: Nuevamente, usamos la figura 2 y obtenemos los dígitos 1, 8 y 2. Lo que se

escribe como 18 × 102 Ω ó 1.8 kΩ. En esta resistencia no hay una cuarta banda

coloreada, lo que significa una tolerancia de 20%. El 20% de 1800 es 1800 × 0.2 = 360. El

valor final se escribe (1.8 ± 0.36) kΩ.

Potencia

Otro concepto importante, relacionado con las caracterísicas de las resistencias, es

la potencia, P. Se calcula como el producto de V, el voltaje, o diferencia de potencial a

través de la resistencia, y la corriente, I, que circula por ella. Es decir, P = VI. La unidad de

potencia en el Sistema Internacional, SI, es el vatio, abreviado W. Las resistencias más

comunes se consiguen en potencias de 0.25 W, 0.5 W y 1.0 W. La potencia de una

resistencia nos dice cuánto calor es capaz de disipar por unidad de tiempo. Si el producto

VI de una resistencia en un circuito tiene un valor superior al de su potencia se

sobrecalentará y quemará, quedando inutilizada. La unidad de voltaje en el SI es el voltio,

abreviado V, y la de la corriente, el amperio, abreviado A. De acuerdo con la expresión

para calcular la potencia vemos que 1 W = (1 V) (1 A).

Ley de Ohm

La función de la resistencia es convertir la diferencia de potencial en corriente. La

diferencia de potencial puede verse como un desnivel eléctrico, similar al que existe en el

lecho de un río, que hace fluir el agua desde un sitio alto hacia uno bajo. Cuando decimos

que una batería es de 1.5 V implicamos que su terminal positivo está 1.5 V por encima del

negativo, o que existe un desnivel eléctrico de 1.5 V entre ambos terminales, siendo el

positivo el más alto. Si conectamos una resistencia entre los terminales de la batería, el

desnivel eléctrico hace que una corriente fluya del terminal positivo al negativo a través de

la resistencia. El valor de esta corriente depende de la magnitud del desnivel y de la

resistencia. Si representamos con V el valor de la diferencia de potencial, y con R, el de la

resistencia, obtenemos el de I mediante la llamada ley de Ohm: I = V/R. Gracias a la ley

de Ohm podemos expresar la potencia en función de V y R o de I y R. Efectivamente, si

substituímos I = V/R en la ecuación P = VI conseguimos la expresión P = V2/R. Asimismo,

si despejamos V de la ley de Ohm, V = IR, y la substituímos en la expresión para la

potencia obtenemos P = I2R.

Ejemplo 3. Calcule la potencia disipada por un resistor si V = 12 V y la corriente I = 20 mA

Solución:

P = VI = (12 V)(20 × 0.001 A) = 0.24 W. Recuerde que 1 mA = 0.001 A.

Ejemplo 4. Calcule la potencia disipada por un resistor si R = 10 kΩ e I = 5.0 mA

Solución:

P = VI, pero V es desconocido, sin embargo, R e I son dados, y V = RI, entonces

buscamos primero a V:

V = (10,000)(5.0 × 0.001) = 50 V, y P = (50)(5.0 × 0.001) = 0.25 W.

O usamos directamente P = I2R = (5.0 × 0.001)2(10,000) = 0.25 W.

Ejemplo 5. Calcule la potencia disipada por el mismo resistor del ejemplo 4 si V = 18 V

Solución:

P = VI, pero I es desconocida, sin embargo, R y V son dados, encontramos primero I

usando I = V/R,

I = (18)/(10,000) = 0.0018 A, de donde

P = (18)(0.0018) = 32.4 mW.

O usamos directamente P = V2/R = (18)2/(10,000) = 32.4 mW.

Información Adicional.

Resistencia:Para el fenómeno físico véase Resistencia eléctrica .

Figura 1: Símbolos

Figura 2: Diferentes resistencias todas ellas de empaquetado tipo axial.

Figura 3:Resistencia de montaje superficial o SMD .

Se denomina resistencia o resistor (en lenguaje técnico) al componente electrónico diseñado para introducir una resistencia eléctrica determinada entre dos puntos de un circuito. En otros casos, como en las planchas, calentadores, etc., las resistencias se emplean para producir calor aprovechando el Efecto Joule . Es frecuente utilizar la palabra resistor como sinónimo de resistencia.

La corriente máxima de una resistencia viene condicionada por la máxima potencia que puede disipar su cuerpo. Esta potencia se puede identificar visualmente a partir del diámetro sin que sea necesaria otra indicación. Los valores más corrientes son 0.25 W, 0.5 W y 1 W.

Existen resistencias de valor variable, véase Potenciómetro (resistencia variable) .

Comportamiento en un circuito

Las resistencias se utilizan en los circuitos para limitar el valor de la corriente o para fijar el valor de la tensión. Véase la Ley de Ohm .

Sistemas de Codificación

Código de colores:

Para caracterizar una resistencia hacen falta tres valores: resistencia eléctrica, disipación

máxima y precisión o tolerancia. Estos valores se indican normalmente en el encapsulado

dependiendo del tipo de éste; para el tipo de encapsulado axial, el que se observa en las

fotografías, dichos valores van rotulados con un código de franjas de colores.

Estos valores se indican con un conjunto de rayas de colores sobre el cuerpo del elemento. Son tres, cuatro o cinco rayas; dejando la raya de tolerancia (normalmente plateada o dorada) a la derecha, se leen de izquierda a derecha. La última raya indica la tolerancia (precisión). De las restantes, la última es el multiplicador y las otras las cifras.

El valor de la resistencia eléctrica se obtiene leyendo las cifras como un número de una, dos o tres cifras; se multiplica por el multiplicador y se obtiene el resultado en Ohmios (Ω) . El coeficiente de temperatura únicamente se aplica en resistencias de alta precisión (tolerancia menor del 1%).

Color de la banda

Valor de la 1°cifra

significativa

Valor de la 2°cifra

significativaMultiplicador Tolerancia

Coeficiente de temperatura

Negro 0 0 1 - -

Marrón 1 1 10 ±1% 100ppm/ºC

Rojo 2 2 100 ±2% 50ppm/ºC

Naranja 3 3 1 000 - 15ppm/ºC

Amarillo 4 4 10 000 - 25ppm/ºC

Verde 5 5 100 000 ±0,5% -

Azul 6 6 1 000 000 - 10ppm/ºC

Violeta 7 7 - - 5ppm/ºC

Gris 8 8 - - -

Blanco 9 9 - - 1ppm/ºC

Dorado - - 0.1 ±5% -

Plateado - - 0.01 ±10% -

Ninguno - - - ±20% -

Valores de resistencia para resistores disponibles en comercios.

Como leer el valor de una resistencia:

En una resistencia tenemos generalmente 4 líneas de colores,aunque podemos encontrar algunas que contenga 5 líneas (4 de colores y 1 que indica tolerancia) vamos a tomar la más general las de 4 líneas,las primeras 3 y dejamos aparte la tolerancia que es plateada o dorada

Primero vemos de que color es la primera línea y según la tabla vemos que

valor es

Después vemos el color de la segunda línea y según la tabla vemos que valor

es

Vamos a unir los números anteriores y los multiplicamos por el valor expresado

en la tabla de la tercera línea

Por ejemplo:

Tenemos una resistencia con los colores verde, amarillo, rojo y dorado.

Registramos el valor de la primera línea (verde): 5

Registramos el valor de la segunda línea (amarillo): 4

Registramos el valor de la tercera línea (rojo): X 100

Unimos los valores de las primeras dos líneas y multiplicamos por el valor de la

tercera

54 X 100 = 5400Ω o 5.4 kΩ y este es el valor de la resistencia expresada en Ohmios

Ejemplos:

Figura 4: Resistencia de valor 2.700.000 Ω y tolerancia de ±5%

La caracterización de una resistencia de 2.700.000 Ω (2.7M Ω), con una

tolerancia de ±5%, sería la representada en la Figura 4:

1°cifra: Rojo (2)

2°cifra: Violeta (7)

Multiplicador: Verde (100 000)

Tolerancia: Dorado (±5%)

Figura 5: Resistencia de valor 0.65 Ω y tolerancia de ±2%

El valor de la resistencia de la Figura 5 es de 65 Ω y tolerancia de

±2% dado que:

1°cifra: Azul (6)

2°cifra: Verde (5)

3ºcifra: Negro (0)

Multiplicador: Dorado (0.1)

Tolerancia: Rojo (±2%)

Codificación de los Resistores en SMT

Esta imagen muestra cuatro resistores de montaje de superficie (el componente en la parte

superior izquierda es un condensador) incluyendo dos resistores de cero ohmios. Los enlaces

de cero ohmios son usados a menudo en vez de enlaces de alambre

A los resistores cuando se encuentran en circuitos con tecnología de montaje de superficie se les imprimen valores numéricos en un código similar al usado en los resistores axiales.

Los resistores de tolerancia estándar en estos tipos de montajes (Standard-tolerance Surface Mount Technology (SMT)) son marcados con un código de tres dígitos, en el cual los primeros dos dígitos representan los primeros dos dígitos significativos y el tercer dígito representa una potencia de diez (el número de ceros).

Por ejemplo:

"334" 33 × 10,000 ohmios = 330 kiloohmios"222" 22 × 100 ohmios = 2.2 kiloohmios"473" 47 × 1,000 ohmios = 47 kiloohmios"105" 10 × 100,000 ohioms = 1 megaohmios

Los resistores de menos de 100 ohmios se escriben: 100, 220, 470. El numero cero final representa diez a la potencia de cero, lo cual es 1.

Por ejemplo:

"100"= 10 × 1 ohmio = 10 ohmios"220"= 22 × 1 ohmio = 22 ohmios

Algunas veces estos valores se marcan como "10" o "22" para prevenir errores.

Los resistores menores de 10 ohmios tienen una 'R' para indicar la posición del punto decimal

.Por ejemplo:

"44R7" = 4.7 ohmios"0R22" = 0.22 ohmios"0R01" = 0.01 ohmios

Los resistores de precisión son marcados con códigos de cuatro dígitos, en los cuales los primeros tres dígitos son los números significativos y el cuarto es la potencia de diez.

Por ejemplo:

"1001"= 100 × 10 ohmios = 1 kiloohmio"4992"= 499 × 100 ohmios = 49.9 kiloohmios"1000"= 100 × 1 ohmio = 100 ohmios

Los valores "000" y "0000" aparecen en algunas ocasiones en los enlaces de montajes de superficie, debido a que tienen (una resistencia aproximada a cero).

Codificación para uso Industrial:

Formato: XX 99999 ó XX 9999X [dos letras]<espacio>[valor del resistor (tres/cuatro dígitos)]<sinespacio>[código de tolerancia(númerico/alfanúmerico - un dígito/una letra)]

Código de Tolerancia

Designación Industrial

ToleranciaDesignación

MIL

5 ±5% J

2 ±20% -

1 ±10% K

- ±2% G

- ±1% F

- ±0.5% D

- ±0.25% C

- ±0.1% B

Power Rating at 70 °C

Type No.Powerrating(watts)

MIL-R-11Norma

MIL-R-39008Norma

BB 1/8 RC05 RCR05

CB ¼ RC07 RCR07

EB ½ RC20 RCR20

GB 1 RC32 RCR32

HB 2 RC42 RCR42

GM 3 - -

HM 4 - -

El rango de la temperatura operacional distingue los tipos comercial, industrial y militar de los componentes.

Tipo Comercial : 0 °C a 70 °C

Tipo Industrial : −40 °C a 85 °C (en ocasiones −25 °C a 85 °C)

Tipo Militar : −55 °C a 125 °C (en ocasiones -65 °C a 275 °C)

Tipo Estandar: -5°C a 60°C

Resistencias de precisión:

Son aquellas cuyo valor se ajusta con errores de 100 partes por millón o menos y tienen además una variación muy pequeña con la temperatura, del orden de 10 partes por millón entre 25 y 125 grados Celsius. Este componente tiene una utilización muy especial en circuitos analógicos, con ajustes muy estrechos de las especificaciones, para más datos recurrir a manuales de Vishay, entre otros. Este tipo de componente logra su precisión tanto en su valor, como en su especificación de temperatura debido que la misma debe ser considerado un sistema, donde los materiales que la comportan interactúan para lograr su estabilidad. Un film metálico muy fino se pega a un aislador como el vidrio, al aumentar la temperatura, la expansión térmica del metal es mayor que la del vidrio y esto produce en el metal una fuerza que lo comprime reduciendo su resistencia eléctrica, el coeficiente de variación de resistencia del metal con la temperatura es positivo, la suma casi lineal de estos factores hace que la resistencia no varié o que lo haga muy poco.