Modulo Basico de Electricidad

7/25/2019 Modulo Basico de Electricidad

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ELECTRICIDAD BSICAMDULO A


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MDULO A1:

LA RELACIN DE LA ENERGACON OTRAS FORMAS DE

ENERGA


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1. El concepto de energaEnergaes la capacidad para producir trabajo.

Trabajo, se refiere al desplazamiento de un

cuerpo en el espacio por la accin de una fuerza.

La energa no puede ser creada, consumida, ni

destruida; sin embargo, puede ser convertida o

transferida en diferentes formas. En cada

conversin de energa, parte de la energa

proveniente de la fuente es convertida en energa

calorfica.


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La capacidad de producir trabajo til convirtiendoenerga, disminuye cada vez que dejamos que la

energa acabe en forma de calor que se disipa al

ambiente. El trabajo til se denomina exerga.Entalpa es un calor de formacin de un

compuesto.

Entropaes la relacin entre la cantidad de calor

que un cuerpo gana o pierde y su temperaturaabsoluta. Cuando se produce una prdida de

calor la entropa aumenta.


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Tipos de energa en la naturaleza

La energa que utilizamos proviene

principalmente del Sol, en forma deenerga lumnicay calor.

Existen fuentes de energa no renovables

como: petrleo, carbn mineral, gas

natural.


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La energa se clasifica en diversos tipos:

Energa del viento, es utilizada por molinos. Si una

turbina se conecta a un generador produciran energa

elctrica.

Energa potencial, se almacena en los cuerpos enreposo capaces de moverse. Los cuerpos en movimiento

tienen energa cintica.

Energa nuclear, es la energa desprendida por el

ncleo del tomo durante la fusin o la fisin nuclear.

Energa qumica, es la energa almacenada en un

compuesto qumico, que se libera cuando ocurre una

reaccin qumica.


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Energa calorfica, es la que se transmite de un

cuerpo a otro debido a una diferencia de

temperatura. Se deben distinguir tres conceptos:

calor (suma de la energa cintica molecular de

un cuerpo), temperatura (medida de qu tancaliente o fro est un cuerpo) y calora(cantidad

de energa calorfica necesaria para elevar en 1C

la temperatura de 1 g de agua).

Energa luminosa, es la asociada a la luz.

Energa sonora, es la asociada al sonido.


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2. La energa elctrica

La materia est compuesta por molculas, stas

por tomos y stos por partculas. En los tomos

se pueden distinguir: protonesy neutrones, dentrodel ncleo; y electrones, en rbitas exteriores.

La electricidadse produce cuando los electrones

se separan y forman nuevas rbitas aparte.

Cuando el flujo de electrones se traslada de unpunto a otro, aparece la corriente elctrica.


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La electricidad puede ser de dos tipos:

Corriente alterna, es la que utilizamos

diariamente a travs de nuestra instalacin

elctrica.

Corriente continua, es la que nos proveen pilas ybateras.

Ambas corrientes se pueden transformar de

alterna a continua o viceversa.


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Para la electricidad los cuerpos son de dos tipos:

Cuerpos conductores, como lo son casi todos los

metales, el agua salada y el ser humano.

Cuerpos aisladores, como lo son el plstico, la

losa, la cermica, la madera seca, entre otros.

Adems, existen cuerpos semiconductoresque a

veces son conductores y otras veces sonaisladores.


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Generacin de energa elctrica

Existen diversas formas de generar energa,dependiendo del tipo de combustible utilizado:

Centrales trmicas, utilizan : carbn, petrleo, gas

natural o uranio.

Centrales hidroelctricas, utilizan el agua lluvia

proveniente de ros.

Centrales elicas, utilizan el viento.

Biomasa, utiliza residuos tanto orgnicos como

inorgnicos.

Fotovoltaica, utiliza paneles de clulas solares.


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Emisin trmica, utiliza materiales que al calentarse

pueden emitir electrones.

Magnetismo, utiliza un campo magntico para

generar corriente.Esttica, mediante friccin los electrones se separan

de los protones.

Accin qumica, utiliza una reaccin qumica para

producir cargas de distinto signo.


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MDULO A2:

LAS CARGAS ELCTRICAS


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1. La composicin de la materiaLos fenmenos elctricos encuentran su explicacin en

la Teora Atmica.

El modelo de Bohrnos da la siguiente explicacin:

Existen tres tipos de partculas subatmicas:

El electrn, que tiene una masa muy pequea y es la

unidad de carga elctrica negativa.

El protn, que tiene una masa mucho mayor y es launidad de carga elctrica positiva.

El neutrn, no tiene carga elctrica y posee una masa

igual a la del protn.


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El tomo est formado por:

Ncleo, donde se encuentran protones y neutrones, ennmero diferente segn el elemento de que se trate.

Corteza, que est formada por capas, en las cuales giran

electrones en rbitas circulares alrededor del ncleo. En

cada capa hay uno o varios electrones. El nmero totalde electrones de la corteza es igual al nmero de

protones del ncleo, de manera que la carga total de un

tomo es nula.

Cuando un electrn salta de una capa a otra inferior,desprende energa radiante. Para que un electrn salte

de una capa a otra superior, debe introducirse energa

exterior.


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Los iones

Un tomo es elctricamente neutro. Debido a fuerzasexternas, se puede perder o ganar (de otros tomos)

electrones.

En el caso de que se ganen, se queda con exceso de

carga negativa; por el contrario, cuando se pierden, sequeda con exceso de carga positiva.

En ambos casos, dicho tomo con exceso de carga se

comporta como si fuera l mismo una carga susceptible

de moverse, siendo atrado o repelido, segn sea el

caso, por otras cargas. Debido a esta capacidad de

moverse que tiene el tomo cargado, se le denomina

in.


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Niveles de energa

En un tomo, los electrones estn girando alrededor del

ncleo formando capas. En cada una de ellas, la energa

que posee el electrn es distinta. En las capas muy

prximas al ncleo, la fuerza de atraccin entre ste ylos electrones es muy fuerte, por lo que estarn

fuertemente ligados. Ocurre lo contrario en las capas

lejanas, en las que los electrones estn dbilmente

ligados, por lo que es ms fcil realizar intercambios

electrnicos en estas capas.

Podemos clasificar los electrones por el nivel energtico

(o banda energtica) en el que se encuentran.

B d d l i


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Banda de valenciaEs un nivel de energa en el que se realizan las

combinaciones qumicas. Los electrones situados enella, pueden transferirse de un tomo a otro, formando

iones que se atraern debido a su diferente carga, o

sern compartidos por varios tomos, formando

molculas.


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Ambos iones se atraern y formarn la molcula

de Cloruro de Sodio o Sal comn (Na Cl).


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Banda de conduccin

Es un nivel de energa, en el cual los electronesestn an ms desligadosdel ncleo, de tal forma

que, en cierto modo, todos los electrones

(pertenecientes a esa banda) estn compartidos

por todos los tomos del slido, y puedendesplazarse por ste formando una nube

electrnica.

Cuando un electrn situado en la banda devalencia se le entrega energa exterior, puede

saltar a la banda de conduccin, quedando en

situacin de poder desplazarse por el slido.


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La propiedad que poseen algunas sustancias de

tener electrones libres (en la Banda deConduccin), capaces de desplazarse, se

denomina conductividad.

Estos materiales sern capaces, bajo la accin de

fuerzas exteriores, de conducir la electricidad, ya

que existe una carga elctrica (los electrones) que

pueden moverse en su interior.

Basndose en el criterio de mayor o menorconductividad, se pueden clasificar los materiales

en tres grupos: conductores, aislantes o

dielctricosy semiconductores.


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Conductores, son aquellos con gran nmero deelectrones en la Banda de Conduccin, es decir, con

gran facilidad para conducir la electricidad (gran

conductividad). Buenos conductores: plata, cobre, oro,aluminio, estao. Malos conductores: hierro, plomo.

Aislantes, son aquellos cuyos electrones estn

fuertemente ligados al ncleo y, por tanto, son incapaces

de desplazarse por el interior y, consecuentemente,

conducir. Buenos aislantes: mica, porcelana, polister,

aire.

Semiconductores, son sustancias poco conductores,pero sus electrones pueden saltar fcilmente de la

Banda de Valencia a la de Conduccin, si se les entrega

energa exterior. Por ejemplo: silicio, germanio, arseniuro

de galio.


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Hasta ahora se ha hablado de conduccin elctrica por

medio de electrones; no obstante, existe otro mecanismo

de conduccin, por medio de iones. Los gases y las

disoluciones electrolticas pueden conducir la electricidadpor medio de iones. A este tipo de conductores, para

distinguirlos de los metales, se les denomina

conductores de segunda especie.

Datos tiles:

Masa del electrn: 9,11 x10-31kg

Masa del protn y del neutrn: 1,673 x 10-27kg

Carga del electrn: -1,602x10-19C

Carga del protn: +1,602x10-19C

2 El t i t d l


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2. El comportamiento de lascargas elctricas

Existen dos tipos de cargas elctricas. Sedesignan con los nombres de cargas elctricas

positivas (+)y cargas elctricas negativas (-). No

todas las materias poseen la propiedad de

cargarse de electricidad y, aunque lo hagan,pueden comportarse de manera distinta.

La carga del mismo signo se repele, y de distinto

signo se atrae. La mayora de los objetos con quetenemos contacto son elctricamente neutros

(carga total cero). Esto se debe a que sus

constituyentes bsicos, los tomos, son neutros.


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Algunos objetos pueden cargarse elctricamente

por frotacin. En este caso, al frotar un objeto

contra otro, uno de ellos cede algunos electronesal otro. El objeto que cede electrones queda con

exceso de carga positiva, mientras que el otro que

recibe electrones, adquiere una carga negativa.

Esta carga que adquieren es conocida comoelectricidad esttica.

Cuando se tiene objetos cargados elctricamente,

stos interactan entre s de modo que objetoscon cargas elctricas del mismo tipo se repelen,

mientras que objetos con cargas de distinto tipo

se atraen.


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MDULO A3:

LAS FUENTES ELCTRICAS

1 Formas de suministrar corriente y voltaje


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1. Formas de suministrar corriente y voltaje

1.1. Electricidad esttica por friccin.Sin lugar a dudas, el fenmeno elctrico ms

espectacular de la naturaleza son los rayos: por la accin

del viento y del sol, las nubes se van cargando

lentamente de electricidad esttica y, cuando ladiferencia de voltaje con relacin a la superficie terrestre,

o a las nubes vecinas alcanza varios megavoltios, el aire

se ioniza (se vuelve mejor conductor) y toda la energa

almacenada en la nube se descarga instantneamente(con corrientes del orden de los 10.000 A). El trueno se

produce cuando el movimiento de las partculas

ionizadas de aire sobrepasa la velocidad del sonido.

1 2 Electricidad por accin qumica


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1.2. Electricidad por accin qumica.

Se llamapilaa un generador de electricidadque

convierte la energa qumica en energa elctrica.

Est constituida

fundamentalmente por un

trozo de zinc y otro de

cobre sumergidosseparadamente en una

solucin cida (electrolito).

El cido del electrolito

reacciona en forma

diferente con los dos

metales y rompe su

equilibrio elctrico.

1 3 L l t i id d l ti


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1.3. La electricidad y el magnetismo.

El electromagnetismo, es la disciplina que permite

entender los fundamentos de la generacin de energaelctrica.

Ejemplos de fenmenos electromagnticos: la luz del sol

y magnetismo terrestre (naturales), aparatos elctricos

(artificiales).Hasta 1820 se pensaba que el magnetismo era

independiente de la electricidad, en ese ao Oerstedse

dio cuenta de que una corriente elctrica desva la aguja

de una brjula. Con este descubrimiento se comprendique ambos fenmenos son manifestaciones de un slo

tipo de evento y que, por lo tanto, pueden ser estudiados

de manera conjunta.

1 4 Fotoelectricidad


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1.4. Fotoelectricidad.

La energa solar puede transformarse por medio de celdas

fotovoltaicaso solares, directamente en energa elctrica. La

mayora de las celdas solares se componen de capas desilicio purificado, a las cuales se les agrega un elemento

semiconductor para que emita electrones y produzca una

pequea corriente elctrica cuando los rayos solares inciden

en l.

La cantidad de energa elctrica que

proporciona una celda es muy

pequea, por lo que se necesitan

conectar entre s muchas para

proporcionar una potencia utilizable.

1.5. La energa del viento.


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Un aerogeneradorobtiene su potencia de entrada

convirtiendo la fuerza del viento en un par (fuerza

de giro), actuando sobre las palas del rotor. Lacantidad de energa transferida al rotor por el

viento depende de la densidad del aire, del rea

de barrido del rotor y de la velocidad del viento.

2 V i bl d l f t d l t i


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2. Variables de las fuentes de energa elctrica

Voltaje o tensin, es la fuerza que impulsa a los

electrones o a las partculas cargadas a

desplazarse y formar corrientes elctricas.

Intensidad de corriente, es la cantidad de

corriente elctrica que circula entre dos puntos,que depende tanto de la diferencia del voltaje

aplicado, como de la resistencia (I = V/R).

Como se ha dicho, para que los electrones semuevan por el conductor, es decir, para que exista

una corriente elctrica, es necesario que algo

impulse a los electrones.

La diferencia de potencial representa el impulsoque


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llevan las cargas (electrones) por el conductor, y los

aparatos que producen esa diferencia de potencial

son los generadores.

Para medir la diferencia de potencial que existe entredos puntos, se usa un aparato llamado voltmetro(se

conecta en paralelo). Para medir la intensidad de

corriente elctrica en un conductor, se usa el

ampermetro(se conecta en serie).

3. Los tipos de fuentes de generacin de


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p g

energa elctrica

Las fuentes de electricidad esttica.En todas las

sustancias hay electrones y protones, pero para

que se pueda producir un trabajo elctrico til, es

preciso separar ambas cargas para crear unadiferencia de potencial que pueda dar lugar a un

flujo de corriente.

Electricidad esttica por friccin.Es un fenmeno

en que los electrones y los protones se separanpor el trabajo de frotamiento y as se producen

cargas opuestas.


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Las fuentes de tensin continua. La tensin o

voltaje continuo es la diferencia de potencial que

aparece en fuentes de corriente contnua. Existenvarios de tipos: pilas secas (zinc-carbono), pilas

alcalinas (electrolito de hidrxido de potasio),

bateras de auto (recargables, electrodos de

plomo y electrolito de cido sulfrico), bateras de

niquel y cadmio (recargables, electrodos de zinc y

usan hidrxido de potasio).

Adems, en una batera se deben conocer lascaractersticas nominales (valores de corriente y

voltaje), la capacidad (expresadas en ampere-

hora) y conservacin(nivel del electrolito).


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Las fuentes de tensin alterna. Se llama generador de

electricidad a una mquina que produce energaelctrica por transformacin de otra energa usando el

principio de induccin electromagntica.

Comnmente los generadores pequeos requieren de

una bobina y un imn, y los grandes de un conjunto debobinas y electroimanes, que estn montados en el

elemento llamadorotor, que es movido por una turbina y

la corriente elctrica se produce (induce) en el estator.

Los distintos tipos de plantas generadoras de

electricidad difieren en el tipo de energa para mover la

turbina, seto es, energa hidrulica, trmica, elica ,

mareomotriz, etc.


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MDULO A4:

LOS MATERIALES

ELCTRICOS

1. Comportamiento elctrico de los


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pmateriales conductores

Los conductores son todos aquellos materiales que poseen

menos de cuatro electrones en la capa de valencia, el

semiconductores aquel que posee cuatro y el aislantees el

que posee ms de cuatro electrones en la capa de valencia.Todos los materiales conocidos, en mayor o menor grado,

permiten el flujo de la corriente elctrica a travs de ellos, sin

embargo, en todos los casos, tambin presentan una

resistenciao impedancia al paso de dicha corriente.Mientras menos resistencia elctrica presente el material, se

considera un mejor conductor y mientras ms resistencia

presente ser un mejor aislante.

Resistencia en los conductores


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Resistencia en los conductores

Cuanto ms largo es un conductor, mayor es su

resistencia, puesto que se necesitar realizar mstrabajo para llevar los electrones desde un

extremo al otro. Por el contrario, mientras la

seccin es mayor, menor es su resistencia,

puesto que habr ms electrones libres en la

mayor superficie transversal.

Donde:

R es la resistencia (W)L es la longitud (m)

A es la seccin o rea (m2)

r es la resistividad (Wm)

La resistividad


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La resistividad es un parmetro que caracteriza a los

materiales conductores, semiconductores y aislantes,segn su resistencia. Depende no slo de sus

caractersticas, sino tambin de la forma geomtrica del

elemento conductor. Es un parmetro obtenido en

laboratorios tabulados para todos los materiales.

Por ejemplo, la resistividad de:

La plataes 1,47x10-8(Wm)

El cobrees 1,72x10-8(Wm)

El oroes 2,44x10-8(Wm)

El aluminioes 2,63x10-8(Wm)

2 L t i l i l t l t i


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2. Los materiales aislantes elctricosEl aislante perfecto para las aplicaciones

elctricas sera un material absolutamente noconductor, pero ese material no existe. Los

materiales empleados como aislantes siempre

conducen algo de electricidad, pero presentan

una resistencia muchsimo superior que la de los

buenos conductores elctricos.

En los circuitos elctricosnormales suelen usarse

plsticos como revestimiento aislante para loscables. Los cables muy finos, como los

empleados en bobinas, pueden aislarse con una

delgada capa de barniz.


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El aislamiento interno de los equipos elctricos

puede efectuarse con mica o mediante fibras de

vidrio con un aglutinador plstico. En los equipos

electrnicos y transformadores se emplea en

ocasiones un papel especial para aplicacioneselctricas. Las lneas de alta tensinse aslan con

vidrio, porcelana u otro material cermico.

El polietileno y poliestireno se emplean en

instalaciones de alta frecuencia, y el mylar seemplea en condensadoreselctricos.


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Tambin hay que seleccionar los aislantes segn

la temperatura mxima que deban resistir. El

tefln se emplea para temperaturas altas, entre

175 y 230C. El nylon tiene una excelente

resistencia a la abrasin, y el neopreno, la goma

de silicona, los polisteres de epoxy y lospoliuretanos pueden proteger contra los productos

qumicos y la humedad.

Buenos ejemplos de aislantes (que se oponen

casi totalmente al paso de la corriente) son: lamadera, el plstico, el papel, la porcelana, los

barnices aislantes, etc.

Ai l i


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Aislacin

Es la funcin de un material no conductor oaislante que cumple en un circuito elctrico, al

mantener aisladas las partes que conducen la

energa elctrica.

Dos partes energizadas de distintos circuitos nose pueden encontrar. Para que la corriente siga

su curso y llegue a los elementos y dispositivos

de consumo del circuito, debe viajar por unconductor aislado por completo del ambiente y

otras partes del circuito desde la fuente de voltaje

que lo alimenta.

Medicin de la aislacin


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Al comprobar la aislacin de un dispositivo, se est midiendo

las caractersticas del material aislante que contiene y queest manteniendo un flujo de corriente por el elemento

conductor, sin que esta corriente cambie su direccin

fluyendo a otras partes conductoras del equipo o fluya

descargndose a tierra.

La aislacin se mide con un instrumento denominado

Meggery se mide en unidades de resistencia elctrica.

3. Los materiales semiconductores y


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ysu comportamiento

Los materiales semiconductores son poco conocidos, pero

gracias a estos elementos funcionan todos los equipos

electrnicoscomo la computadora.

Algunos no metales, como el silicio, conducen electricidaden ciertas condiciones, pero en general no son buenos

conductores. Por eso se les llama semiconductores. En

estado puro conducen muy poco la energa elctrica; por

eso se necesita agregarles impurezas para hacerlosconductores, comportndose como semiconductores, que

son la materia bsica de los transistores.

El silicio, al igual que otros materiales

i d t i t i l li l


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semiconductores, vara su resistencia al aplicarle

pequeas seales elctricas, lo cual ha permitido

crear toda la industria electrnica moderna.

La electrnica es una rama de la fsica, que

estudia el uso de la electricidad para producir

seales que transportan informacin y controlandispositivos, como las computadoras. Estas

mquinas contienen circuitos por los cuales fluye

la corriente. Las partes de control de un circuito

son los componentes: diodos y transistores. Loscomponentes pueden amplificar corrientes,

interrumpirlas o reiniciarlas y cambiar su

direccin.


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MDULO A5:

INSTRUMENTOS ELCTRICOS

El tester


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El tester

Con este aparato se puede detectar mal

funcionamientos en aparatos elctricos.

El tester o multitester, es un aparato que sirve de

gran ayuda para valorar los parmetros

fundamentales como: tensin, resistencia eintensidad; tanto en instalaciones como para

resolver problemas de funcionamiento de equipos

elctricos.

El tester puede medir la tensin alterna de un

enchufe de una casa, la tensin continua de una

pila o la resistencia elctrica de un elemento.


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Adems, de estos parmetros bsicos, el

multitester puede medir continuidad y, en algunoscasos, capacitancia e inductancia.

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