La materia se divide en moléculas, las cuales a su vez se dividen en átomos.
Estos átomos se componen de dos partes: el núcleo y la periferia.
En el núcleo se encuentran:
Los protones con carga eléctrica positiva
Los neutrones que como su nombre insinúa, no tiene carga eléctrica o son neutros
En la periferia se encuentran:
Los electrones con carga eléctrica negativa.
Si un material tiene muchos electrones libres en su estructura se le llama conductor y si tiene pocos electrones libres se le llama aisladores o aislantes.
Ejemplos:
Conductores: Oro, plata, aluminio, cobre, etc.
Aisladores o aislantes: cerámica, vidrio, madera, papel, etc.
Electricidad
La electricidad es la acumulación o movimiento de electrones que han sido sacados de sus órbitas. Estos electrones son los llamados electrones libres, que al ser sacados de sus órbitas dentro del átomo se mueven con facilidad por la materia. A esto se le llama corriente eléctrica.
La ley de Coulomb expresa la magnitud de la fuerza entre dos cargas puntuales. Esta ley eestablece que estas cargas se atraen o repelen mediante una fuerza eléctrica F (en Newtons), la cual es inversamente proporcional al cuadrado de la separación r y directamente proporcional al producto de las cargas q1 y q2.
Matemáticamente la ley de Coulomb está dada por:
F_e=(〖kq〗_1 〖kq〗_2)/r^2
Donde:
k=9.00 X 〖10〗^9 N ∙m^2/C^2
El valor de la constante de Coulomb de la ecuación depende de las unidades que se elijan. La unidad del SI de carga es el coulomb (C), el cual se defina en términos de una unidad de corriente llamada ampere (A) donde la corriente se define como la razón de flujo de carga. Cuando la corriente en el alambre es de 1 A, la cantidad de carga que fluye por un punto dado del alambre en 1 s es 1 C.
1 A = 1 C/s
1 Ampere de corriente equivale a 1 C de carga que pasa a través del área de sección transversal en un intervalo de tiempo de 1 s.
Unidades comunes en electrónica
Ampere: [Amperio] (A): Unidad de medida de la corriente eléctrica, es la cantidad de carga que circula por un conductor por unidad de tiempo I = Q/t
Es la corriente eléctrica (I) que produce una fuerza de 2 x 10-7newton por metro entre dos conductores paralelos separados por 1 metro.
1 A = 1 Coulombio / segundo
1 A = 1000 mA (miliamperio)
Coulomb [coulombio] (C): Unidad de medición de la carga eléctrica. Carga Q que pasa por un punto en un segundo cuando la corriente es de 1 amperio. 1 Coulomb = 6.28x1018 electrones.
Joule [julio] (J): Es el trabajo (W) hecho por la fuerza de un Newton actuando sobre la distancia de 1 metro.
Watt [Vatio] (W): Unidad de la potencia. Potencia (P) requerida para realizar un trabajo a razón de 1 julio (joule) por segundo.
Farad [Faradio] (F): Unidad de medida de los capacitores / condensadores.
Es la capacitancia (C) en donde la carga de 1 coulombio produce una diferencia de potencial de 1 voltio.
Henry [henrio] (H): Unidad de medida de los inductores/ bobinas.
Es la inductancia (L) en que 1 voltio es inducido por un cambio de corriente de 1 amperio por segundo.
Ohm [ohmio] (Ω): Unidad de medición de la resistencia eléctrica, representada por la letra griega (Ω) omega.
Es la resistencia que produce una tensión de 1 voltio cuando es atravesada por una corriente de 1 amperio.
Siemens (S): Unidad de medida de la conductancia (G)
Es la conductancia que produce una corriente de 1 amperio cuando se aplica una tensión de 1 voltio. Es el recíproco del Ohmio, antes llamado mho.
Volt [voltio] (V): Unidad de medición de la diferencia de potencial eléctrico o tensión eléctrica, comúnmente llamado voltaje.
Es la diferencia de potencial entre dos puntos en un conductor que transporta una corriente de 1 amperio, cuando la potencia disipada entre los puntos es de 1 watt.
Hertz [hercio] (Hz): Cantidad de ciclos completos de una onda en una unidad de tiempo
1 Hertz = 1 ciclo/seg
Radián: Un radián es el ángulo que abarca la porción de circunferencia que es igual a la longitud del radio del círculo.
Frecuencia angular (w): Es radianes por segundo. w = 2nf. (n= pi)
Tiempo (t): Unidad de medida del tiempo (seg.)
El alambre se emplea desde muchos siglos antes de nuestra era. El procedimiento de fabricación más antiguo consistía en batir láminas de metal hasta darles el espesor requerido, y cortarlas luego en tiras estrechas que se redondeaban a golpes de martillo para convertirlas en alambre. Dicho procedimiento se aplicó hasta mediados del siglo XIV. Sin embargo, en excavaciones arqueológicas se han encontrado alambres de latón, de hace más de 2000 años, que al ser examinados presentaron indicios de que su fabricación podría atribuirse al procedimiento de la hilera. Hilera es una plancha de metal, que posee varios agujeros de distintos diámetros. Al metal que se quiere convertir en alambre se le da primero la forma de una barra, y después se adelgaza y se saca punta a uno de los extremos de la barra para pasarla sucesivamente por los distintos agujeros de la hilera, de mayor a menor, hasta que la barra de metal quede convertida en alambre del grosor deseado. En Inglaterra se empezaron a producir alambres con la ayuda de maquinarias a mediados del siglo XIX. En esta clase de máquinas, muy perfeccionadas posteriormente, basadas en el principio de la hilera, todas las operaciones son mecánicas y sustituyen con admirable rapidez y rendimiento el antiguo trabajo manual.
El alambre de cobre se utiliza básicamente para fabricar cables eléctricos, así que el alambre más usado industrialmente es el que se hace de acero y de acero inoxidable o de aluminio que aunque posee menor conductividad es más económico (ya que es el tercer elemento más común encontrado en la corteza terrestre).
El cobre aparece en depósitos de sulfuros y en rocas volcánicas básicas como el basalto. Por lo general, el metal es lixiviado y se transporta a otro lugar antes de depositarse en forma de minerales de cobre.
Por su elevada conductividad del calor y electricidad, resistencia a la corrosión, maleabilidad y ductilidad, se ha convertido en el material más utilizado para fabricar cables eléctricos y otros componentes eléctricos y electrónicos.
El acero está formado por una aleación de hierro y carbono conteniendo menos de 1,8% de carbono, susceptible de adquirir propiedades muy variadas mediante tratamiento mecánico y térmico. Actualmente el acero se obtiene a partir de hierro líquido, descarburándolo y regulando al mismo tiempo su contenido en azufre, fósforo y otros elementos. Anteriormente el acero se obtenía directamente del mineral de hierro.
En metalurgia, el acero inoxidable se define como una aleación de acero con un mínimo de 10% de cromo contenido en masa.
Conductores
Alambres
Los alambres son conductores construidos con un solo hilo de metal y puede estar desnudo o revestido (ver el siguiente diagrama) por una o más capas de material aislante.
Dependiendo del aislante, el alambre se utiliza en bobinados o en instalaciones eléctricas
Alambre para bobinados: Este tipo de alambre está recubierto por esmaltes especiales, seda o algodón
Alambre para instalaciones eléctricas: Este tipo de alambre está cubierto de plástico o goma
Cables
Los cables son un conjunto retorcido de alambres no aislados entre si y pueden ser desnudos o revestidos (ver el siguiente diagrama) por una o varias capas de aislante. Estos aislante son de tela, goma o plástico
Los cables son generalmente utilizados en instalaciones eléctricas de todo tipo e instalaciones automotrices
Los hilos son de cobre blando o endurecido y también de aluminio
Algunos alambres de cobre pueden estar estañados, para evitar la oxidación y facilitar la soldadura.
AISLANTES
La resistencia eléctrica es la oposición que ofrece un material al paso de los electrones (la corriente eléctrica). Si el material tiene pocos electrones libres, éste no permitirá el paso de la corriente y se le llama aislante o dieléctrico
Ejemplo: cerámica, bakelita, madera (papel), plástico, etc..
Los factores principales que determinan la resistencia eléctrica de un material son:
• Tipo de material
• Longitud
• Sección transversal
• Temperatura
Los materiales que se encuentran a mayor temperatura tienen mayor resistencia.
Características
• Un material de mayor longitud tiene mayor resistencia eléctrica.
El material de mayor longitud ofrece más resistencia
al paso de la corriente que el de menor longitud
• Un material con mayor sección transversal tiene menor resistencia. (Imaginarse un cable conductor cortado transversalmente). La dirección de la corriente (la flecha de la corriente) en este caso entra o sale de la página.
• Los materiales que se encuentran a mayor temperatura tienen mayor resistencia.
La unidad de medida de la resistencia eléctrica es el Ohmio y se representa por la letra griega omega (Ω) y se expresa con la letra "R".
Ejemplos de materiales aislantes
Aislador de Porcelana Tipo Carrete
Aislador de forma cilíndrica con una ó varias ranuras circunferenciales externas y perforado axialmente para su montaje.
Uso: Soportan y aislan las líneas de Baja Tensión, montados sobre bastidores
Aislador de Vidrio Templado Tipo Suspensión con Calavera y Bola
Aisladores de vidrio templado tipo suspensión con calavera y bola con manguito de zinc, acoplados en serie para aislamiento y soporte no rígido de conductores eléctricos en líneas de transmisión en zonas corrosivas y de alta contaminación.
