"Año de la consolidación del mar de Grau"

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                                                           ELECTRICIDAD

La electricidad (del griego ήλεκτρον élektron, cuyo sigconificado es ‘ámbar’) es el njunto de fenómenos físicos relacionados con la presencia y flujo de cargas eléctricas. Se manifiesta en una gran variedad de fenómenos como los rayos, la electricidad estática, lainducción electromagnética o el flujo de corriente eléctrica. Es una forma de energía tan versátil que tiene un sinnúmero de aplicaciones, por ejemplo: transporte, climatización, iluminación y computación.

Historia de la electricidad

El fenómeno de la electricidad se ha estudiado desde la antigüedad, pero su estudio científico sistemático comenzó en los siglos XVII y XVIII. A finales del siglo XIX, los ingenieros lograron aprovecharla para uso doméstico e industrial. La rápida expansión de la tecnología eléctrica la convirtió en la columna vertebral de la sociedad industrial moderna.

Michael Faraday relacionó el magnetismo con la electricidad.

Mucho antes de que existiera algún conocimiento sobre la electricidad, la humanidad era consciente de las descargas eléctricas producidas por peces eléctricos. Textos del Antiguo Egipto que datan del 2750 a. C. se referían a estos peces como «los tronadores del Nilo», descritos como los protectores de los otros peces. Posteriormente, los peces eléctricos también fueron descritos por los romanos,griegos, árabes, naturalistas y físicos.Autores antiguos como Plinio el Viejo o Escribonio Largo, describieron el efecto adormecedor de las descargas eléctricas producidas por peces eléctricos y rayas eléctricas. Además, sabían que estas descargas podían transmitirse por materias conductoras. Los pacientes de enfermedades como la gota y el dolor de cabeza se trataban con peces eléctricos, con la esperanza de que la descarga pudiera curarlos. La primera aproximación al estudio del rayo y a su relación con la electricidad se atribuye a los árabes, que antes del siglo XV tenían una palabra para rayo (raad) aplicado al rayo eléctrico.

En culturas antiguas del mediterráneo se sabía que ciertos objetos, como una barra de ámbar, al frotarla con una lana o piel podía atraer objetos livianos como plumas. Hacia el año 600 a. C., Tales de Mileto hizo una serie de observaciones sobre electricidad estática. Concluyó que la fricción dotaba de magnetismo al ámbar, al contrario que minerales como la magnetita, que no necesitaban frotarse.  Tales se equivocó al creer que esta atracción la producía un campo magnético, aunque más tarde la ciencia probaría que la relación entre el magnetismo y la electricidad. Según una teoría controvertida, los partos podrían haber conocido la electrodeposición, basándose en el descubrimiento en 1936 de la Batería de Bagdad, similar a una celda voltaica, aunque es dudoso que el artefacto fuera de naturaleza eléctrica.

En el siglo XVII, mientras la electricidad aún se consideraba poco más que un espectáculo de salón, William Gilbert realizó un estudio cuidadoso de electricidad y magnetismo. Diferenció el efecto producido por trozos de magnetita, de la electricidad estática producida al frotar ámbar. Además, acuñó el término neolatino electricus (que, a su vez, proviene de ήλεκτρον [elektron], la palabra griega para ámbar) para referirse a la propiedad de atraer pequeños objetos después de haberlos frotado. Esto originó los términos eléctrico y electricidad, que aparecen por vez primera en 1646 en la publicación Pseudodoxia Epidemica de Thomas Browne.

En el siglo XVIII, se producen nuevas aproximaciones científicas al fenómeno, por parte de investigadores sistemáticos como Henry Cavendish, Du Fay, van Musschenbroek y Watson.Sus observaciones empiezan a dar sus frutos con Galvani,Volta, Coulomby Franklin, y, ya a comienzos del siglo XIX, con Ampère,Faraday y Ohm. No obstante, el desarrollo de una teoría que unificara la electricidad con el magnetismo como dos manifestaciones de un mismo fenómeno llegó con la formulación de las ecuaciones de Maxwell en 1865.

Los desarrollos tecnológicos que produjeron la Primera Revolución Industrial no hicieron uso de la electricidad. Su primera aplicación práctica generalizada fue el telégrafo eléctrico de Samuel Morse (1833), que revolucionó las telecomunicaciones. La generación industrial de electricidad comenzó a fines del siglo XIX. cuando se extendió la iluminación eléctrica de las calles y las casas. La creciente sucesión de aplicaciones de esta forma de energía hizo de la electricidad una de las principales fuerzas motrices de la Segunda Revolución Industrial. Fue un tiempo de grandes inventores, como Gramme, Westinghouse, von Siemens o Alexander Graham Bell. Entre ellos destacaronNikola Tesla y Thomas Alva Edison, cuya revolucionaria manera de entender la relación entre investigación y mercado capitalista convirtió la innovación tecnológica en una actividad industrial.

CONCEPTOS

Carga eléctrica

Interacciones entre cargas de igual y distinta naturaleza.

La carga eléctrica es una propiedad de la materia que se manifiesta mediante fuerzas de atracción y repulsión. La carga se origina en elátomo, que está compuesto de partículas subatómicas cargadas como el electrón y el protón. La carga puede transferirse entre los cuerpos por contacto directo o al pasar por un material conductor, generalmente metálico. El término electricidad estática se refiere a la presencia de carga en un cuerpo, por lo general causado por dos materiales distintos que se frotan entre sí, transfiriéndose carga uno al otro.

La presencia de carga da lugar a la fuerza electromagnética: una carga ejerce una fuerza sobre las otras. Este efecto era conocido en la antigüedad, pero no comprendido. Una bola liviana, suspendida de un hilo, podía cargarse al contacto con una barra de vidrio cargada previamente por fricción con un tejido. Se encontró que si una bola similar se cargaba con la misma barra de vidrio, se repelían entre sí. A finales del siglo XVIII, Charles-Augustin de Coulomb investigó este fenómeno. Dedujo que la carga se manifiesta de dos formas opuestas. Este descubrimiento trajo el conocido axioma «objetos con la misma polaridad se repelen y con diferente polaridad se atraen».

La fuerza actúa en las partículas cargadas entre sí, y además la carga tiene tendencia a extenderse sobre una superficie conductora. La magnitud de la fuerza electromagnética, ya sea atractiva o repulsiva, se expresa por la ley de Coulomb, que relaciona la fuerza con el producto de las cargas y tiene una relación inversa al cuadrado de la distancia entre ellas. La fuerza electromagnética es muy fuerte, la segunda después de la interacción nuclear fuerte, con la diferencia que esa fuerza opera sobre todas las distancias.En comparación con la débil fuerza gravitacional, la fuerza electromagnética que aleja a dos electrones es 10 veces más grande que la atracción gravitatoria que los une.

Una carga puede expresarse como positiva o negativa. Las cargas de los electrones y de los protones tienen signos contrarios. Por convención, la carga que tiene electrones se asume negativa y la de los protones, positiva, una costumbre que empezó con el trabajo de Benjamin Franklin.La cantidad de carga se representa por el símbolo Q y se expresa en culombios. Todos los electrones tienen la misma carga, aproximadamente de -1.6022×10⁻¹⁹ culombios. El protón tiene una carga igual pero de signo opuesto +1.6022×10⁻¹⁹ coulombios. La carga no sólo está presente en la materia, sino también en la antimateria: cada antipartícula tiene una carga igual y opuesta a su correspondiente partícula.

La carga puede medirse de diferentes maneras. Un instrumento muy antiguo es el electroscopio, que aún se usa para demostraciones en las aulas, aunque ahora está superado por el electrómetro electrónico.

Corriente eléctrica

Un arco eléctrico permite una demostración de la energía de la corriente eléctrica.

Se conoce como corriente eléctrica al movimiento de cargas eléctricas. La corriente puede estar producida por cualquier partícula cargada eléctricamente y en movimiento. Lo más frecuente es que sean electrones, pero cualquier otra carga en movimiento se puede definir como corriente.Según el Sistema Internacional, la intensidad de una corriente eléctrica se mide en amperios, cuyo símbolo es A.

Históricamente, la corriente eléctrica se definió como un flujo de cargas positivas y se fijó como sentido convencional de circulación de la corriente el flujo de cargas desde el polo positivo al negativo. Más adelante se observó que, en los metales, los portadores de carga son electrones, con carga negativa, y que se desplazan en sentido contrario al convencional. Lo cierto es que, dependiendo de las condiciones, una corriente eléctrica puede consistir de un flujo de partículas cargadas en una dirección, o incluso simultáneamente en ambas direcciones. La convención positivo-negativo se usa normalmente para simplificar esta situación.

El proceso por el cual la corriente eléctrica circula por un material se llama conducción eléctrica. Su naturaleza varía, dependiendo de las partículas cargadas y el material por el cual están circulando. Ejemplos de corrientes eléctricas son la conducción metálica, donde los electrones recorren un conductor eléctrico, como el metal; y la electrólisis, donde los iones (átomos cargados) fluyen a través de líquidos. Mientras que las partículas pueden moverse muy despacio, algunas veces con una velocidad media de deriva de sólo fracciones de milímetro por segundo, el campo eléctrico que las controla se propaga cercano a la velocidad de la luz, permitiendo que las señales eléctricas se transmitan rápidamente por los cables.

La corriente produce muchos efectos visibles, que han hecho que su presencia se reconozca a lo largo de la historia. En 1800, Nicholson y Carlisle descubrieron que el agua podía descomponerse por la corriente de una pila voltaica, en un proceso que se conoce como electrólisis. En 1833, Michael Faraday amplió este trabajo. En 1840, James Prescott Joule descubrió que la corriente a través de una resistencia eléctrica aumenta la temperatura, fenómeno que en la actualidad se denomina Efecto Joule.

Campo eléctrico

Líneas de campo saliendo de una carga positiva hacia un conductor plano.

El concepto de campo eléctrico fue introducido por Michael Faraday. Un campo eléctrico se crea por un cuerpo cargado en el espacio que lo rodea, y produce una fuerza que ejerce sobre otras cargas ubicadas en el campo. Un campo eléctrico actúa entre dos cargas de modo muy parecido al campo gravitatorio que actúa sobre dos masas. Como él, se extiende hasta el infinito y su valor es inversamente proporcional al cuadrado de la distancia. Sin embargo, hay una diferencia importante: mientras la gravedad siempre actúa como atracción, el campo eléctrico puede producir atracción o repulsión. Si un cuerpo grande como un planeta no tiene carga neta, el campo eléctrico a una distancia determinada es cero. Por ello, la gravedad es la fuerza dominante en el universo, a pesar de ser mucho más débil.

Un campo eléctrico varía en el espacio, y su intensidad en cualquier punto se define como la fuerza (por unidad de carga) que percibiría una carga si estuviera ubicada en ese punto. La carga de prueba debe de ser insignificante, para evitar que su propio campo afecte el campo principal y también debe ser estacionaria para evitar el efecto de los campos magnéticos. Como el campo eléctrico se define en términos de fuerza, y una fuerza es un vector, entonces el campo eléctrico también es un vector, con magnitud y dirección. Específicamente, es un campo vectorial.

El motor eléctrico aprovecha un efecto importante del electromagnetismo: una corriente a través de un campo magnético experimenta una fuerza en el mismo ángulo del campo y la corriente.

Potencial eléctrico

El concepto de potencial eléctrico tiene mucha relación con el de campo eléctrico. Una carga pequeña ubicada en un campo eléctrico experimenta una fuerza, y para llevar esa carga a ese punto en contra de la fuerza necesita hacer un trabajo. El potencial eléctrico en cualquier punto se define como la energía requerida para mover una carga de ensayo ubicada en el infinito a ese punto. Por lo general se mide en voltios, donde un voltio es el potencial que necesita un julio de trabajo para atraer una carga de un culombio desde el infinito. Esta definición formal de potencial tiene pocas aplicaciones prácticas. Un concepto más útil es el de diferencia de potencial, que se define como la energía requerida para mover una carga entre dos puntos específicos. El campo eléctrico tiene la propiedad especial de ser conservativo, es decir que no importa la trayectoria realizada por la carga de prueba; todas las trayectorias entre dos puntos específicos consumen la misma energía, y además con un único valor de diferencia de potencial.

Electromagnetismo

Se denomina electromagnetismo a la teoría física que unifica los fenómenos eléctricos y magnéticos. Sus fundamentos son obra de Faraday, pero fueron formulados por primera vez de modo completo por Maxwell, mediante cuatro ecuaciones diferenciales vectoriales, conocidas como ecuaciones de Maxwell. Relacionan el campo eléctrico, el campo magnético y sus respectivas fuentes materiales: densidad de carga eléctrica, corriente eléctrica,desplazamiento eléctrico y corriente de desplazamiento.

A principios del siglo XIX, Ørsted encontró evidencia empírica de que los fenómenos magnéticos y eléctricos estaban relacionados. A partir de esa base, en 1861 Maxwellunificó los trabajos de Ampère, Sturgeon, Henry, Ohm y Faraday, en un conjunto de ecuaciones que describían ambos fenómenos como uno solo, el fenómeno electromagnético.

Se trata de una teoría de campos. Sus explicaciones y predicciones se basan en magnitudes físicas vectoriales, que dependen de la posición en el espacio y del tiempo. El electromagnetismo describe los fenómenos físicos macroscópicos en los que intervienen cargas eléctricas en reposo y en movimiento, usando para ello campos eléctricos y magnéticos y sus efectos sobre la materia.

Un circuito eléctrico básico. Lafuente de tensión V en la izquierda proporciona una corriente I al circuito, entregando energía eléctrica a laresistencia R. De la resistencia, la corriente regresa a la fuente, completando el circuito.

Circuitos eléctricos

Un circuito eléctrico es una interconexión de componentes eléctricos tales que la carga eléctrica fluye en un camino cerrado, por lo general para ejecutar alguna tarea útil.

Los componentes en un circuito eléctrico pueden ser muy variados, puede tener elementos como resistores, capacitores, interruptores,transformadores y electrónicos. Los circuitos electrónicos contienen componentes activos, normalmente semiconductores, exhibiendo un comportamiento no lineal, que requiere análisis complejos. Los componentes eléctricos más simples son los pasivos y lineales.

El comportamiento de los circuitos eléctricos que contienen solamente resistencias y fuentes electromotrices de corriente continua está gobernado por las Leyes de Kirchhoff. Para estudiarlo, el circuito se descompone en mallas eléctricas, estableciendo un sistema de ecuaciones lineales cuya resolución brinda los valores de los voltajes y corrientes que circulan entre sus diferentes partes.

La resolución de circuitos de corriente alterna requiere la ampliación del concepto de resistencia eléctrica, ahora ampliado por el deimpedancia para incluir los comportamientos de bobinas y condensadores. La resolución de estos circuitos puede hacerse con generalizaciones de las leyes de Kirchoff, pero requiere usualmente métodos matemáticos avanzados, como el de Transformada de Laplace, para describir los comportamientos transitorios y estacionarios de los mismos.

Propiedades eléctricas de los materiales

Configuración electrónica del átomo de cobre. Sus propiedades conductoras se deben a la facilidad de circulación que tiene su electrón más exterior (4s).

Origen microscópico

La posibilidad de transmitir corriente eléctrica en los materiales depende de la estructura e interacción de los átomos que los componen. Los átomos están constituidos por partículas cargadas positivamente (los protones), negativamente (los electrones) y neutras (los neutrones). La conducción eléctrica en los conductores, semiconductores, y aislantes, se debe a los electrones de la órbita exterior oportadores de carga, ya que tanto los electrones interiores como los protones de los núcleos atómicos no pueden desplazarse con facilidad. Los materiales conductores por excelencia son metales, como el cobre, que usualmente tienen un único electrón en la últimacapa electrónica. Estos electrones pueden pasar con facilidad a átomos contiguos, constituyendo los electrones libres responsables del flujo de corriente eléctrica.

En todos los materiales sometidos a campos eléctricos se modifican, en mayor o menor grado, las distribuciones espaciales relativas de las cargas negativas y positivas. Este fenómeno se denomina polarización eléctrica y es más notorio en los aislantes eléctricos debido a que gracias a este fenómeno se impide liberar cargas, y por lo tanto no conducen, característica principal de estos materiales.

Conductividad y resistividad

Conductor eléctrico de cobre.

La conductividad eléctrica es la propiedad de los materiales que cuantifica la facilidad con que las cargas pueden moverse cuando un material es sometido a un campo eléctrico.⁶⁶ La resistividad es una magnitud inversa a la conductividad, aludiendo al grado de dificultad que encuentran los electrones en sus desplazamientos, dando una idea de lo buen o mal conductor que es.⁶⁴ Un valor alto de resistividad indica que el material es mal conductor mientras que uno bajo indicará que es un buen conductor. Generalmente la resistividad de los metales aumenta con la temperatura, mientras que la de los semiconductores disminuye ante el aumento de la temperatura.

Los materiales se clasifican según su conductividad eléctrica o resistividad en conductores, dieléctricos, semiconductores ysuperconductores.

• Conductores eléctricos. Son los materiales que, puestos en contacto con un cuerpo cargado de electricidad, transmiten ésta a todos los puntos de su superficie. Los mejores conductores eléctricos son los metales y sus aleaciones. Existen otros materiales, no metálicos, que también poseen la propiedad de conducir la electricidad, como son el grafito, las soluciones salinas (por ejemplo, el agua de mar) y cualquier material en estado de plasma. Para el transporte de la energía eléctrica, así como para cualquier instalación de uso doméstico o industrial, el metal más empleado es el cobre en forma de cables de uno o varios hilos. Alternativamente se emplea el aluminio, metal que si bien tiene una conductividad eléctrica del orden del 60 % de la del cobre es, sin embargo, un material mucho menos denso, lo que favorece su empleo en líneas de transmisión de energía eléctrica en las redes de alta tensión. Para aplicaciones especiales se utiliza como conductor el oro.
• Dieléctricos. Son los materiales que no conducen la electricidad, por lo que pueden ser utilizados como aislantes. Algunos ejemplos de este tipo de materiales son vidrio,cerámica, plásticos, goma, mica, cera, papel, madera seca, porcelana, algunas grasas para uso industrial y electrónico y la baquelita. Aunque no existen materiales absolutamente aislantes o conductores, sino mejores o peores conductores, son materiales muy utilizados para evitar cortocircuitos (forrando con ellos los conductores eléctricos, para mantener alejadas del usuario determinadas partes de los sistemas eléctricos que, de tocarse accidentalmente cuando se encuentran en tensión, pueden producir una descarga) y para confeccionar aisladores (elementos utilizados en las redes de distribución eléctrica para fijar los conductores a sus soportes sin que haya contacto eléctrico). Algunos materiales, como el aire o el agua, son aislantes bajo ciertas condiciones pero no para otras. El aire, por ejemplo, es aislante a temperatura ambiente y seco pero, bajo condiciones de frecuencia de la señal y potencia relativamente bajas, puede convertirse en conductor.

EMPALMES 

Un empalme o enlace de cableado eléctrico es la unión de 2 o más cables de una instalación eléctrica o dentro de un aparato o equipo electrónico. Aunque por rapidez y seguridad hoy en día es más normal unir cables mediante fichas de empalme y similares, los electricistas realizan empalmes.

CIRCUITOS ELECTRICOS

 Un Circuito Eléctrico es un conjunto de elementos conectados entre si por los que puede circular una corriente eléctrica.

  La corriente eléctrica es un movimiento de electrones, por lo tanto cualquier circuito debe permitir el paso de los electrones por su elementos. Si quieres saber más sobre qué es, como se genera y los fundamentos de la corriente eléctrica.

   Solo habrá paso de electrones por el circuito si el circuito es un circuito cerrado. Los circuitos eléctricos son circuitos cerrados, aunque podemos abrir el circuito en algún momento para interrumpir el paso de la corriente, mediante un interruptor, pulsador u otro elemento del circuito.

  Los elementos que forman los circuitos electricos y los tipos de circuitos que hay.

   PARTES DE UN CIRCUITO ELÉCTRICO

   Los elemento básicos de un circuito eléctrico son:

   Generador: producen y mantienen la corriente eléctrica. Hay 2 tipos de corrientes corriente continua y alterna (pincha en el enlace subrayado si quieres saber más sobre c.c. y c.a.)

       Pilas y Baterías : son generadores de corriente continua (c.c.)

      

       Alternadores : son generadores de corriente alterna (c.a.)

   Conductores : es por donde se mueve la corriente eléctrica de un elemento a otro del circuito. Son de cobre o aluminio, materiales buenos conductores de la electricidad, o lo que es lo mismo que ofrecen muy poca resistencia a que pase la corriente por ellos.

   Receptores : son los elementos que transforman la energía eléctrica en otro tipo de energía, por ejemplo las bombillas transforma la energía eléctrica en luz, los radiadores en calor, los motores en movimiento, etc.

   Elementos de mando o control: permiten dirigir o cortar a voluntad el paso de la corriente eléctrica. Tenemos interruptores, pulsadores, conmutadores, etc.

   Elementos de protección : protegen los circuitos y a las personas cuando hay peligro o la corriente es muy elevada, con riesgo de quemar los elementos del circuito. Tenemos fusibles, magnetotérmicos, diferenciales, etc.

   Para simplificar el dibujo de los circuitos eléctricos se utilizan esquemas con símbolos. Los símbolos representan los elementos del circuito de forma simplificada y fácil de dibujar.

   Veamos los símbolos de los elementos más comunes que se usan en  los circuitos eléctricos. 

   TIPOS DE CIRCUITOS ELÉCTRICOS

   Dependiendo de como se conecten los receptores tenemos varios tipos de circuitos electricos diferente:

   Circuitos de 1 Receptor

   Son aquellos en los que solo se conecta al circuito un solo receptor, lámpara, motor, timbre, etc. Veamos un ejemplo de un circuito con una lámpara:



   Características Circuito Un Receptor

   El receptor quedará conectado a la misma tensión que el generador, por el receptor circulará una intensidad de corriente igual a la del circuito total y la única resistencia del circuito será la del receptor.

   It = I1; Vt = V1; Rt = R1

   
   Circuitos en Serie

   Los receptores se conectan una a continuación del otro, el final del primero con el principio del segundo y así sucesivamente. Veamos un ejemplo de dos lámparas en serie:

   Características Circuitos en Serie

   Este tipo d circuitos tiene la característica de que la intensidad que atraviesa todos los receptores es la misma, igual a la total del circuito. It= I1 = I2.

   La resistencia total del circuito es la suma de todas las resistencias de los receptores conectados en serie. Rt = R1 + R2.

   La tensión total es igual a la suma de las tensiones en cada uno de los receptores conectados en serie. Vt = V1 + V2.

   Podemos conectar 2, 3 o los receptores que queramos en serie.

   Si desconectamos un receptor, todos los demás receptores en serie con el, dejaran de funcionar (no puede pasar la corriente).

   Circuitos en Paralelo

   Son los circuitos en los que los receptores se conectan todas las entradas de los receptores unidas y todas las salidas también se unen por otro lado. Veamos el ejemplo de 2 lámparas en paralelo.

   Característica de los Circuitos en Paralelo

   Las tensiones de todos los receptores son iguales a la tensión total del circuito. Vt = V1 = V2.

   Las suma de cada intensidad que atraviesa cada receptor es la intensidad total del circuito. It = I1 + I2.

   La resistencia total del circuito se calcula aplicando la siguiente fórmula: 1/Rt = 1/R1 + 1/R2; si despejamos la Rt quedaría:

   Rt = 1/(1/R1+1/R2)

   Todos los receptores conectados en paralelo quedarán trabajando a la misma tensión que tenga el generador.

   Si quitamos un receptor del circuito los otros seguirán funcionando.

   

MULTIMETRO

Un multímetro, también denominado polímetro, o tester, es un instrumento eléctrico portátil para medir directamente magnitudes eléctricas activas, como corrientes y potenciales (tensiones), o pasivas, como resistencias, capacidades y otras.

Las medidas pueden realizarse para corriente continua o alterna y en varios márgenes de medida cada una. Los hay analógicos y posteriormente se han introducido los digitales cuya función es la misma, con alguna variante añadida.

Amperímetro

Esquema 2: amperímetro

Para que el polímetro trabaje como amperímetro (Esquema 2) es preciso conectar una resistencia ${\displaystyle {\overline {R_{S}}}}$ en paralelo con el instrumento de medida (vínculo). El valor de ${\displaystyle {\overline {R_{S}}}}$ depende del valor en amperios que se quiera alcanzar cuando la aguja alcance el fondo de escala. En el polímetro aparecerán tantas resistencias ${\displaystyle {\overline {R_{S}}}}$ conmutables como valores diferentes de fondos de escala se quieran tener. Por ejemplo, si se desean escalas de 10 miliamperios, 100 miliamperios y 1 amperio y de acuerdo con las características internas el instrumento de medida (vínculo), aparecerán tres resistencias ${\displaystyle {\overline {R_{S}}}}$ conmutables.
Si se desean medir corrientes elevadas con el polímetro como amperímetro, se suelen incorporar unas bornas de acceso independientes. Los circuitos internos estarán construidos con cable y componentes adecuados para soportar la corriente correspondiente.

Para hallar ${\displaystyle {\overline {R_{S}}}}$ sabemos que se cumple:

${\displaystyle I=I_{i}+{\overline {I_{s}}}}$

Donde I es la intensidad máxima que deseamos medir (fondo de escala), (${\displaystyle {\overline {I_{i}}}}$)es la intensidad que circula por el galvanómetro e ${\displaystyle {\overline {I_{s}}}}$ la corriente que pasa por la resistencia shunt (${\displaystyle {\overline {R_{S}}}}$).
A partir de la relación:

${\displaystyle I_{s}\,{\overline {R_{s}}}={\overline {I_{i}}}\,R_{i}}$

Que se deduce de la Ley de Ohm llegamos al valor que debe tener la resistencia shunt (${\displaystyle {\overline {R_{S}}}}$):

${\displaystyle {\overline {R_{s}}}={\frac {{\overline {I_{i}}}\,R_{i}}{I-{\overline {I_{i}}}}}}$

De esta ecuación se obtiene el valor de ${\displaystyle {\overline {R_{S}}}}$ que hace que por el galvanómetro pasen ${\displaystyle {\overline {I_{i}}}}$ mA cuando en el circuito exterior circulan I mA.

Voltímetro

Esquema 3: Voltímetro

Para que el polímetro trabaje como voltímetro (Esquema 3) es preciso conectar una resistencia ${\displaystyle {\overline {R_{v}}}}$ en serie con el instrumento de medida. El valor de ${\displaystyle {\overline {R_{v}}}}$ depende del valor en voltios que se quiera alcanzar cuando la aguja alcance el fondo de escala. En el polímetro aparecerán tantas resistencias ${\displaystyle {\overline {R_{v}}}}$ conmutables como valores diferentes de fondos de escala se quieran tener. Por ejemplo, en el caso de requerir 10 voltios, 20 voltios, 50 voltios y 200 voltios, existirán cuatro resistencias diferentes ${\displaystyle {\overline {R_{v}}}}$. Para conocer el valor de la resistencia que debemos conectar utilizamos la siguiente expresión:

${\displaystyle {\overline {R_{v}}}={\frac {V}{\overline {I_{i}}}}-R_{i}}$

Que se desprende directamente de esta:

${\displaystyle V={\overline {I_{i}}}\,(R_{i}+{\overline {R_{v}}})}$

Lo que llamamos ${\displaystyle {\overline {I_{i}}}}$ es la intensidad que hay que aplicar al polímetro para que la aguja llegue a fondo de escala.

Óhmetro

Esquema 4: óhmetro

El óhmetro permite medir la tolerancia en Ohmios de las resistencias. Una pila interna hace circular una corriente a través de la resistencia a medir, el instrumento y una resistencia adicional de ajuste.

Cuando los terminales de medida se ponen en cortocircuito circula la máxima corriente por el galvanómetro. Es el valor de corriente que se asocia a R = 0. Con la resistencia de ajuste se retoca esa corriente hasta que coincida con el fondo de escala y en la división que indica la corriente máxima se pone el valor de 0 ohmios. Cuando en los terminales se conecta la resistencia que se desea medir, se provoca una caída de tensión y la aguja se desplaza hacia valores inferiores de corriente, esto es, hacia la izquierda. La escala de resistencias crecerá, pues, de derecha a izquierda.

Debido a la relación inversa entre resistencia y corriente (R=V/I), la escala del óhmetro no es lineal, lo cual provocará mayor error de medida conforme nos acerquemos a corrientes pequeñas (grandes valores de la resistencia R a medir).

Montaje

A continuación presentamos el circuito eléctrico que hará las veces de óhmetro (Esquema 4):

Añadiremos una resistencia de protección ${\displaystyle R_{p}^{'}}$ a la resistencia variable ${\displaystyle {\overline {R_{p}}}}$.

Como elemento activo se incluye una pila que hace circular la corriente, cuyas magnitudes serán la fuerza electromotriz ε y la resistencia interna ${\displaystyle {\overline {r_{i}}}}$.

Lo primero que hay que hacer es cortocircuitar la resistencia a medir R, y ajustar la resistencia variable ${\displaystyle {\overline {R_{p}}}}$ para que la aguja llegue al fondo de la escala.

La intensidad que circulará por el circuito en este caso será ${\displaystyle {\overline {I_{i}}}}$ y se puede expresar:

${\displaystyle E=I_{i}\,(R_{i}+r_{i}+R_{p}+R'_{p})}$

Si ahora conectamos R (eliminamos el cortocircuito), la nueva intensidad quedará:

${\displaystyle E=I\,(R_{i}+r_{i}+R_{p}+R'_{p}+R)}$

y se verificará que:

${\displaystyle I<I_{i}\,}$

Si combinamos las dos ecuaciones anteriores, obtenemos:

${\displaystyle R={\frac {E}{I}}-{\frac {E}{I_{i}}}}$

PARTES DEL MULTIMETRO 

                DISPOSITIVOS PASIVOS                   

RESISTENCIA 
La resistencia es la oposición o dificultad al paso de la corriente eléctrica. Cuanto más se opone un elemento de un circuito a que pase por el la corriente, más resistencia tendrá.

CÓDIGO DE COLORES PARA RESISTENCIA

RESISTENCIAS FIJAS: son las que presentan un valor que no podemos modificar
RESISTENCIAS VARIABLES:son las que presentan un valor que nosotros podemos modificar modificando la posición de un contacto deslizante. A este tipo de resistencia se les llama Ponteciometro.
RESISTENCIAS ESPECIALES:                                                      son los que varían su valor en función de la estimulacion 
que reciben de un factor externo .

DISPOSITIVOS ACTIVOS

DIODOS

Es un componente electrónico de dos terminales que permite la circulación de la corriente eléctrica a través de él en un solo sentido.

DIODO SEMICONDUCTOR

El diodo semiconductor es el dispositivo semiconductor más sencillo y se puede encontrar, prácticamente en cualquier circuito electrónico. Los diodos se fabrican en versiones de silicio (la más utilizada) y de germanio.

POLARIDAD DIRECTA

Cuando la corriente circula en sentido directo, es decir del ánodo A al cátodo K, siguiendo la ruta de la flecha (la del diodo). En este caso la corriente atraviesa el diodo con mucha facilidad comportándose prácticamente como un corto circuito. El diodo conduce.

POLARIDAD INVERSA

Cuando una tensión negativa en bornes del diodo tiende a hacer pasar la corriente en sentido inverso, opuesto a la flecha (la flecha del diodo), o sea del cátodo al ánodo. En este caso la corriente no atraviesa el diodo, y se comporta prácticamente como un circuito abierto. El diodo está bloqueado. 

                                                           TIPOS DE DIODOS

Diodo de Silicio.- Suelen tener un tamaño milimétrico y, alineado, constituyen detectores multicanal que permiten obtener espectros en milisegundos. Son menos sensibles que los fotomultiplicadores. Es un semiconductor de tipo p (con huecos) en contacto con un semiconductor de tipo n (electrones). La radiación comunica la energía para liberar los electrones que se desplazan hacia los huecos, estableciendo una corriente eléctrica proporcional a la potencia radiante.

Diodo de Cristal.- es un tipo de diodo de contacto. El diodo cristal consiste de un cable de metal afilado presionado contra un cristal semiconductor, generalmente galena o de una parte de carbón. El cable forma el ánodo y el cristal forma el cátodo. Los diodos de cristal tienen una gran aplicación en los radio a galena. Los diodos de cristal están obsoletos, pero puede conseguirse todavía de algunos fabricantes.

Diodo de Germanio.- se fabrican de una manera similar a los diodos de silicio. Los diodos de germanio también utilizan una unión pn y se implantan con las mismas impurezas que los diodos de silicio. Sin embargo los diodos de germanio, tienen una tensión de polarización directa de 0,3 voltios.

Diodo emisor de Luz o LED.- Es un diodo formado por un semiconductor con huecos en su banda de energía, tal como arseniuro, los portadores de carga que cruzan la unión emiten fotones cuando se re combinan con los portadores mayoritarios en el otro lado.  

Diodo Varicap.- es un diodo que aprovecha determinadas técnicas constructivas para comportarse, ante variaciones de la tensión aplicada

TRANSISTORES 

Es un dispositivo electrónico semiconductor utilizado para entregar una señal de salida en respuesta a una señal de entrada. Cumple funciones de amplificador, oscilador, conmutador o rectificador.

FUNCIONAMIENTO

El transistor consta de un sustrato (usualmente silicio) y tres partes dopadas artificialmente (contaminadas con materiales específicos en cantidades específicas) que forman dos uniones bipolares: el emisor que emite portadores, el colector que los recibe o recolecta y la tercera, que está intercalada entre las dos primeras, modula el paso de dichos portadores (base). A diferencia de las válvulas, el transistor es un dispositivo controlado por corriente y del que se obtiene corriente amplificada. 

TIPOS DE TRANSISTORES

Transistor de contacto puntual

Llamado también "transistor de punta de contacto", fue el primer transistor capaz de obtener ganancia, inventado en 1947 por John Bardeen y Walter Brattain. Consta de una base de germanio, semiconductor para entonces mejor conocido que la combinacióncobre-óxido de cobre, sobre la que se apoyan, muy juntas, dos puntas metálicas que constituyen el emisor y el colector. La corriente de base es capaz de modular la resistencia que se «ve» en el colector, de ahí el nombre de transfer resistor. Se basa en efectos de superficie, poco conocidos en su día. Es difícil de fabricar (las puntas se ajustaban a mano), frágil (un golpe podía desplazar las puntas) y ruidoso. Sin embargo convivió con el transistor de unión debido a su mayor ancho de banda. En la actualidad ha desaparecido.

Transistor de unión bipolar

Diagrama de Transistor NPN

El transistor de unión bipolar (o BJT, por sus siglas del inglés bipolar junction transistor) se fabrica sobre un monocristal de materialsemiconductor como el germanio, el silicio o el arseniuro de galio, cuyas cualidades son intermedias entre las de un conductor eléctricoy las de un aislante. Sobre el sustrato de cristal se contaminan en forma muy controlada tres zonas sucesivas, N-P-N o P-N-P, dando lugar a dos uniones PN.

Las zonas N (en las que abundan portadores de carga Negativa) se obtienen contaminando el sustrato con átomos de elementosdonantes de electrones, como el arsénico o el fósforo; mientras que las zonas P (donde se generan portadores de carga Positiva o «huecos») se logran contaminando con átomos aceptadores de electrones, como el indio, el aluminio o el galio.

La tres zonas contaminadas, dan como resultado transistores PNP o NPN, donde la letra intermedia siempre corresponde a la región de la base, y las otras dos al emisor y al colector que, si bien son del mismo tipo y de signo contrario a la base, tienen diferente contaminación entre ellas (por lo general, el emisor está mucho más contaminado que el colector).

El mecanismo que representa el comportamiento semiconductor dependerá de dichas contaminaciones, de la geometría asociada y del tipo de tecnología de contaminación (difusión gaseosa, epitaxial, etc.) y del comportamiento cuántico de la unión.

Transistor de efecto de campo

El transistor de efecto de campo de unión (JFET), fue el primer transistor de efecto de campo en la práctica. Lo forma una barra de material semiconductor de silicio de tipo N o P. En los terminales de la barra se establece un contacto óhmico, tenemos así un transistor de efecto de campo tipo N de la forma más básica. Si se difunden dos regiones P en una barra de material N y se conectan externamente entre sí, se producirá una puerta. A uno de estos contactos le llamaremos surtidor y al otro drenador. Aplicando tensiónpositiva entre el drenador y el surtidor y conectando la puerta al surtidor, estableceremos una corriente, a la que llamaremos corriente de drenador con polarización cero. Con un potencial negativo de puerta al que llamamos tensión de estrangulamiento, cesa la conducción en el canal.

El transistor de efecto de campo, o FET por sus siglas en inglés, que controla la corriente en función de una tensión; tienen alta impedancia de entrada.

• Transistor de efecto de campo de unión, JFET, construido mediante una unión PN.
• Transistor de efecto de campo de compuerta aislada, IGFET, en el que la compuerta se aísla del canal mediante un dieléctrico.
• Transistor de efecto de campo MOS, MOSFET, donde MOS significa Metal-Óxido-Semiconductor, en este caso la compuerta es metálica y está separada del canal semiconductor por una capa de óxido.

Fototransistor

Los fototransistores son sensibles a la radiación electromagnética en frecuencias cercanas a la de la luz visible; debido a esto su flujo de corriente puede ser regulado por medio de la luz incidente. Un fototransistor es, en esencia, lo mismo que un transistor normal, sólo que puede trabajar de 2 maneras diferentes:

• Como un transistor normal con la corriente de base (IB) (modo común);
• Como fototransistor, cuando la luz que incide en este elemento hace las veces de corriente de base. (IP) (modo de iluminación)

CIRCUITO INTEGRADO

Un circuito integrado (CI), también conocido como chip, microchip, es una estructura de pequeñas dimensiones de material semiconductor, normalmente silicio, de algunos milímetros cuadrados de superficie (área), sobre la que se fabrican circuitos electrónicos generalmente mediante fotolitografía y que está protegida dentro de un encapsulado de plástico o de cerámica. El encapsulado posee conductores metálicos apropiados para hacer conexión entre el Circuito Integrado y un circuito impreso.

TIPOS DE CIRCUITOS INTEGRADOS

Existen al menos tres tipos de circuitos integrados:

• Circuitos monolíticos: Están fabricados en un solo monocristal, habitualmente de silicio, pero también existen en germanio, arseniuro de galio, silicio-germanio, etc.
• Circuitos híbridos de capa fina: Son muy similares a los circuitos monolíticos, pero, además, contienen componentes difíciles de fabricar con tecnología monolítica. Muchos conversores A/D y conversores D/A se fabricaron en tecnología híbrida hasta que los progresos en la tecnología permitieron fabricar resistencias precisas.
• Circuitos híbridos de capa gruesa: Se apartan bastante de los circuitos monolíticos. De hecho suelen contener circuitos monolíticos sin cápsula, transistores, diodos, etc, sobre un sustrato dieléctrico, interconectados con pistas conductoras. Las resistencias se depositan por serigrafía y se ajustan haciéndoles cortes con láser. Todo ello se encapsula, en cápsulas plásticas o metálicas, dependiendo de la disipación de energía calórica requerida. En muchos casos, la cápsula no está "moldeada", sino que simplemente se cubre el circuito con una resina epoxi para protegerlo. En el mercado se encuentran circuitos híbridos para aplicaciones en módulos de radio frecuencia(RF), fuentes de alimentación, circuitos de encendido para automóvil, etc.

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