Electrónica/Conceptos básicos/Resistencia, Condensador y Bobina

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Se dice que un cuerpo es conductor cuando puesto en contacto con un cuerpo cargado de electricidad transmite ésta a todos los puntos de su superficie. Elemento generalmente metálico, capaz de conducir la electricidad cuando es sometido a una diferencia de potencial eléctrico. Para que ello sea efectuado eficientemente, se requiere que posea una baja resistencia para evitar pérdidas desmedidas por Efecto Joule y caída de tensión.

El oro es el metal conocido que tiene la mejor conductividad eléctrica; en segundo lugar tenemos la plata. Debido a que estos metales son muy caros, los más utilizados en aplicaciones eléctricas y electrónicas son el cobre y el aluminio.

Antes de comenzar con la explicación cabe destacar la diferencia entre Componentes Activos y Componentes Pasivos, los Componentes Activos son aquellos que subministran la energía necesaria al circuito, es decir, son los encargados de excitar al circuito (las fuentes de corriente y de tensión son componentes activos), mientras que los pasivos son aquellos que necesitan dicha energía para su funcionamiento (las resistencias, los condensadores y las bobinas son componentes pasivos).

Resistencia[editar]

Símbolo de la resistencia

La resistencia eléctrica (R) es la oposición que ofrece un cuerpo al paso de la corriente. Es una propiedad de todos los componentes del circuito, y una magnitud esencial en electrónica, puesto que muchos componentes soportan poca corriente. Esta magnitud se mide en Ohmios (Ω), aunque en electrónica se usan más frecuentemente resistores del orden de kiloohmios (kΩ): 1 k\Omega = 1.000 \Omega. La resistencia de un componente se mide con el óhmetro o con el polímetro.

Los conductores son aquellos elementos que conducen la corriente eléctrica con relativa facilidad. Se utilizan para conectar diferentes componentes del circuito.El conductor más utilizado es el cobre. La unidad de conductividad es el siemens (S), que es el inverso de la unidad de resistencia eléctrica, el ohmio (Ω).

La mayoría de los metales son buenos conductores la resistencia eléctrica de estos viene dada por la siguiente fórmula:

 R = \rho (t) {l \over A} \;

en la que  \rho (t) \;  es la resistividad propia de cada material que varía con la temperatura.

Resistividad de algunos materiales
Material Resistividad a 20°C (Ω·m)
Plata 1.59 x 10-8
Cobre 1.70 x 10-8
Oro 2,44 x 10-8
Aluminio 2.82 x 10-8
Wolframio 5.52 x 10-8
Níquel 7,2 x 10-8
Hierro 9.98 x 10-8
Estaño 12 x 10-8
Acero inoxidable 71,1 x 10-8
Grafito 35.0 x 10-8

Las fórmulas para calcular la resistencia equivalente de un circuito son:

  • En serie: R_{eq} = R_{1} + R_{2} + R_{3}... \,
  • En paralelo: \frac {1} {R_{eq}} = \frac{1}{R_{1}} + \frac{1}{R_{2}} + \frac{1}{R_{3}}...

Así, mientras que la asociación de resistencias en serie conduce a una resistencia mayor, la asociación de resistencias en paralelo conduce a una resistencia equivalente que siempre es menor que la menor de las resistencias.

Comprobación: si tenemos una resistencia de 1 Ω y otra de 999 Ω, ¿cuál será la resistencia equivalente?

R_{eq} = \frac{1 \cdot 999}{1 + 999} = \frac{999}{1000} = 0,999 \Omega

Ley de Ohm[editar]

La ley de Ohm, establece que la intensidad de la corriente eléctrica que circula por un dispositivo es directamente proporcional a la diferencia de potencial aplicada e inversamente proporcional a la resistencia del mismo, según expresa la fórmula siguiente:

 I=\frac{V}{R}

En donde, empleando unidades del Sistema internacional:

Figura 1. Recta V-I

I = Intensidad en amperios (A)
V = Diferencia de potencial en voltios (V)
R = Resistencia en ohmios (Se representa con la letra griega Ω-omega-).

En la figura 1 se representa la tensión (V) frente a la intensidad (I) utilizando la expresión V = I · R (Ley de Ohm) siendo la resistencia (R) constante, se observa que la tensión es directamente proporcional al valor de la intensidad, y que la pendiente de la recta viene dada por el valor de la resistencia.




En hidráulica se verifica una ley similar a la Ley de Ohm, que puede facilitar su comprensión. Si tenemos un fluido dentro de un tubo, la diferencia de presiones entre sus extremos equivale a la diferencia de potencial o tensión, el caudal a través del conducto, equivale a la intensidad de la corriente eléctrica y la suma de obstáculos que impiden la corriente del fluido, equivale a la resistencia eléctrica.

Aquellos dispositivos cuya resistencia eléctrica solo depende de la naturaleza del propio material y de la temperatura, con independencia de la tensión o tipo de corriente eléctrica aplicadas (continua o alterna), se denominan óhmicos o ideales.

Si la corriente no es continua, sino alterna la ley de Ohm se formula:

V={I}\cdot{Z}


siendo V la tensión, I la intensidad y Z la impedancia, todas ellas magnitudes complejas.

Un elemento resistivo es aquel cuya potencia disipada es mayor que cero, es decir, que la característica V-I esta definida entre el primer y tercer cuadrante. Una resistencia ideal es un elemento resistivo cuya característica V-I es una recta, es decir la característica V-I es lineal.


La característica V-I de una resistencia ideal corresponde a la siguiente fórmula:

I = G \cdot V

donde G es una constante: la coductancia que indica la facilidad de paso de la corriente por la resistencia, su unidad es el siemens (\Omega^{-1}). Se define R = 1 / G </math> como la resistencia al paso de corriente, por lo que la fórmula anterior pasa a ser:

V = I \cdot R

que es una forma más conocida de la [w:es:Ley de Ohm | Ley de Ohm]

Las unidades de R son ohmios (Ω), en donde 1Ω = 1A / 1V

En las fórmulas anteriores suponemos por convenio que la corriente entra por el polo positivo

A partir de la Ley de Ohm podemos definir la poténcia que se disipa en una resistencia será:

P_R = i \cdot v = i^2 \cdot R = \frac {v^2}{R}

y la potencia media:

\bar{P_R} = \frac{1}{T} \int_{0}^{T} p(t)\, dt = \frac{1}{T} \int_{0}^{T} \frac {(v(t))^2}{R}\, dt = \frac{1}{R} \frac{1}{T} \int_{0}^{T} (v(t))^2\, dt = \frac{v_{ef}^2}{R}

Resistencias reales[editar]

Las resistencias de un circuito no son ideales, sin embargo se suele usar esa aproximación para simplificar los cálculos, sin embargo se tienen que tener en cuenta otros parámetros para poder realizar esa simplificación:

  • Valor de la resistencia: Es el valor teórico de la resistencia.
  • Tolerancia: Desviación máxima sobre el valor teórico, se suele dar en %.
  • Poténcia: Poténcia máxima que puede dispar la resistencia sin dañarse.
  • V máx: Tensión máxima que soporta la resistencia sin dañarse. A veces este parámetro se da en tensión de pico y tensión media que soporta.
  • Coeficiente de Temperatura: Desviación del valor real de la resistencia con la temperatura, se suele dar en % o en ppm (partes por millón).
  • Temperatura máxima de la superficie: Temperatura máxima que puede soportar la resistencia (en la superficie) sin dañarse (a la temperatura ambiente se le debe sumar el incremento de la temperatura debido a la disipación de potencia de la resistencia).

Archivo:Tabla de Parametros de Resistencias.PNG

Condensador[editar]

Esquema de un condensador de placas paralelas

El condensador (C) es un componente capaz de almacenar una carga eléctrica (o energía) mediante un proceso de carga del condensador, este componente esta formado por dos láminas conductoras paralelas entre sí, con una superficie A, separadas por un material aislante o dieléctrico a una distancia d entre ambas placas.

La magnitud que caracteriza al condensador es la capacitancia (C):

C=\frac{Q}{\triangle V}

su unidad son los Faradios (F). Siendo Q la carga eléctrica almacenada y \triangle V la diferencia de potencial a la que está sometido.

Otra forma expresión para obtener la capacitancia del condensador (de placas paralelas):

C=A \frac{\varepsilon}{d}

siendo A el área de las placas, \varepsilon la permitividad eléctrica del medio dieléctrico o aislante entre las placas y d la distancia entre estas.



Terminales de un consenador

A partir de las ecuaciones ya conocidas:

i(t)= C \frac{dq}{dt} (1)

Q = C \triangle V

Sustítuimos Q en la ecuación (1) y obtenemos:

i(t)=C \frac{dv_{AB}(t)}{dt}


Esta ecuación tiene gran importancia a la hora del análisis de circuitos puesto que da el valor de la intensidad i(t) que atraviesa el condensador y que está sometido a una diferencia de potencial v_{AB}(t). Una observación de gran importancia es que tanto el término de la intensidad como el de la tensión están expresados como funciones que dependen del tiempo, por lo tanto, si la tensión fuera una función constante e invariable en el tiempo la derivada de ésta respecto del tiempo sería cero y por lo tanto de aquí se deduce que en corriente continua el condensador se comporta como circuito abierto.

Por otro lado, si despejamos el término v_{AB}(t) en la expresión resolviendo la ecuación diferencial, queda de la forma:

v_{AB}(t)=v_{AB}(t_0)+\frac{1}{C} \int\limits_{t_0}^{t}i(t)dt


Nótese la aparición de integrales y derivadas de variables en estas dos últimas expresiones, este es el fundamento del Circuito Integrador y del Circuito Derivador que se estudiarán más adelante junto al Amplificador Operacional. Otras aplicaciones en las que el condensador juega un papel fundamental es en los transformadores de corriente alterna a corriente continua, estos están basados en la propiedad de almacenaje de carga, o más informalmente se podría decir que el condensador hace que la diferencia de tensión entre sus terminales sea una función continua y que varía sin cambios bruscos, y de estas manera como se estudiará más adelante consigue crear una señal casi invariable en el tiempo.

Bobina[editar]

Una bobina (o también conocido como inductor) consiste en un conductor enrollado en torno a un núcleo común, la bobina tiene la capacidad de almacenar energía en forma de campo magnético.