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GRANDES CIENTÍFICOS

Esta es una primera entrega para conocer 24 de los científicos más destacados en el mundo, donde incluimos los siguientes:

  • Ada Lovelace.
  • Albert Einstein.
  • Aristóteles.
  • Benjamín Franklin.
  • Demócrito de Abdera.
  • Ernest Rutherford​.
  • Fritz Haber.
  • Galileo Galilei.
  • Gerty Cori.
  • Hipatia de Alejandría.
  • Isaac Newton.
  • James Clerk Maxwell.
  • Johannes Kepler.
  • Joseph John Thomson.
  • katherine johnson.
  • Louis Pasteur.
  • Marie Curie.
  • Nicolás Copernico.
  • Niels Bohr.
  • Nikola Tesla.
  • Pierre Curie.
  • Sophie Germain.
  • Stephen Hawking.
  • Thomas Edison.

 

 

Al conocer sus historias nos vamos a dar cuenta que sus historias se entrelazan entre sí y sus aportaciones son complementarias para otros de los científicos aquí incluidos.

James Clerk Maxwell se encargó de construir el Cavendish Laboratory del cual fue su primer director, el cual dio al mundo el descubrimiento del electrón por Thomson, la desintegración nuclear de Rutherford, el descubrimiento del neutrón por Chadwick y tantos otros triunfos del método experimental. Albert Einstein describió su trabajo como “el más profundo y provechoso que la física ha experimentado desde los tiempos de Newton”.

Marie Curie y Albert Einstein se conocieron en 1909 cuando asistieron a un evento en la Universidad de Ginebra, años después del fallecimiento de su esposo Pierre, pero su amistad nació en 1911 en la Conferencia Solvay que fue evocada por Marie, ese mismo año Einstein le pidió una carta de recomendación para asegurarse como profesor de física teórica en la Escuela Politécnica de Zúrich (Albert tenía 32 años y Marie 44 años). Ambos tenían un amigo en común: el físico holandés Hendrik Lorentz, quien ganó el Nobel de Física en 1902, un año antes que ganen el Nobel los esposos Curie.

En 1914, Fritz Haber fue el principal patrocinador de Albert Einstein para un puesto como profesor en la Universidad de Berlín. Al estallar la Primera Guerra Mundial, tomaron opiniones contradictorias, porque Haber era soldado y nacionalista, mientras que Einstein, era internacionalista y pacifista.

Los debates Bohr-Einstein fueron una serie de disputas públicas sobre la mecánica cuántica entre Albert Einstein y Niels Bohr, uno de ellos se desarrolló en Solvay en 1927. Bohr sostenía con Einstein un debate respecto a la validez o invalidez de las leyes de la relatividad en el mundo subatómico de la física cuántica.

Ernest Rutherford se trasladó a la Universidad de Cambridge (1895) para trabajar como ayudante de Joseph John Thomson, quien descubrió el electrón en 1987. En 1919, Rutherford descubrió el protón y en 1920 predijo la existencia del neutrón que fue descubierto y documentado por su alumno James Chadwick. Ernest Rutherford también planteó un modelo atómico que fue perfeccionado por Niels Bohr quien también fue su alumno. El modelo publicado por Bohr en 1913, estuvo basado en las teorías de Rutherford, con ideas que habían surgido unos años antes con las investigaciones de Max Planck y Albert Einstein, introduciendo la teoría de las órbitas cuantificadas, donde explicó que los electrones pueden tener órbitas estables alrededor del núcleo y por qué los átomos presentaban espectros de emisión característicos (dos problemas que eran ignorados en el modelo previo de Rutherford).

La llamada "guerra de las corrientes" fue un capítulo en la historia que enfrentó a Nikola Tesla y Thomas Alva Edison, el primero trabajó en las empresas de Edison. Fue una competencia para determinar qué sistema se convertiría en la tecnología dominante, la corriente alterna propuesta de Tesla o la corriente continua propuesta por Edison. Llego a su fin en la Feria Mundial de Chicago de 1893, cuando la iluminación de dicho evento le fue adjudicado a Westinghouse con las patentes de Tesla, por sobre la propuesta de General Electric con las patentes de Edison, la cual tenía un costo casi el doble de la propuesta ganadora.

A continuación, veremos un resumen de las historias de estos 24 científicos en los siguientes videos.

El primer video muestra la historia de Isaac Newton, quien es considerado uno de los grandes genios de la ciencia. Fue un físico, filósofo, teólogo, inventor, alquimista y matemático inglés. Sus padres fueron Isaac Newton que murió antes de su nacimiento y Hannah Ayscough, dos campesinos puritanos. Es muy conocido por su teorema del binomio (binomio de Newton) y por sus tres leyes que son la base de la física clásica.

 

 

Uno de los más grandes científicos de la humanidad fue Albert Einstein, nació el 14 de marzo de 1879, en Ulm, Alemania. Durante su infancia fue tímido y retraído, se desempeñó como un mal estudiante debido a sus dificultades para hablar y lentitud en el aprendizaje; sin embargo, era una persona muy inteligente, ingresó al Instituto Federal de Tecnología de Zurich donde se graduó.

 

 

Galielo Galilei  es considerado como uno de los más grandes astrónomos del mundo, adquirió fama por sus descubrimientos astronómicos, ya que en el siglo XVII se creía que el Sol, la Luna, los planetas y las estrellas giraban alrededor de la Tierra, él contempló el cielo por primera vez con un telescopio muy sencillo en 1609, recién inventado, con el cual ratificó que Copérnico tenía razón con su teoría sobre el Sistema Solar en el cual afirmaba que “el centro del Universo era el Sol y la Tierra y los demás planetas giraban a su alrededor”. En el siguiente video tenemos su historia y conoceremos porqué se lo conoce como el fundador de la física moderna y sus métodos de investigación.

 

 

Luis Pasteur  fue uno de los más grandes químicos y bacteriólogos, nació en Dôle (Francia), el 7 de diciembre de 1822. Se formó en el Liceo de Besançon y en la Escuela Normal Superior de París, en la que había ingresado en 1843, de la cual llegó a ser Director de estudios en 1857 y fue en esa época en la que realizó sus trabajos más importantes de química y cristalografía.

 

 

Thomas Alva Edison fue uno de los más grandes científicos de la historia y cuya vida es un ejemplo para las futuras generaciones. Desarrolló más de 1.000 patentes (1.093) dando trabajo a cerca de 5.000 empleados, por lo que es considerado uno de los más importantes inventores del siglo XX.

 

 

Niels Bohr publicó su modelo atómico, basándose en las teorías de Rutherford, con ideas que habían surgido unos años antes con las investigaciones de Max Planck y Albert Einstein, introduciendo la teoría de las órbitas cuantificadas, dejando varias obras como Teoría de los espectros y constitución atómica (1922), Luz y vida (1933), Teoría atómica y descripción de la naturaleza (1934), El mecanismo de la fisión nuclear (1939) y Física atómica y conocimiento humano (1958).

 

 

MUJERES DE LA CIENCIA

La mujer debido al machismo de la época tenía muy pocas oportunidades de estudiar y aportar a la ciencia. Sin embargo, hubo mujeres que contra todos los obstáculos realizaron aportaciones científicas muy importantes.

 

 

Hipatia de Alejandría: Fue la primera matemática de la historia y una de las primeras mujeres científicas. Profesora de filosofía y astronomía. En el campo de la astronomía se interesó por los instrumentos prácticos que se usaban en las investigaciones astronómicas, y elaboró tablas de los movimientos de los cuerpos celestes.

Sophie Germain: Fue una científica autodidacta que estudio por su cuenta matemáticas y física, contribuyendo a la teoría de números y la teoría de la elasticidad. Debido al machismo de la época tuvo que firmar sus trabajos como hombre (Sr. Le Blanc).

Gerty Cori: La mujer que descubrió el ciclo del glucógeno, la circulación de glucosa y lactato entre el músculo y el hígado. Primera mujer en ganar el Premio Nobel en Fisiología y Medicina, siendo la tercera en conseguir un Nobel en ciencias, después de Marie Curie e Irene Joliot-Curie (hija de Marie Curie). Su trabajo contribuyó a alumbrar un nuevo concepto en la investigación biomédica, las enfermedades genéticas del metabolismo.

Ada Lovelace: Fue escritora, matemática y la primera programadora en la historia. Predijo que las máquinas no sólo servirían para calcular, sino que podrían llegar a producir gráficos, música y asistir en la labor científica. El segundo martes del mes de octubre durante cada año se celebra el Día Internacional ADA LOVELACE para promover el papel de la mujer en la ciencia. El Departamento de Defensa de los Estados unidos creó el lenguaje de programación ADA en su honor en 1980, empleado en la aeronáutica y gestión del tráfico aéreo. La Asociación de Mujeres en Informática en 1981 inauguró su premio ADA LOVELACE y desde 1998, la British Computer Society otorga la medalla Lovelace, el premio más prestigioso en computación en el Reino unido.

Katherine Johnson: La matemática de la NASA, bautizada como la calculadora humana porque le tocó calcular trayectorias de vuelo a mano para el programa espacial de los Estados Unidos.

Marie Curie: Fue la primera mujer en ganar un Premio Nobel, cuando junto a su esposo Pierre Curie ganó el Premio Nobel de Física en 1904, pero luego ganó otro en solitario en Química en 1911. Sin duda es la mayor científica de todos los tiempos, ya que nadie ha logrado ganar dos premios Nobel en menos de 10 años. Su hija Irene también ganó un Premio Nobel en Química en 1935.

 

DEL MODELO DEL UNIVERSO AL MODELO ATÓMICO

Los científicos se preocuparon por estudiar el mundo macro, para luego investigar al mundo micro, encontrando muchas similitudes entre ambos mundos. A continuación, algunos de ellos, desde Aristóteles hasta Rutherford:

 

 

Aristóteles es considerado el padre de la Lógica, sus trabajos fueron considerados como las del primer científico observacional, escribió sobre biología, ética, lógica, física, retórica, política y una infinidad de temas que agrupados forman el primer compendio sistemático de la Filosofía Occidental. Aristóteles también es considerado como el primer científico genuino de la historia.

Nicolás Copérnico es considerado como el padre de la astronomía moderna, fue el primero en demostrar que la Tierra no era el centro del Universo, sino un planeta que gira alrededor del Sol. Contradijo la teoría de Claudio Tolomeo que establecía un cosmos geocéntrico con la Luna, el Sol y los planetas fijos en esferas girando alrededor de la Tierra, que llevaba 14 siglos.

Johannes Kepler, el hombre que midió el Universo. En 1627 Kepler publicó las Tablas Rudolfinas que durante más de un siglo se utilizaron para calcular las posiciones de los cuerpos celestes, 60 años después Isaac Newton se basaría en dicha tablas para formular su Ley de Gravitación Universal publicada en 1687.

Joseph John Thomson descubrió el electrón en 1897, utilizando el tubo de rayos catódicos en el cual analizó la curvatura del rayo dependiendo de la polaridad de las placas que utilizaba para generar el campo eléctrico.

Ernest Rutherford es considerado el padre de la física atómica, planteó un nuevo modelo atómico perfeccionado luego por Niels Bohr y descubrió el protón en 1919. En 1920 predijo la existencia del neutrón que fue descubierto y documentado por su alumno James Chadwick.

 

OTROS CIENTÍFICOS IMPORTANTES

La ciencia evoluciona y se complementa con el estudio de varios científicos que realizan sus aportaciones que ayuda al trabajo de otros, siendo claves los científicos a continuación:

Demócrito de Abdera fue un filósofo griego presocrático y matemático que nació alrededor de 460 a.C. en Abderea, Grecia. Dēmokritos cuyo nombre significa “escogido del pueblo”, se lo conoció también por el sobrenombre de Milesio o Abderita, o como “el filósofo que se ríe”, porque reía muy a menudo irónicamente ante la marcha del mundo. Es más conocido por su Teoría Atómica pero también fue un excelente geómetra, ciencia que enseñaba a sus discípulos.

 

 

James Clerk Maxwell fue uno de los más grandes científicos de todos los tiempos, de quien en 1931, al conmemorarse el centenario del nacimiento de Maxwell, otro gran científico, Albert Einstein describió su trabajo como “el más profundo y provechoso que la física ha experimentado desde los tiempos de Newton”. En el siguiente video podremos conocer la historia de Maxwell.

 

 

Fritz Haber inventó el proceso químico para producir el primer fertilizante sintético, el cual cuadriplicó la productividad de los cultivos y recibió el Premio Nobel en 1918 por esta causa. Sin embargo, se convirtió en un criminal de guerra al producir poderosas armas químicas, durante la Primera Guerra Mundial y no fue contra su voluntad, participó con gusto en dicho proceso. Se convirtió en héroe y villano de la ciencia, su pensamiento quedó grabado en la siguiente de sus frases: "En tiempo de paz los científicos le pertenecen al Mundo, pero en tiempo de guerra la pertenecen a su país".

Nikola Tesla fue un inventor con alrededor de 300 patentes, famoso por su victoria en la llamada "guerra de las corrientes" donde se enfrentaron la General Electric con patentes de Thomas Edison y Westinghouse con patentes de Tesla, lo que constituyó en el triunfo de la corriente alterna sobre la continua. Además, experimentó con la transmisión inalámbrica de electricidad, entre sus patentes está el primer dispositivo eléctrico de control remoto, con el que manejó sin cables un pequeño barco, ante el asombro del público (se lo considera el precursor de los mandos a distancia).

Stephen Hawking nos ha demostrado que la discapacidad no es impedimento para realizar aportes a la sociedad y pese a su enfermedad se ha convertido en uno de los más grandes científicos del siglo pasado. El 12 de agosto del 2009 fue condecorado con la Medalla de la Libertad (Medal of Freedom), posee además doce Doctorados Honoris Causa y ha sido galardonado con la Orden del Imperio Británico (grado BCE) en 1982, con el Premio Príncipe de Asturias de la Concordia en 1989 y con la Medalla Copley en 2006. En el siguiente video tenemos su historia.

 

 

LA PAREJA DE LA CIENCIA

Marie Skłodowska conoció a Pierre Curie un profesor de Física con quien se casó y se dedicó junto a él al estudio del entonces novedoso campo de la radiactividad natural, realizando grandes aportes como ninguna pareja de científicos en la historia. Los esposos Curie recibieron el Premio Nobel de Física en 1903, luego Marie Curie recibió el Premio Nobel de Química en el año 1911 y su hija Irene ganó el Premio Nobel de Química en 1935. Es la pareja de la ciencia con mayores aportes y premios Nobel conseguidos en la historia.

 

 


 

COMPONENTES ELECTRÓNICOS

Esta parte permitirá al lector empezar a conocer sobre los componentes electrónicos y adentrarse el fascinante mundo de la electrónica. Cuando se abre un equipo electrónico se encuentran varios elementos soldados a una placa, estos son los componentes electrónicos y encontramos varios, afortunadamente estos se repiten y existen pocos tipos de ellos clasificados de acuerdo a la tarea que realizan, su función en el circuito depende de su tipo.

Definiendo términos, un circuito electrónico es el conjunto de componentes conectados entre sí para realizar una tarea específica, el conjunto de circuitos electrónicos forman lo que se conoce como un sistema o equipo electrónico y los componentes electrónicos son aquellos que cumplen una función dentro del circuito. Los componentes electrónicos se los clasifica de la siguiente manera:

  • Resistencias o resistores.
  • Condensadores o capacitores.
  • Diodos o rectificadores.
  • Bobinas
  • Transformadores.
  • Transistores.
  • Circuitos integrados.
  • Micrófonos
  • Parlantes.
  • Suiches o interruptores.

 

RESISTENCIAS

Son aquellas que permiten controlar o limitar el paso de la corriente eléctrica dentro de un circuito y distribuir el voltaje adecuado en cada punto del mismo. Existen dos tipos: las fijas y las variables. Las fijas pueden ser de grafito, de película metálica o de alambre y las variables tienen una perilla o tornillo para cambiar su valor.

 

Resistencias

 

CAPACITORES

Su función principal es la de almacenar energía temporalmente, para devolverla luego al circuito, están construidos por dos láminas metálicas separadas por un material aislante o dieléctrico. Pueden ser fijos o variables; los fijos pueden ser polarizados o no polarizados; los variables tienen una perilla o tornillo para cambiar su valor. Los condensadores no polarizados tienen dos terminales que pueden ser de poliéster, de mica, de cerámica o de papel, su conexión en el circuito se lo puede realizar de las dos maneras posibles; en cambio, los polarizados también conocidos como electrolíticos, solo se deben conectar de una sola manera, dependiendo de la polaridad de sus terminales, de no hacerlo correctamente estos explotan violentamente debido a la ruptura del dieléctrico.

 

Capacitores

 

DIODOS

Son fabricados con semiconductores y poseen dos terminales uno positivo llamado ánodo y uno negativo llamado cátodo, con dos de ellos se fabrican los transistores. Su función principal es la de permitir el paso de la corriente eléctrica en un solo sentido, son muy empleados en procesos de rectificación, que sirve para convertir una corriente alterna en corriente continua. Existen varios tipos, los más importantes son: el emisor de luz o LED, el fotodiodo, el detector, el zener y el rectificador controlado de silicio o SCR. Es frecuente encontrar 4 diodos en un solo empaque a los que se denomina puentes rectificadores y se los utiliza en los procesos de rectificación, para no tener que conectar los cuatro diodos individualmente. También con siete diodos se fabrican los display’s de 7 segmentos que se emplean para mostrar resultados en un sistema digital.

 

TRANSISTORES

Fueron el reemplazo de los tubos de vacío, lo inventaron tres científicos de los Laboratorios Bell en el año de 1947, estos fueron John Bardeen, William Shockley y Walter Brattain, que ganaron el Premio Nobel, ya que su invento marcó el inicio de la revolución que la electrónica ha tenido hasta nuestros tiempos. El transistor es pequeño, liviano y resistente a los choques, es muy utilizado en procesos de amplificación, puede operar como modulador, oscilador, mezclador y suiche electrónico, pudiendo hacerlo a altas temperaturas. Existen dos grandes grupos de transistores: Los bipolares que son controlados por corriente y los FET (Field Effect Transistor, Transistores de efecto de campo) que son controlados por voltaje, ambos poseen tres terminales pero con nombres diferentes en cada caso.

 

Semiconductores

 

CIRCUITOS INTEGRADOS

Un circuito integrado agrupa en un solo encapsulado varios elementos, principalmente resistencias, diodos y transistores formando un circuito de aplicación específica, gracias a estos se ha logrado la miniaturización de los equipos electrónicos, naciendo con esto la microelectrónica. La función de un circuito integrado no tiene límite, ya que existen varios y esta más bien depende de los circuitos que se integran en ellos. En el mercado se encuentran circuitos integrados de amplificadores de audio, reguladores de voltaje, controladores de temperatura, osciladores, memorias, CPU (Unidad Central de Procesamiento) de una computadora, encapsulada en lo que se conoce como microprocesador y los microcontroladores que son la base principal de la robótica y la automatización industrial.

 

BOBINAS

Las bobinas también conocidas como inductores, por su función de inducir corrientes o voltajes en un circuito, están formadas por dos partes principales: un núcleo que puede ser de hierro, ferrita o aire y un arrollamiento de alambre de cobre. Existen dos tipos de bobinas: fijas y variables, éstas últimas poseen un núcleo ajustable que permite que éste se acerque o aleje del arrollamiento de alambre y varíe su valor de inductancia.

 

Bobinas

 

TRANSFORMADORES

Los transformadores tienen como función principal el acoplamiento de señales, con estos se puede aumentar o disminuir los niveles de voltaje o corriente en una o varias etapas. Están formados por dos o más bobinas y un núcleo, a la de la entrada se la denomina bobina primaria, en la salida puede haber una o más bobinas secundarias. Se encuentran diferentes tipos de transformadores dependiendo de su construcción, tipo de núcleo y aplicación.

 

Transformadores

 

MICRÓFONO Y PARLANTE

Los micrófonos y parlantes son elementos transductores, éstos convierten un tipo de energía en otro, en el caso de los micrófonos convierten energía sonora en eléctrica y se utilizan como entrada de amplificadores de audio, mientras que los parlantes convierten energía eléctrica en sonora y se utilizan a la salida de amplificadores de audio. Es decir, los parlantes y los micrófonos realizan operaciones contrarias.

 

Micrófono y Parlante

 

Los micrófonos pueden ser: de carbón, dinámicos o magnéticos, de condensador y de cristal, mientras que los parlantes principalmente pueden ser de tipo magnético o de cristal, según la frecuencia o tonos que manejan se los agrupa como: parlantes para bajos, parlantes para medios y parlantes para altos o tweeters.

 

SUICHE O INTERRUPTOR

Su función principal es la de permitir o interrumpir el paso de la corriente eléctrica, conectando o desconectando determinados circuitos en un equipo electrónico, el más común es el de encendido y apagado. Existen varios tipos: pulsadores, rotatorios, de palanca, de codillo, de mercurio, de imán, deslizantes y electromagnéticos o relés. Pueden ser de una, dos, tres o más posiciones; hay suiches separados eléctricamente pero accionados simultáneamente por un mismo eje, llamándose polo a cada suiche.

 

Interruptores

 

Fuente:

Manual Varitek # 1, 2013, Alex Xavier Arellano Silva, Erick Wilfred Arelllano Silva y Holger Manuel Naranjo Pérez.

 

 

 

LA MATERIA

La materia es todo lo que ocupa un lugar en el espacio y es capaz de adquirir formas muy diversas. El agua, el aire, las cosas, los seres vivos y todo lo que observamos en la naturaleza es materia.

Composición de la materia

Está compuesta por partículas invisibles que se llaman moléculas y que se dividen en otras más pequeñas llamadas átomos.

Aunque la palabra átomo significa “indivisible”, está fue utilizada porque se creía que era la mínima parte en la que se podía dividir la materia. Actualmente los científicos han descubierto que el átomo se divide en: electrones, protones y neutrones. Los electrones tienen carga negativa y giran en órbitas elípticas alrededor del núcleo, en donde se encuentran los protones que tienen carga positiva y los neutrones que no tienen carga eléctrica.

 

atomo

LA ELECTRICIDAD

Recordemos un poco la teoría atómica, los materiales de acuerdo con su comportamiento con la electricidad se clasifican en: conductores, semiconductores y aislantes. Los materiales están formados por elementos y estos a su vez por átomos, los que a su vez se subdividen en protones, neutrones y electrones, siendo éstos últimos los únicos que se pueden intercambiar y dar origen a lo que se conoce como corriente eléctrica, que no es otra cosa que el flujo de electrones que circulan a través de un conductor. Además, que la ley de las cargas establece que “las cargas iguales se repelen, mientras que las cargas diferentes se atraen”.

ELECTRICIDAD

La electricidad es un tipo de energía causada por los electrones.

CLASES DE ELECTRICIDAD

La electricidad se divide en:

Electricidad Estática: es producida cuando un cuerpo adquiere una carga eléctrica, que puede ser positiva si pierde electrones o negativa si gana electrones, con ella adquiere la propiedad de producir electricidad por un instante de tiempo con otro cuerpo. Ejemplo: Al tocar cosas hay situaciones en que se produce una pequeña corriente entre tu cuerpo y un objeto, también si frotas un bolígrafo de plástico con una franela, podrás con él atraer pequeños trocitos de papel, debido a que la fricción o rozamiento entre el bolígrafo y la franela permitirá que el bolígrafo se cargue eléctricamente y adquiera la propiedad de atraer objetos ligeros. 

Electricidad dinámica: se refiere a la corriente eléctrica de la que hablamos al inicio del artículo, donde existe un flujo de electrones a través de un conductor.

La corriente eléctrica se clasifica en dos: corriente continua y corriente alterna, la continua no cambia su polaridad en el transcurso del tiempo

CC

La corriente alterna como su nombre lo indica alterna entre dos polaridades (positiva y negativa). A la corriente continua también se la conoce como corriente directa ya que fluye en una sola dirección, a diferencia de la alterna que lo hace alternadamente en las dos posibles direcciones.

 CA

 

Como conocemos los electrones tienen carga negativa, los protones tienen carga positiva y los neutrones no tienen carga eléctrica, es importante conocer que las cargas opuestas se atraen y las iguales se repelen. La polaridad define la dirección de la corriente eléctrica, ya que depende del lugar donde se encuentra el polo positivo, la dirección en la que serán atraídos los electrones. Las fuentes de voltaje continuo tienen dos polos uno positivo y otro negativo, estas conservan su polaridad en el transcurso del tiempo, en las fuentes de voltaje alterno, no se puede hablar de polos porque la polaridad entre sus terminales varía en el transcurso del tiempo, se habla de terminales. Si el voltaje es continuo en el transcurso del tiempo, la corriente también lo será y si el voltaje es alterno la corriente es alterna.

 

FUENTES DE VOLTAJE CONTINUO

Existen fuentes de poder que se utilizan para alimentar circuitos que trabajan con corriente continua como es el caso de los circuitos de los sistemas digitales, estos se conectan a tomacorrientes como los que se encuentran en las casas o edificios, que proporcionan voltajes alternos de 110 o 220 Voltios (Voltios es la unidad de medida de voltaje) que no sirven para trabajar con sistemas que trabajan con corriente continua, por lo que se necesita convertir el voltaje alterno en voltaje continuo del valor con el que opera, que puede ser de 5 Voltios, 9 Voltios, 12 Voltios o cualquier otro, esta función la realiza una fuente de poder de voltaje continuo.

 

F02ART04

Otras fuentes de voltaje continuo son las conocidas pilas o baterías. En el mercado las pilas más comunes son las de 1.5 V (Voltios) que pueden ser de carbón, de níquel-cadmio o alcalinas, que son usadas en juguetes, radios u otros equipos electrónicos y las de mercurio de 1.33, 1.4 o 3 V que se utilizan en los relojes y calculadoras.

CORRIENTE CONTINUA

Como ya hemos definido la corriente continua no cambia su polaridad en el transcurso del tiempo y por esta razón solamente fluye en una sola dirección, también se la conoce como corriente directa y se la representa con las siglas CC y CD, pero en inglés es común utilizar la sigla DC (Direct Current). Cuando la corriente además de mantener la misma polaridad en el transcurso del tiempo mantiene el mismo valor, se trata de una corriente continua constante o estable, pero si se mantiene su polaridad y cambia su valor en el transcurso del tiempo, se trata de una corriente continua variable. Entonces, hay dos tipos de corriente continua: la constante y la variable (Fig. 3). Hay dos tipos de producción de corriente continua, las pilas y las fuentes de poder de voltaje continuo.

 

FUENTES DE VOLTAJE ALTERNO

Los tomacorrientes de las casas son fuentes de voltaje alterno, en nuestro país los terminales (neutro y fase) entregan una señal de voltaje alterno de 110 V y 60 Hz, de forma senoidal.

 

Tomacorriente   Fuente de CA

CORRIENTE ALTERNA

Recordemos que la corriente alterna se la denomina así porque alterna periódicamente entre dos posibles polaridades, por lo que la corriente fluye primero en una dirección y luego en la otra, debido al cambio en su polaridad. La siglas utilizadas para describirla son CA (Corriente Alterna) o en inglés AC (Alternate Current). La corriente que recibimos en los tomacorrientes de nuestras casas es de este tipo. Las características de la corriente alterna son las siguientes:

  • Su Forma de Onda.- Esta puede ser de varias formas y depende del generador que las produce, las más conocidas son: la senoidal, la triangular, la diente de sierra y las cuadradas. (Fig. 4)

Formas de onda

  • La Amplitud.- Se refiere al valor máximo que alcanza la onda con respecto a su valor cero que es utilizado como referencia. (Fig. 5)
  • El ciclo.- Es la parte de la onda que se repite y transcurre en un tiempo determinado. (Fig. 5)
  • La Frecuencia.- Es la cantidad de ciclos que una onda se repite en el transcurso del tiempo. (Fig. 5)

En la figura 5, pasan tres ciclos durante un segundo, por la tanto esta es la frecuencia de la onda, 3 ciclos por segundo.

 

Amplitud ciclo frecuencia

CORRIENTE ALTERNA SENOIDAL

La forma de onda más común es la seno o senoidal, ésta se encuentra presente en los tomacorrientes de nuestras casas, si recordamos nuestros conocimientos de trigonometría la onda seno parte desde cero y alcanza su valor máximo en 90°, luego cruza por 0 en 180°, llega a su valor mínimo en 270° y finalmente regresa a 0 en 360°, repitiéndose el ciclo nuevamente. Analicemos detenidamente las características de esta señal:

Como dijimos la amplitud de la onda se refiere al valor máximo que alcanza la onda con respecto a su valor cero que es tomado como referencia, en la onda seno la amplitud puede ser positiva o negativa, la primera se produce por la polaridad positiva que adopta la onda en un momento dado y la segunda por la negativa. En la corriente continua se puede hablar de dos polos o terminales, uno positivo y otro negativo, ya que estos no cambian en el transcurso del tiempo, pero en la alterna no, ya que en un instante de tiempo un terminal es positivo y en otro negativo, alternando periódicamente.

El ciclo de una onda es la parte que se repite periódicamente, en el caso de la onda seno la parte del primer ciclo estaría identificado desde que la onda parte de cero y llega por segunda vez a este valor. El ciclo de una onda seno se puede descomponer en dos mitades: un semiciclo positivo que sería desde que la onda parte de cero hasta el primer cruce por cero y un semiciclo negativo que se origina desde el primer cruce por cero hasta la segunda vez que toma el valor de cero. El tiempo que transcurre para que se produzca un ciclo completo se denomina período (T) y se lo mide en segundos. La frecuencia (f) es la cantidad de ciclos que ocurren en un período determinado y se lo mide en Hertz (Hz). Estas dos magnitudes se relacionan mediante la siguiente expresión matemática:

T = 1/f

Si se tiene una onda senoidal con una frecuencia de 4 Hz, ¿Cuál es su período T?

T = 1/f = 1/4 = 0.25 Segundos.

La forma de onda de una señal de corriente alterna senoidal es la siguiente:

i(t) = A Sen wt

Dónde:

i(t): Corriente en función del tiempo.

A: Amplitud.

w: Frecuencia angular.

t: tiempo.

Como podemos apreciar estas magnitudes son inversamente proporcionales entre sí. Ósea, mientras más grande es la frecuencia, más pequeño es el período y viceversa.

La expresión que relaciona la frecuencia angular (w) y la frecuencia lineal (f) es la siguiente:

w = 2πf

En la gráfica se tiene una función de corriente alterna i(t)=10 Sen 20(t), con los valores respectivos, donde se distingue la corriente de pico que se refiere a la amplitud máxima de corriente que alcanza la onda, hay dos: una corriente de pico positiva (Ip+) y otra corriente de pico negativa (Ip-). La corriente de pico a pico (Ipp) es igual a la suma de los valores absolutos de las dos corrientes de pico.

 

Corriente Alterna

VOLTAJE ALTERNO SENOIDAL

Al igual que la corriente, la forma de onda más común es la senoidal y está presente en los tomacorrientes de las casas, su forma de onda puede ser representada con la siguiente expresión:

V(t) = A Sen wt

Dónde:

V(t): Voltaje en función del tiempo.

A: Amplitud.

w: Frecuencia angular.

t: tiempo.

 

Voltaje Alterno

 

Valores de voltaje pico y pico a pico

En la gráfica se tiene una función de voltaje alterno V(t)=15 Sen 10(t), con los valores respectivos, donde se distingue el voltaje de pico que se refiere a la amplitud máxima de voltaje que alcanza la onda, hay dos: uno voltaje de pico positiva (Vp+) y otro voltaje de pico negativo (Vp-). El voltaje de pico a pico (Vpp) es igual a la suma de los valores absolutos de los dos voltaje picos, gráficamente es la distancia entre el voltaje pico positivo y el negativo.

Valores efectivos o RMS

Los valores de voltaje y corriente que miden los equipos de medición son los valores efectivos o RMS (Root Mean Square – Raíz Media Cuadrática), también llamados valores cuadráticos medios. Un valor en RMS de una corriente es el valor, que produce la misma disipación de calor que una corriente continua de la misma magnitud. Un amperio de corriente alterna (c.a.) produce el mismo efecto térmico que un amperio de corriente directa (c.d.), por esta razón se utiliza el término “efectivo”. El valor efectivo de una onda alterna senoidal se determina multiplicando su valor máximo por 0.707. De manera similar, un valor de voltaje RMS, es aquel que provoca la misma disipación de potencia que un voltaje de corriente continua de la misma magnitud aplicada durante un minuto. El voltaje RMS es el voltaje útil o aprovechable, al igual que el valor de corriente RMS, que es la corriente útil y aprovechable.

Para obtener el voltaje rms, se utiliza la siguiente expresión:

Vrms = 0.707 x Vp

Dónde:

Vrms: Voltaje rms.

Vp: Voltaje de pico.

Para obtener la corriente rms, se utiliza la siguiente expresión:

Irms = 0.707 x Ip

Donde:

Irms: Corriente rms.

Ip: Corriente de pico.

Los valores RMS son los medidos por el multímetro que es el equipo que se utiliza para medir voltaje y corriente alterna. Con el osciloscopio se puede ver en forma gráfica las señales alternas de voltaje y corriente, con ellos podemos medir los valores pico y pico a pico.

Valores promedio

El valor promedio de una onda senoidal es cero, por ello se utiliza el valor del semiciclo positivo, las expresiones para los valores promedios de voltaje y corriente son los siguientes:

Para el voltaje promedio:

Vm = 0.637 x Vp

Dónde:

Vm: Valor medio o promedio.

Vp: Voltaje de pico.

Para la corriente promedio:

Im = 0.637 x Ip

Dónde:

Im: Corriente media o promedio.

Ip: Corriente de pico.

PILAS Y BATERÍAS

El Físico Italiano Alessandro Volta fue el inventor de la Pila, el cual lo anunció en el año 1800 ante la Royal Society de Inglaterra, basándose en los descubrimientos realizados por Galvani, otro científico italiano que experimento con tejidos de animales y observó que al ponerlos en contacto con dos metales diferentes se contraían. Volta experimentó con una pila fabricada con dos láminas: una de plata y otra de zinc, sumergidas en una solución salina, logró conectar varias pilas en serie y obtener mayores voltajes. Mediante una pila voltaica (llamada así en honor a su inventor) se logró descomponer el agua en sus dos elementos Hidrógeno y Oxígeno mediante un proceso conocido como Electrólisis. En esta parte vamos a conocer sobre las pilas, sus características, tipos y formas de conexión. También hablaremos de las baterías, que no son otra cosa que la unión de varias pilas para producir mayores voltajes o corrientes.

PILAS

Una pila también llamada celda básica, es el principal elemento de producción de corriente continua, recordemos que ésta es aquella que no cambia su polaridad en el transcurso del tiempo y por lo tanto la corriente fluye en una sola dirección. Las pilas básicamente están formadas por dos placas metálicas de diferentes polaridades (una positiva y otra negativa), sumergidas en una solución química o electrolito; en la placa o terminal negativo se acumulan los electrones en exceso, mientras que en el positivo hay una deficiencia de ellos, creándose una diferencia de potencial o voltaje entre las placas o terminales, el mismo que se utiliza para suministrar de corriente eléctrica a los circuitos electrónicos. En conclusión, una pila almacena energía en forma química, la cual se libera en forma de energía eléctrica al establecerse un circuito cerrado con ella.

 

F01 PILAS

Las principales características eléctricas de una pila son:

  • El voltaje o tensión nominal, el cual viene marcado en su empaque y depende su fabricación.
  • La capacidad de suministro de energía, expresada en miliamperios / hora o Amperios / hora y que indica el tiempo que puede suministrar una determinada cantidad de corriente.
  • El voltaje con carga y la resistencia interna, los cuales están relacionados entre sí, debido a que los conductores de una pila no son perfectos y presentan una pequeña resistencia al paso de la corriente eléctrica, la misma que aumenta con el tiempo y la temperatura ambiente. Por esta razón, a medida que pasa el tiempo la pila ya no genera el mismo valor inicial, lo cual puede ser comprobado midiendo el voltaje con un voltímetro al momento de comprar una pila y en el momento que la pila ya no sirve, se notará que si antes entregaba 5 voltios, después entregará un valor inferior de 1.26 voltios por ejemplo, el cual ya no sirve para alimentar el equipo electrónico que antes hacía funcionar.

TIPOS DE PILAS

Las pilas se dividen en dos grupos: primarias y secundarias. Las pilas primarias no se pueden recargar, mientras que las secundarias sí.

PILAS PRIMARIAS

Las principales son:

  • Pila de Zinc – Carbón (Pila Seca).
  • Pila de Zinc – Bióxido de Manganeso (Alcalina).
  • Pila de Mercurio.
  • Pilas de Litio.
  • Pilas solares o de estado sólido.

Pila de Zinc – Carbón

Está formada por una placa negativa de Zinc, una positiva de carbón y una solución química de sal de amoníaco y cloruro de zinc, distribuidos en un empaque cilíndrico. La solución química (electrolito) es seca y está impregnada en un medio absorbente; por esta razón, también se las conoce como pilas secas. Es la más económica, más abundante y por ende la más usada, es muy común en juguetes y otros equipos electrónicos. Producen 1.5 V, vienen en varios tamaños (AAA, AA, C y D), mientras más grande es, produce mayor corriente en un período de tiempo.

 

Pila Seca

Pila de Zinc – Dióxido de Manganeso (Alcalina)

Fue inventada por Thomas Alva Edison en 1901, es similar a la de Zinc - Carbón, está formada por una placa negativa de dióxido de Manganeso (cátodo), como placa positiva Zinc en polvo (ánodo) y como electrolito Hidróxido de Potasio (solución alcalina, de allí su nombre), su ventaja es la de producir mayor corriente en un tiempo largo, unas 10 veces más que las de Zinc - Carbón, son más costosas que las secas, pero pueden reemplazarlas en los juguetes y equipos electrónicos donde éstas se utilizan, con una mayor eficiencia.

 

Pila Alcalina

Pilas de Mercurio

Tienen la apariencia de pastillas, son muy utilizadas en relojes, calculadoras y computadoras, entregan aproximadamente de 1.33 a 1.4 voltios, no son recargables. Se las denomina así, porque su placa negativa es de óxido de mercurio, mientras que la positiva es de Zinc, se utiliza hidróxido de potasio como solución química.

 

F02 PILAS

En las computadoras se utilizan pilas de litio de 3V, las cuales también tienen forma de pastillas, pero producen tres veces más energía que las pilas alcalinas. También hay algunas en empaque cilíndrico como la mostrada a la derecha de la imagen.

 

Pila de Litio   Varitek

Pilas Solares

Las pilas de estado sólido o pilas solares, están aumentando debido a que pese a que su rendimiento es muy bajo, una vez instalada la energía que se produce no cuesta nada. Estas convierten la energía solar en energía eléctrica, hay de dos tipos: de Selenio o de Silicio, dependiendo de su tipo, se obtiene un rango de voltaje y corriente. Generalmente se conectan muchas en serie y paralelo, para obtener mayores valores de voltaje y corriente. Son muy útiles en lugares apartados donde no se tiene fácil acceso a la energía eléctrica.

 

Pila Solar

PILAS SECUNDARIAS

Una de las más comunes es la Pila de Níquel – Cadmio.

Pila de Níquel - Cadmio

Está formada por una placa negativa de cadmio metálico, una positiva de hidróxido de níquel y como electrolito hidróxido de potasio. Su ventaja principal es que algunas se pueden recargar hasta mil veces, son muy utilizadas en equipos portátiles de radiocomunicaciones, se encuentran en tamaños comunes y formas especiales, una sola celda produce 1.25 voltios.

 

Pila de Níquei   Cadmio

El empaque de una pila comercial y el símbolo utilizado en los diagramas eléctricos y electrónicos se muestra en la imagen.

 

F03 PILA

CONEXIÓN DE PILAS EN SERIE

Las pilas se pueden conectar en serie, para obtener un mayor voltaje en los terminales de la pila resultante, ya que el voltaje en las pilas en serie se suma, mientras la corriente permanece igual. Para conectar pilas en serie, se conecta el terminal positivo de la una con el negativo de la siguiente y así sucesivamente hasta terminar con todas las pilas que intervienen en este tipo de conexión.

 

ConexPS

CONEXIÓN DE PILAS EN PARALELO

Las pilas se pueden conectar en paralelo, para obtener una mayor corriente en los terminales de la pila resultante, ya que la corriente en las pilas en paralelo se suma, mientras que el voltaje permanece igual. Para conectar pilas en paralelo, se conectan todos los terminales positivos de las pilas que intervienen en la conexión a un mismo punto, de la misma manera todos los negativos a un mismo punto.

 

ConexPP

CONEXIÓN DE PILAS EN SERIE PARALELO

Se pueden combinar conexiones en serie y paralelo de pilas, con la finalidad de aumentar el voltaje entre las pilas conectadas en serie y aumentar la corriente entre las pilas conectadas en paralelo.

BATERÍAS

Es la conexión de varias pilas o celdas básicas, debido a que estas solas proporcionan un voltaje o corriente muy bajo, que muchas veces es insuficiente para alimentar circuitos electrónicos. Uniendo varias pilas en serie y/o paralelo se obtienen baterías, las más comunes en el mercado son las de 9 voltios, las de computadoras portátiles y las de plomo – ácido de 6, 12 y 24 voltios. Estas últimas son las más usadas, ya que se las utiliza en automóviles debido a la gran cantidad de corriente que pueden suministrar, muchas veces se las suele llamar acumuladores. Otras muy usadas debido al avance de la tecnología son las de sistemas de alarmas y las de celulares.

Las baterías de 9 V, se las utiliza mucho en juguetes, equipos portátiles como relojes, calculadoras, linternas, radioteléfonos, entre otros. En la figura se muestra una batería de 9 Voltios y el símbolo utilizado en diagramas eléctricos y electrónicos.

 

F06 PILAS

Si abrimos las baterías de computadoras portátiles, encontraremos que en su interior se encuentran conectadas 6 pilas de litio de 1.8 voltios que conectadas en serie entregan 10.8 V (6 pilas de Li-ion * 1.8 = 10.8). La batería de la imagen es de 44 Wh (vatios / hora), indica la potencia que puede suministrar la batería por hora.

 

Batería de laptop

Como ya lo dijimos, otras baterías bastante comunes que encontramos en el mercado son: las de automóviles, sistemas de alarmas y de celulares.

 

Baterías

Las baterías al igual que las pilas pueden conectarse en serie, paralelo y serie – paralelo. Si se las conecta en serie se obtiene un mayor voltaje, si  se las conecta en paralelo se obtiene una mayor corriente y en serie – paralelo mayor voltaje y corriente.

Las baterías también se clasifican en: baterías primarias (no se pueden recargar) y baterías secundarias (sí se pueden recargar).

FLUJO DE ELECTRONES

Según lo tratado el sentido del flujo de electrones se define por la polaridad de la fuente que alimenta el circuito. Se consideran dos tipos de flujos de electrones, estos son el real y el convencional, pero antes de explicar cada uno de ellos, recordemos la ley de las cargas eléctricas, que expresa lo siguiente: “cargas eléctricas diferentes se atraen y cargas iguales se repelen (rechazan)”. Por nuestros conocimientos básicos de química sabemos que las cargas eléctricas en un átomo son el electrón que tiene carga negativa y el protón que tienen carga positiva, debido a que los electrones son más livianos y se encuentran en órbitas que giran alrededor del núcleo, son las partículas que participan en el flujo de la corriente eléctrica.

De acuerdo a la ley de cargas:

  • Un protón repele a otro protón.
  • Un electrón repele a otro electrón.
  • Un protón atrae a un electrón y viceversa.

FLUJO REAL

En el flujo real se toma en consideración el desplazamiento de los electrones desde el terminal negativo hacia el positivo, debido a que de acuerdo a la ley de cargas eléctricas los electrones que se encuentran en el terminal negativo son atraídos por el positivo.

 

FLUJOSCE

FLUJO CONVENCIONAL

En el flujo convencional se toma en consideración el desplazamiento de los protones desde el terminal positivo hacia el negativo, debido a que de acuerdo a la ley de cargas eléctricas los protones que se encuentran en el terminal positivo son atraídos por el negativo. Pero esto es sólo CONVENCIONAL, ya que las cargas que intervienen en la transferencia eléctrica son los electrones y no los protones. Este flujo surgió debido a que Benjamín Franklin en el año de 1950 planteó su teoría del fluido de la electricidad, visualizando a ésta como un fluido invisible en el que llegó a la conclusión que el fluido eléctrico circulaba del positivo al negativo, este fue un hecho muy importante que sirvió para que se originaran gran cantidad de fórmulas y conceptos basados en este flujo convencional, hasta que en 1987 Joseph J. Thomson descubrió el electrón y demostró que tenía carga negativa. Actualmente se mantiene el flujo convencional, debido a que este conserva los fundamentos matemáticos de 200 años de desarrollo en la teoría de circuitos y además utilizando cualquiera de los dos flujos que aunque son contrarios nos llevan a las mismas respuestas.

 


Fuente:

Manual Varitek # 1, 2013, Alex Xavier Arellano Silva, Erick Wilfred Arelllano Silva y Holger Manuel Naranjo Pérez.

 


EL UNIVERSO

 

El Universo

 

En su interior, encontramos varios cuerpos celestes, uno de ellos son las galaxias. La vía láctea es la galaxia más importante para la Tierra. El nombre Vía Láctea proviene de la mitología griega y en latín significa camino de leche, se estima que en ella se encuentran unas 100.000 millones de estrellas. Tiene forma espiral y solo una parte diminuta de ella es nuestro sistema solar.

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