Electrotecnia UNMSM
RESISTENCIA ELÉCTRICA (Experiencia N°3)
I.
FUNDAMENTO TEÓRICO
No todos los conductores son iguales a la hora de que circulen los electrones, pues unos son mejores que otros para tal fin. Todos los conductores tienen una resistencia al paso de esos electrones siendo mejor cuanta menos resistencia tengan.
Estudiaremos la resistencia que presenta un conductor eléctrico al paso de la corriente corriente eléctrica eléctrica y que esa resistencia resistencia depende depende de varios factores y sobre todo de la característica atómica de cada material.
Segu Seguid idam amen ente te es estu tudi diare aremo moss la resi resist sten enci cia a de un circ circui uito to eléctrico, cuya importancia en el circuito está acorde al de la fuen fuente te de alim alimen enta taci ción ón o pila pila y co cond nduc ucto tor, r, ya que que sin sin es este te comp co mpon onen ente te no tend tendrí ríam amos os circ circui uito to eléc eléctr tric ico. o. Pa Para ra que que lo entendamos mejor citemos un ejemplo, una bombilla no es más que una resistencia que al pasar la corriente eléctrica, debido a sus características de forma y construcción, provoca luz. En eso radica la importancia de conocer que es una resistencia.
II.
CUESTIONARIO PREVIO
Defina cada uno de los siguientes términos :
Pág. 1
Electrotecnia UNMSM
- Resist istencia Resistencia eléctrica es toda oposición que encuentra la corriente a su paso por un circuito eléctrico cerrado, atenuando o frenando el libre flujo de circulación de las cargas eléctricas o electrones. Cualquier dispositivo o co cons nsum umiidor dor co cone nect ctad ado o a un circ ircuito uito eléc eléctr triico representa en sí una carga, resistencia u obstáculo para la circulación de la corriente. Ante Ante es esta ta defi defini nici ción, ón, hemo hemoss de co consi nside derar rar que que no todos los conductores presentan la misma resistencia al ser sometidos a una diferencia de potencial en sus extremos, dependiendo de los siguientes factores: 1. Cantidad de electrones libres que tenga el conductor (cuanto mayor sea su número, menor su resistencia). 2. Choque Choquess que experim experiment entan an en su despl desplaza azami mient ento o estos portadores de carga (los electrones pueden chocar con otros electrones o con partes de átomos no fluy fluyen ente tes) s),, así a ma mayo yorr núme número ro de choq choque uess menor velocidad de desplazamiento y proporcionalmente produce una disminución de la corriente. Para ara cuan cuanti tifi ficcar es esto toss fac factore tores, s, rec recurri urrim mos a la siguiente relación:
l
R =ρ ×
S
Pág. 2
Electrotecnia UNMSM
•
Resistencia (R) se expresa en ohmios (Ω)
•
Longitud (ℓ) se expresa en metros (m)
•
Resistividad (ρ) se expresa en (Ω.m)
•
Área de la sección transversal se expresa en (m2)
Según sea la magnitud de esta oposición, las sustancias se clasifican en conductoras, aislantes y semiconductoras. Existen además ciertos materiales en los que, en determinadas condiciones de temperatura, aparece un fenómeno denominado superconductividad, en el que el valor de la resistencia es prácticamente nulo.
La resistencia eléctrica se mide con el Ohmímetro es un aparato diseñado para medir la resistencia eléctrica en ohmios. Debido a que la resistencia es la diferencia de potencial que existe en un conductor dividida por la intensidad de la corriente que pasa por el mismo, un ohmímetro tiene que medir dos parámetros, y para ello debe tener su propio generador para producir la corriente eléctrica.
- Resistor
Dispositivo electrónico que sirve para introducir una resistencia eléctrica determinada entre dos circuitos. Este limita la corriente y divide el voltaje es un dispositivo pasivo que solo consume energía del Pág. 3
Electrotecnia UNMSM
circuito y no le aporta nada a este. Ahí dos clases de resistores fijos y variables . El resistor se utiliza para producir calor aprovechando el efecto joule es mas común mente decir resistor a una resistencia, la corriente máxima del resistor viene condicionado por la máxima potencia que puede disipar su cuerpo. Los valores más corrientes son 0,25 W, 0,5 W y 1 W.
- Resistividad o resistencia específica
Representada por ρ. Es una constante característica de la naturaleza del conductor. Hemos de considerar que: •
•
Un aislante perfecto, vendría definido por un valor de ρ=∞ y un conductor perfecto ρ=0 (superconductores). La siguiente tabla, muestra los valores de ρ para algunas de las sustancias más características:
Pág. 4
Electrotecnia UNMSM
Tener presente que diversos factores como impurezas, presencia de campos magnéticos, etc. alteran el valor de la resistividad. Entre estos factores destacamos la temperatura, cuya variación se puede aproximar a la siguiente expresión:
Donde: •
•
•
α es el coeficiente de variación de la resistividad con la temperatura (dado en ºC-1) ρ0 el valor de la resistividad del material a 0ºC. Por su importancia en Electrotecnia, hemos de tener presente, que para los metales, su resistencia aumenta con la temperatura al ser α > 0.
¿Cuáles son los componentes pasivos y cual es el concepto?
Los componentes pasivos son aquellos que consumen energía en los circuitos eléctricos, frente a los componentes activos que entregan o amplifican dicha energía. Los principales elementos pasivos que vamos a estudiar aquí son las resistencias, las bobinas y los condensadores.
Pág. 5
Electrotecnia UNMSM
Cada uno de ellos viene por una cualidad importante en su funcionamiento: la resistencia, el coeficiente de autoinducción y la capacidad.
Los componentes pasivos están formados por elementos de diversas clases que tendremos que considerar independientemente, ya que son diferentes sus objetivos, construcción y resultados.
¿A que se conoce como conductividad?
La conductividad eléctrica es la capacidad de un cuerpo de permitir el paso de la corriente eléctrica a través de sí. También es definida como la propiedad natural característica de cada cuerpo que representa la facilidad con la que los electrones (y huecos en el caso de los semiconductores) pueden pasar por él. Varía con la temperatura. Es una de las características más importantes de los materiales.
¿Cómo se clasifican las resistencias construcción y por su composición?
Pág. 6
por
su
Electrotecnia UNMSM
Ahí dos clases de resistores fijos y variables.
RESISTORES FIJOS: Tienen un valor fijo en la resistencia tienen dos contactos entre los cuales existe una resistencia fija, los resistores fijos se dividen en resistores de carbón y resistores metálicos. Resistores de carbón: Los resistores de carbón están construidos con carbón o grafito utilizados. Hay dos tipos de resistores de carbón, los resistores aglomerados y resistores de capa de carbón Los resistores aglomerados se construyen con carbón, resina aglomerante y material aislante. Sus principales características son:
•Robustez mecánica y eléctrica •Elevado nivel de ruido
Los resistores de capa de carbón se construyen mediante la deposición de una capa de carbón sobre una superficie cilíndrica de material vítreo cerámico. Su principal característica es:
•Bajo nivel de ruido
Resistores metálicos: Los resistores metálicos se construyen con metal, óxidos metálicos, o aleaciones
Pág. 7
Electrotecnia UNMSM
metálicas. Hay tres tipos de resistores metálicos, los resistores de capa metálica, los resistores de película metálica y los resistores bobinados.
Los resistores de capa metálica se construyen mediante la deposición de óxidos de estaño y antimonio entre otros materiales sobre un soporte de vidrio o porcelana. Sus principales características son:
•Tolerancias reducidas •Bajo coeficiente de temperatura •Muy bajo nivel de ruido
Debido a estas características, este tipo de resistencias se usan en aplicaciones muy exigentes.
Los resistores de película metálica se construyen con metal o aleaciones metálicas. Sus principales características son:
•Posibilidad de integración de redes de resistores
Los resistores bobinados están construidos con hilo de metal o de una aleación metálica bobinado en torno a un núcleo cerámico o vítreo. Sus principales características son:
Pág. 8
Electrotecnia UNMSM
•Inductancia parásita elevada •Muy bajo nivel de ruido
RESISTORES VARIABLES: Los variables que si se mueven a un lado toman una resistencia y si se mueve hacia el otro lado tenga otra resistencia estos resistores son denominados potenciómetros. Tienen tres contactos dos de ellos están conectados en los extremos de la superficie resistiva y el otro está conectado a un cursor que se puede mover a lo largo de la superficie resistiva.
Resistores variables de capa •Resistores de capa de carbón •Resistores de capa metálica •Resistores de capa tipo cermet
Resistores variables bobinados •Resistores de pequeña disipación •Resistores bobinados de potencia •Resistores bobinados de precisión
¿Cuáles son las características de los resistores y explique cada una de dichas características?
Pág. 9
Electrotecnia UNMSM
En las resistencias podemos encontrar características como, el valor nominal expresado en ohmios (W), la tolerancia en % y la potencia en vatios (W).
Valor nominal: Es el que indica el fabricante. Este valor normalmente es diferente del valor real, pues influyen diferentes factores de tipo ambiental o de los mismos procesos de fabricación, pues no son exactos. Suele venir indicado, bien con un código de colores, bien con caracteres alfanuméricos.
Tolerancia: Debido a los factores indicados anteriormente, y en función de la exactitud que se le dé al valor, se establece el concepto de tolerancia como un % del valor nominal. De esta forma, si nosotros sumamos el resultado de aplicar el porcentaje al valor nominal, obtenemos un valor límite superior. Si por el contrario lo que hacemos es restarlo, obtenemos un valor límite inferior. Con la tolerancia, el fabricante nos garantiza que el valor real de la resistencia va a estar siempre contenido entre estos valores, Si esto no es así, el componente está defectuoso.
Potencia nominal: Es el valor de la potencia disipada por el resistor en condiciones normales de presión y temperatura.
Para cada uno de los componentes: Década de resistencias, (NTC) termistor, (LDR) foto resistor, Pág. 10
Electrotecnia UNMSM
(VDR) varistor. Detalle los siguientes aspectos, definición, representación física, símbolos y tipos, características, usos y ejemplos de valores comerciales de cada uno de dichos componentes
- Década de resistencias
La década de resistencias es un conjunto de potenciómetros o resistencias variables de escala de 0 a 10 pero cada uno tiene in valor multiplicado por (1000, 100, 10, 1, 0.1) ohmios.
Para su uso se toman las terminales de referencia como si fuesen las terminales de una resistencia común después con un óhmetro se colocan los reóstatos por separado en cada valor de acuerdo a su rango para hacer la sumatoria de ohmios requerida para el circuito. Si se desea manejar un rango de valores solamente solo hay que colocar los demás potenciómetros en cero.
Pág. 11
Electrotecnia UNMSM
- Termistor (NTC)
Coeficiente de Temperatura Negativo (NTC) termistores son resistencias semiconductores térmicamente sensibles que presentan una disminución de la resistencia a medida que aumenta la temperatura absoluta. Cambio en la resistencia del termistor NTC puede llevarse a cabo ya sea por un cambio en la temperatura ambiente o internamente por auto calentamiento resultante de la corriente que fluye a través del dispositivo. La mayoría de las aplicaciones prácticas de termistores NTC se basan en estas características de los materiales.
- Foto resistor (LDR)
LDR (Light Depended Resistor): Una fotorresistencia es un componente electrónico cuya resistencia disminuye con el aumento de intensidad de luz incidente. Puede también ser llamado concha de day coronel foto resistor, fotoconductor, célula fotoeléctrica o resistor dependiente de la luz, cuyas siglas, LDR, se originan Pág. 12
Electrotecnia UNMSM
de su nombre en inglés light-dependent resistor. Su cuerpo está formado por una célula o celda y dos patillas. En la siguiente imagen se muestra su símbolo eléctrico. El valor de resistencia eléctrica de un LDR es bajo cuando hay luz incidiendo en él (puede descender hasta 50 ohms) y muy alto cuando está a oscuras (varios mega ohmios). Un foto resistor está hecho de un semiconductor de alta resistencia como el sulfuro de cadmio, CdS. Si la luz que incide en el dispositivo es de alta frecuencia, los fotones son absorbidos por la elasticidad del semiconductor dando a los electrones la suficiente energía para saltar la banda de conducción. El electrón libre que resulta, y su hueco asociado, conducen la electricidad, de tal modo que disminuye la resistencia. Los valores típicos varían entre 1 MΩ, o más, en la oscuridad y 100 Ω con luz brillante.
- Varistor (VDR)
Los varistores proporcionan una protección fiable y económica contra transitorios de alto voltaje que pueden ser producidos, por ejemplo, por relámpagos, conmutaciones o ruido eléctrico en líneas de potencia de CC o CA.
Pág. 13
Electrotecnia UNMSM
Los varistores tienen la ventaja sobre los diodos (supresores de transitorios) que, al igual que ellos pueden absorber energías transitorias (incluso más altas) pero además pueden suprimir los transitorios positivos y negativos.
Cuando aparece un transitorio, el varistor cambia su resistencia de un valor alto a otro valor muy bajo. El transitorio es absorbido por el varistor, protegiendo de esa manera los componentes sensibles del circuito. Los varistores se fabrican con un material nohomogéneo. (Carburo de silicio).
Caracteristicas
Amplia gama de voltajes - desde 14 V a 550 V (RMS). Esto permite una selección fácil del componente correcto para una aplicación específica.
Alta capacidad de absorción de energía respecto a las dimensiones del componente.
Tiempo de respuesta de menos de 20 ns, absorbiendo el transitorio en el instante que ocurre.
Bajo consumo (en stabd-by) - virtualmente nada.
Valores bajos de capacidad, lo que hace al varistor apropiado para la protección de circuitería en conmutación digital.
Alto grado de aislamiento.
Pág. 14
Electrotecnia UNMSM
¿Qué es un multímetro? ¿Qué tipos de multímetros conoce?
El multímetro es un aparato para medir magnitudes eléctricas que tiene un selector y según su posición el aparato actúa como voltímetro, amperímetro u ohmímetro. El principio del multímetro está en el galvanómetro, un instrumento de precisión utilizado para la medida de corrientes eléctricas de pequeña intensidad. El galvanómetro se basa en el giro que experimenta una bobina situada entre los polos de un potente imán cuando es recorrida por una corriente eléctrica. Los efectos recíprocos imán-bobina producen un par de fuerzas electrodinámicas, que hace girar la bobina solidariamente con una aguja indicadora en un cuadrante: el desplazamiento producido es proporcional a la intensidad de la corriente que circula. El modelo descrito, de imán fijo y bobina móvil, es el más empleado para la fabricación de amperímetros y voltímetros. Hay también un modelo en el que la bobina es fija y el imán, móvil y pendiente de un hilo, gira solidariamente con la aguja indicadora
Tipos de multímetro: Los multímetros analógicos:
Pág. 15
Electrotecnia UNMSM
Son instrumentos de laboratorio y de campo muy útiles y versátiles, capaces de medir voltaje (en CD y CA), corriente, resistencia, ganancia de transistor, caída de voltaje en los diodos, capacitancia e impedancia. Se les llama por lo general multitesters (en inglés se les llama VOM, volt ohm miliammeters).En últimas fechas se han ampliado y mejorado las posibilidades de funcionamiento de esos medidores se ha aumentado en forma considerable sus posibilidades y su exactitud. Además, mediante el empleo de amplificadores de entrada con transistores de efecto de campo (FET) para mediciones de voltaje CD, sus impedancias rebasan con frecuencia a los 100 MΩ. Por último la escala del óhmetro ya no se ha de llevar a cero para compensar los cambios internos del voltaje de batería o los cambios de escala. Las mediciones de voltaje se pueden efectuar sobre el rango de 0.4 mV hasta 1000 V con exactitudes de 0.1 por ciento. Las mediciones de corriente se pueden llevar a cabo desde 0.1 μA hasta 10 A con exactitudes de 0.2 por ciento. Se miden resistencias tan altas como 40 MΩ con exactitud de 1 por ciento. (Se debe notar que al hacer mediciones de resistencias tan altas, nunca se debe tocar la punta de medición con los dedos debido a que la resistencia de la piel es solo algunos miles de ohms, y esto puede originar errores serios en la medición.) Las mediciones de resistencia menores tienen una exactitud de 0.2 por ciento.
Pág. 16
Electrotecnia UNMSM
Los multímetros digitales: Se fabrican tomando como base ya sea un convertidor A/D de doble rampa o de voltaje a frecuencia, con ajuste de rango. Para dar flexibilidad para medir voltajes en rangos dinámicos más amplios con la suficiente resolución, se emplea un divisor de voltaje para escalar el voltaje de entrada. En la figura se muestra un diagrama de bloques de un multímetro digital completo. Para lograr la medición de voltajes de CA, se incluye un rectificador en el diseño del medidor. Como las exactitudes de los rectificadores no son tan altas como las de los circuitos de medición de voltaje de CD. Aunque el valor de una resistencia se puede especificar con mucha exactitud, hay cierto error adicional debido al cambio de resistencia como función del efecto de calentamiento de la corriente que pasa a través de ella.
Pág. 17
Electrotecnia UNMSM
¿Qué es un ohmímetro y cuáles son las precauciones que debe tener al utilizar este instrumento?
El aparato destinado a medir la resistencia de un conductor o de otro elemento, como una resistencia, al paso de la corriente se denomina Ohmímetro (mide ohmios).
Para que el polímetro pueda funcionar como ohmímetro debe tener las pilas internas en buen estado (para medir amperios o voltios no hace falta que tenga las pilas, para medir ohmios sí).
Pág. 18
Electrotecnia UNMSM
Aunque se conoce el valor de una resistencia por el código de colores que va pintado en ella podemos conocer más exactamente su valor usando el ohmímetro.
Precauciones para usar ohmímetro
Desconectar completamente o apagar el circuito que estés comprobando. Tienes que tener un cable completamente apagado para asegurar la medida, además de tu propia seguridad. El ohmímetro te dará la energía que necesitas para la medida, así que no necesitas ningún otro tipo de energía. Además, si está enchufado, puede dañar el aparato, el circuito y a ti mismo.
Elige un ohmímetro adecuado para tu proyecto. Los analógicos son muy básicos y baratos y tienen un alcance de entre 0-10 a 0-10,000 ohms, mientras que los digitales controlan y miden el alcance de tu dispositivo automáticamente.
Comprueba si el ohmímetro tiene una batería. Si lo acabas de comprar, puede que venga instalada o venga en un paquete a parte con instrucciones sobre cómo instalarla.
Pág. 19
Electrotecnia UNMSM
Enchufa tus puntas de prueba en los enchufes de tu medidor. Para los multifuncionales, verás un enchufe común, o negativo, y un enchufe positivo. Puede que estén pintados de rojo y negro.
Pon tu medidor a 0 si puedes. Piensa que las lecturas de escala se hacen a la inversa de las escalas de medida más convencionales. Menos resistencia a la derecha y más en la izquierda. La resistencia cero debería ser observada cuando las puntas de prueba están conectadas entre sí y las tengas que ajustar.
Elige el circuito o aparato eléctrico que quieras probar. Para practicar, puedes usar cualquier cosa que conduzca electricidad, desde un trozo de papel de aluminio hasta una marca de lápiz en un papel. Para hacerte una idea de la exactitud de las medidas, compra unas pocas resistencias distintas en una tienda de electrónica.
Toca una sonda y un final de circuito y anota la lectura del instrumento. Si compraste un resistente de 1000 ohms, puedes poner la sonda en cada conductor.
Aísla los componentes del circuito para comprobarlos individualmente. Si lees los ohms en una resistencia en una tabla de circuito impresa, tendrás que soltar la resistencia para asegurar que no estás obteniendo una lectura falsa.
Pág. 20
Electrotecnia UNMSM
III.
Lee la resistencia de un cable o un circuito para ver si hay alguna fisura o apertura en el circuito. Si lees ohms infinitos, es que hay algún componente roto o quemado. Como algunos cables tienen semiconductores, es posible que no seas capaz de medirlo con solo un ohmímetro.
Apaga el aparato cuando no lo uses
BIBLIOGRAFIA
http://www.asifunciona.com/electrotecnia/ke_resisten cia/ke_resistencia_1.htm
http://redesformacion.jccm.es/aula_abierta/contenido /97/387/3068/ELE_U1_T2/24_resistencia_elctrica_de_un _conductor.html
http://es.scribd.com/doc/13648705/Resistor
http://ingenieriareg.unlugar.com/ISFEB_archivos/propelemag.pdf
http://mecaelect.itap.edu.mx/laboratorio.pdf
Pág. 21
Electrotecnia UNMSM
http://www.mitecnologico.com/Main/DefinicionesDeC orrienteResistenciaResistividadDensidadDeCorriente YConductividad
http://roble.pntic.mec.es/~jsaa0039/cucabot/resisten cia-intro.html
Pág. 22