Peractica 1 Circuitos

PRACTICA No. 2

EL RESISTOR

COMPETENCIA:

Verifica mediante mediciones y la ayuda del osciloscopio la respuesta cuando es excitado con señales: senoidales, triangulares y cuadradas.

CONSIDERACIONES TEÓRICAS

EL RESISTOR

El alma de la electrónica y su personaje más importante es el resistor, pero no es el único personaje de nuestra novela. En efecto los personajes se diferencia en activos y pasivos y dentro de los pasivos se encuentran otros personajes que seguramente Ud. debe por lo menos conocer de nombre: el capacitor, el inductor, el transformador, el potenciómetro, etc. Entre los activos se encuentras el diodo el transistor, la válvula (o su versión moderna los tubos de televisión y los display termoiónicos).

El resistor es el único componente electrónico que esta diseñado para disipar energía eléctrica. El término disipar no es realmente es más adecuado, porque como ya sabemos existe un principio fundamental en la física que dice que:

La energía no se crea ni se pierde solo se transforma

Por lo tanto el autor prefiere decir que el resistor es el único componente que transforma energía eléctrica en energía térmica.

Como sabemos que nuestros alumnos son personas curiosas que alguna vez tocaron un transformador y observaron que estaba caliente, es que no queremos dejarlos con la duda. Si, es cierto, un transformador se calienta pero calentarse no es la función para la cual fue creado. Es una característica secundaria de su funcionamiento y totalmente indeseada; un transformador de buena calidad trabaja mas frío que uno de mala calidad. Por otro lado podríamos aclarar más aun el panorama y decir que el transformador se calienta porque esta construido con alambre de cobre y el alambre de cobre tiene cierta resistencia que es la que transforma energía eléctrica en calor.

Si el alambre se hace más grueso tiene menos resistencia y entonces se calienta menos. En el límite si el alambre pudiera hacerse de diámetro infinito no tendría resistencia y el transformador cumpliría con su función primaria sin calentarse para nada.

¿Por qué se calienta un resistor?

Como a una persona, a las moléculas o a los átomos que forman a nuestro resistor no les gusta que les peguen. Los electrones que circulan por el resistor saltando de átomo en átomo del material que las forma. Esto significa que cuando más electrones circulan mayor calor se produce. Para hacerlo mas práctico podríamos decir que la temperatura del resistor depende de la corriente eléctrica que circula por él y para ser finos podríamos explicarlo matemáticamente diciendo que

T = F (I) que se lee: la temperatura es función de la corriente circulante por el resistor.

Depende de la velocidad a la cual se desplazan los electrones dentro del resistor y eso depende de la diferencia de potencial o tensión aplicada al resistor. Es decir que matemáticamente podríamos decir que también

T = F (V)

Es decir que combinando las expresiones matemáticas

T = F (I, V)

Todo lo que nos dice la ultima expresión es que la temperatura del resistor depende de la corriente que circula por él y de la tensión aplicada al resistor. Los electrónicos aprendemos con ejemplos. En la figura siguiente se puede observar un circuito muy sencillo en donde un resistor está conectado a una fuente de alimentación pero utilizando un amperímetro y un voltímetro para medir la tensión aplicada y la corriente que circula por el resistor. También se conecta un instrumento nuevo llamado Vatímetro o medidor de potencia eléctrica cuya indicación depende tanto de la tensión aplicada como de la corriente que circula.

Fig1. Medición de la potencia sobre un resistor

Primero analicemos algo extraño que no podemos dejar pasar. ¿Por qué si la fuente es de 9V al resistor solo le llegan 8,92V?. La respuesta es muy simple; porque el amperímetro tiene una resistencia interna considerable en donde se produce una caída de tensión. Esto no es un problema del laboratorio virtual sino una virtud. Los instrumentos reales también tienen resistencia interna. En el LW la resistencia interna del amperímetro no puede modificarse y es de 100 mOhms, otros laboratorios virtuales permite cambiar dicho valor. Los voltímetros también tiene una resistencia interna pero de elevado valor para que puedan ser conectados sobre la fuente sin generar elevadas corrientes. Por ejemplo en el LW un voltímetro tiene una resistencia interna de 50 Mohms.

La disposición de la figura no es la única posible para medir tensión y corriente, podría conectarse el voltímetro sobre la fuente y el amperímetro en serie con la carga. Cada una de las formas de conectar los instrumentos tiene un nombre. La primera se llama de tensión bien medida (porque se mide la tensión directamente sobre el resistor) y la segunda de corriente bien medida porque se mide correctamente la corriente circulante por el resistor.

En el mismo circuito se observa la conexión de un instrumento que posee cuatro bornes. Se trata de un vatímetro; este instrumento nos indica directamente la potencia disipada en el resistor que como podemos observar es de 7,95W.

El vatímetro no es un instrumento común. Por lo general cuando un reparador necesita conocer la potencia disipada en un resistor. Mide la corriente y la tensión y realiza el calculo de la potencia mediante la formula correspondiente que es

P = V x I

En nuestro caso reemplazando valores obtenemos que

8,92V x 0,891A = 7.95W

Como puede observar el lector, se trata de un cálculo muy sencillo que no merece poseer un instrumento especial como un vatímetro.

Ahora sabemos que potencia se desarrolla en un resistor, pero no era precisamente eso lo que buscábamos. Nosotros queremos saber cuanto se calienta un resistor. Todo lo que podemos decir hasta ahora es que el resistor se va a calentar a una temperatura que es proporcional a la potencia disipada en él. Matemáticamente

T = F (P)

Pero esa función no es fácil de hallar porque depende de las dimensiones físicas del resistor. Como ya dijimos la función del resistor es transformar energía eléctrica en energía térmica o calor. Es decir que calienta el ambiente, el aire que lo rodea. La temperatura de su cuerpo es función de cuanto aire pueda calentar y eso es a su ves función de su superficie externa. Es decir que un resistor pequeño se va a calentar mas pero va a generar menos cantidad de aire caliente. Con el tiempo el ambiente se va a calentar a la misma temperatura pero el resistor no; el resistor se calienta más y si llega a su temperatura máxima de trabajo se quema y tenemos una falla eléctrica.

En realidad al diseñador

...