El documento describe los antecedentes históricos de la electrónica. La introducción de los tubos de vacío a comienzos del siglo XX permitió la manipulación de señales y el desarrollo de la tecnología de comunicación radial. Más tarde, el transistor reemplazó al tubo de vacío, permitiendo circuitos electrónicos más pequeños y complejos como los microordenadores.
Historia de la electrónica: Los tubos de vacío y el nacimiento de la tecnología moderna
1. Antecedentes históricos de la Electrónica
La introducción de los tubos de vacío a comienzos del siglo XX propició el rápido
crecimiento de la electrónica moderna. Con estos dispositivos se hizo posible la
manipulación de señales, algo que no podía realizarse en los antiguos circuitos telegráficos
y telefónicos, ni con los primeros transmisores que utilizaban chispas de alta tensión para
generar ondas de radio. Por ejemplo, con los tubos de vacío pudieron amplificarse las
señales de radio y de sonido débiles, y además podían superponerse señales de sonido a
las ondas de radio. El desarrollo de una amplia variedad de tubos, diseñados para
funciones especializadas, posibilitó el rápido avance de la tecnología de comunicación
radial antes de la II Guerra Mundial, y el desarrollo de las primeras computadoras, durante
la guerra y poco después de ella.
Hoy día, el transistor, inventado en 1948, ha reemplazado casi completamente al tubo de
vacío en la mayoría de sus aplicaciones. Al incorporar un conjunto de materiales
semiconductores y contactos eléctricos, el transistor permite las mismas funciones que el
tubo de vacío, pero con un coste, peso y potencia más bajos, y una mayor fiabilidad. Los
progresos subsiguientes en la tecnología de semiconductores, atribuible en parte a la
intensidad de las investigaciones asociadas con la iniciativa de exploración del espacio,
llevó al desarrollo, en la década de 1970, del circuito integrado. Estos dispositivos pueden
contener centenares de miles de transistores en un pequeño trozo de material,
permitiendo la construcción de circuitos electrónicos complejos, como los de los
microordenadores o microcomputadoras, equipos de sonido y vídeo, y satélites de
comunicaciones.
Calor
El calor es la transferencia de energía entre diferentes cuerpos o diferentes zonas de un
mismo cuerpo que se encuentran a distintas temperaturas. Este flujo siempre ocurre
desde el cuerpo de mayor temperatura hacia el cuerpo de menor temperatura,
ocurriendo la transferencia de calor hasta que ambos cuerpos se encuentren en equilibrio
térmico (ejemplo: una bebida fría dejada en una habitación se entibia).
Calor cedido calor ganado
El principio en el que se basa la medición del calor es el de la conservación de la energía.
Cuando un cuerpo caliente y uno frío se pone en contacto, el primero cede energía en
forma de calor al segundo hasta que se establece el equilibrio térmico. Por tanto, el calor
cedido por el cuerpo caliente es igual al calor ganado por el cuerpo frío:
Calor cedido por el cuerpo caliente = Calor ganado por el cuerpo frío.
2. Calor específico
El calor específico es una magnitud física que se define como la cantidad de calor que hay
que suministrar a la unidad de masa de una sustancia o sistema termodinámico para
elevar su temperatura en una unidad (kelvin o grado Celsius). En general, el valor del calor
específico depende de dicha temperatura inicial.1 2 Se la representa con la letra
(minúscula).
Campo eléctrico
El campo eléctrico es un campo físico que es representado mediante un modelo que
describe la interacción entre cuerpos y sistemas con propiedades de naturaleza eléctrica.1
Matemáticamente se describe como un campo vectorial en el cual una carga eléctrica
puntual de valor q sufre los efectos de una fuerza eléctrica dada por la siguiente
ecuación:
Campo magnético
El campo magnético es una región del espacio en la cual una carga eléctrica puntual de
valor q, que se desplaza a una velocidad, sufre los efectos de una fuerza que es
perpendicular y proporcional tanto a la velocidad v como al campo B. Así, dicha carga
percibirá una fuerza descrita con la siguiente igualdad.
Donde F es la fuerza, v es la velocidad y B el campo magnético, también llamado inducción
magnética y densidad de flujo magnético. (Nótese que tanto F como v y B son magnitudes
vectoriales y el producto vectorial tiene como resultante un vector perpendicular tanto a v
como a B). El módulo de la fuerza resultante será
Campos magnéticos producidos por medio de una corriente eléctrica
El campo magnético es producido por una corriente eléctrica; cuando la corriente eléctrica
está fluyendo se produce un campo magnético pero cuando ésta deja de fluir desaparece
el campo; al dos campos interactuar se produce un movimiento en el objeto ya que estos
despegan fuerzas que producen el mismo.
3. Características de los líquidos
Los líquidos se caracterizan porque las fuerzas internas en un líquido no dependen de la
deformación total, aunque usual sí dependen de la velocidad de deformación, esto es lo
que diferencia a los sólidos deformables de los líquidos. Los fluidos reales se caracterizan
por poseer una resistencia a fluir llamada viscosidad (que también está presente en los
sólidos viscoelásticos). Eso significa que en la práctica para mantener la velocidad en un
líquido es necesario aplicar una fuerza o presión, y si dicha fuerza cesa el movimiento del
fluido cesa eventualmente tras un tiempo finito.
Carga eléctrica e interacción entre cargas
En física, la carga eléctrica es una propiedad intrínseca de algunas partículas subatómicas
que se manifiesta mediante atracciones y repulsiones que determinan las interacciones
electromagnéticas entre ellas. La materia cargada eléctricamente es influida por los
campos electromagnéticos, siendo a su vez, generadora de ellos. La interacción entre
carga y campo eléctrico origina una de las cuatro interacciones fundamentales: la
interacción electromagnética. Desde el punto de vista del modelo estándar la carga
eléctrica es una medida de la capacidad de la partícula para intercambiar fotones.
Circuitos eléctricos resistivos en serie paralela y mixta
Se define un circuito serie como aquel circuito en el que la corriente eléctrica solo tiene un
solo camino para llegar al punto de partida, sin importar los elementos intermedios. En el
caso concreto de solo arreglos de resistencias la corriente eléctrica es la misma en todos
los puntos del circuito.
Se define un circuito paralelo como aquel circuito en el que la corriente eléctrica se
bifurca en cada nodo. Su característica más importante es el hecho de que el potencial en
cada elemento del circuito tiene la misma diferencia de potencial.
Es una combinación de elementos tanto en serie como en paralelos. Para la solución de
estos problemas se trata de resolver primero todos los elementos que se encuentran en
serie y en paralelo para finalmente reducir a la un circuito puro, bien sea en serie o en
paralelo.
Densidad y Peso especifico
La densidad, es una de las propiedades más características de cada sustancia.
Es a masa de la unidad de volumen.Se obtiene dividiendo una masa conocida de la
sustancia entre el volumen que ocupa.Llamando m a la masa, y v al volumen, la densidad,
d, vale:d= m/v.
El peso específico de una sustancia es el peso de la unidad de volumen.Se obtiene
dividiendo un peso conocido de la sustancia entre el volumen que ocupa.Llamando p al
peso y v al volumen, el peso específico, Pc, vale:Pc= p/v.
4. Diferencia de potencial o voltaje corriente eléctrica resistencia y ley de ohm
La ley de Ohm establece que la intensidad eléctrica que circula entre dos puntos de un
circuito eléctrico es directamente proporcional a la tensión eléctrica entre dichos puntos,
existiendo una constante de proporcionalidad entre estas dos magnitudes. Dicha
constante de proporcionalidad es la conductancia eléctrica, que es inversa a la resistencia
eléctrica.
La ecuación matemática que describe esta relación es:
Donde, I es la corriente que pasa a través del objeto en amperios, V es la diferencia de
potencial de las terminales del objeto en voltios, G es la conductancia en siemens y R es la
resistencia en ohmios (Ω). Específicamente, la ley de Ohm dice que la R en esta relación es
constante, independientemente de la corriente.1
Esta ley tiene el nombre del físico alemán Georg Ohm, que en un tratado publicado en
1827, halló valores de tensión y corriente que pasaba a través de unos circuitos eléctricos
simples que contenían una gran cantidad de cables. Él presentó una ecuación un poco más
compleja que la mencionada anteriormente para explicar sus resultados experimentales.
La ecuación de arriba es la forma moderna de la ley de Ohm.
Esta ley se cumple para circuitos y tramos de circuitos pasivos que, o bien no tienen cargas
inductivas ni capacitivas (únicamente tiene cargas resistivas), o bien han alcanzado un
régimen permanente (véase también «Circuito RLC» y «Régimen transitorio
(electrónica)»). También debe tenerse en cuenta que el valor de la resistencia de un
conductor puede ser influido por la temperatura.
Dilatación de los cuerpos, un caso específico el agua
En general los líquidos aumentan de volumen cuando aumenta la temperatura. El agua no
se comporta como los materiales. Cuando T° del agua aumenta desde 0°C a 4°C, su
volumen disminuye y su densidad aumenta.
Electricidad, Electrostática, Electrodinámica
La electricidad es un fenómeno físico cuyo origen son las cargas eléctricas y cuya energía
se manifiesta en fenómenos mecánicos, térmicos, luminosos y químicos, entre otros.
La electrostática es la rama de la física que estudia los fenómenos eléctricos producidos
por distribuciones de cargas estáticas. La electricidad estática es un fenómeno que se
debe a una acumulación de cargas eléctricas en un objeto.
La electrodinámica es la rama del electromagnetismo que trata de la evolución temporal
en sistemas donde interactúan campos eléctricos y magnéticos con cargas en movimiento.
Una partícula acelerada pierde energía emitiendo radiación.
5. Electromagnetismo
El electromagnetismo es una rama de la física que estudia y unifica los fenómenos
eléctricos y magnéticos en una sola teoría, cuyos fundamentos fueron sentados por
Michael Faraday y formulados por primera vez de modo completo por James Clerk
Maxwell. La formulación consiste en cuatro ecuaciones diferenciales vectoriales que
relacionan el campo eléctrico, el campo magnético y sus respectivas fuentes materiales
(corriente eléctrica, polarización eléctrica y polarización magnética), conocidas como
ecuaciones de Maxwell.
Escalas Termometría
La termometría se encarga de la medición de la temperatura de cuerpos o sistemas. Para
este fin, se utiliza el termómetro, que es un instrumento que se basa en la propiedad de
dilatación de los cuerpos con el calor.Para poder construir el termómetro se utiliza el
Principio Cero de la Termodinámica que dice: "Si un sistema A que está en equilibrio
térmico con un sistema B, está en equilibrio térmico también con un sistema C, entonces
los tres sistemas A, B y C están en equilibrio térmico entre sí".
Gastos y ecuación de continuidad
El gasto es el volumen de un líquido que atraviesa una sección de un conductor en un
segundo. Al gasto, también se le denomina flujo y su símbolo es: Q =Av donde A= área del
conductor y v = velocidad con que fluye. También al gasto se le denomina en algunas
ocasiones rapidez o velocidad de flujo.
Hidráulica
La hidráulica es una rama de la física y la ingeniería que se encarga del estudio de las
propiedades mecánicas de los fluidos. Todo esto depende de las fuerzas que se
interponen con la masa (fuerza) y empuje de la misma.
Hidrodinámica
La hidrodinámica estudia la dinámica de fluidos incompresibles. Etimológicamente, la
hidrodinámica es la dinámica del agua, ya que estudia sus movimientos hidráulicos y las
fuerzas con las que se ejerce puesto que el prefijo griego "hidro-" significa "agua". Aun así,
también incluye el estudio de la dinámica de otros líquidos. Para ello se consideran entre
otras cosas la velocidad, presión, flujo y gasto del fluido.
6. Hidrostática
La hidrostática tiene como objetivo estudiar los líquidos en reposo. Generalmente varios
de sus principios también se aplican a los gases. El término de fluido se aplica a líquidos y
gases porque ambos tienen propiedades comunes. No obstante conviene recordar que un
gas puede comprimirse con facilidad, mientras un líquido es prácticamente
incomprensible.
Amperímetro y Voltímetro
Es el instrumento que mide la intensidad de la Corriente Eléctrica. Su unidad de medida es
el Amperio y sus Submúltiplos, el miliamperio y el micro-amperio. Los usos dependen del
tipo de corriente, ósea, que cuando midamos Corriente Continua, se usara el amperímetro
de bobina móvil y cuando usemos Corriente Alterna, usaremos el electromagnético.
Es el instrumento que mide el valor de la tensión. Su unidad básica de medición es el
Voltio (V) con sus múltiplos: el Megavoltio (MV) y el Kilovoltio (KV) y sub.-múltiplos como
el milivoltio (mV) y el micro voltio. Existen Voltímetros que miden tensiones continuas
llamados voltímetros de bobina móvil y de tensiones alternas, los electromagnéticos.
Ley de Coulomb
La ley de Coulomb puede expresarse como:
La magnitud de cada una de las fuerzas eléctricas con que interactúan dos cargas
puntuales en reposo es directamente proporcional al producto de la magnitud de ambas
cargas e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que las separa.
La constante de proporcionalidad depende de la constante dieléctrica del medio en el que
se encuentran las cargas.
Magnetismo
El magnetismo es un fenómeno físico por el que los materiales ejercen fuerzas de
atracción o repulsión sobre otros materiales. Hay algunos materiales conocidos que han
presentado propiedades magnéticas detectables fácilmente como el níquel, hierro,
cobalto y sus aleaciones que comúnmente se llaman imanes. Sin embargo todos los
materiales son influidos, de mayor o menor forma, por la presencia de un campo
magnético.
El magnetismo también tiene otras manifestaciones en física, particularmente como uno
de los dos componentes de la radiación electromagnética, como por ejemplo, la luz.
7. Materiales conductores y aislantes
Materiales aislantes: son los malos para conducir el calor y la electricidad, ejemplos: el
algodón, la madera, el corcho, fibra de vidrio, hule espuma; materiales conductores: son
los opuestos , pues conducen muy bien el calor y la electricidad, ejemplos: la mayoría de
los metales: oro, plata, cobre, estaño, zinc, hierro, entre los más comunes y sus
aleaciones, el agua químicamente pura es también buen aislante eléctrico, sin embargo
debido a que normalmente tiene solutos iónicos, pierde sus propiedades aislantes, y se
vuelve buena conductora de la electricidad.
Mecanismo de Transferencia de calor
Al imponer un campo magnético a un ferro fluido de susceptibilidad variable, tal como
puede presentarse debido a un gradiente de temperatura, se obtiene una fuerza
magnética no uniforme, que permite una forma de transferencia térmica llamada
convección termomagnética. Esta forma de transferencia es útil cuando el uso de
convección convencional es inadecuado; por ejemplo, en dispositivos a microescala o bajo
condiciones de gravedad reducida.
Potencia eléctrica y el efecto Joule
La potencia eléctrica, representada por la letra, es la tasa (velocidad) de producción o
consumo de energía, como la potencia de un generador o la potencia disipada en una
lámpara. La energía en el SIU se expresa en joules (J) y la potencia se mide en watts (W) o
con frecuencia en kilowatts (kW).
La resistencia es la componente que transforma la energía eléctrica en energía calorífica,
por ejemplo en un horno eléctrico, una tostadora, un hervidor de agua, una plancha, etc.
El efecto Joule puede predecir la cantidad de calor que es capaz de entregar (disipar) una
resistencia.
Presión
La presión es el cociente entre la fuerza normal que incide sobre una superficie o cuerpo y
el valor del cuerpo o la superficie. De esta forma obtenemos esta fórmula:
Existen varios tipos de presión. Las podemos clasificar de la siguiente manera:
1. Presión atmosférica.
2. Presión absoluta.
3. Presión relativa.
8. Principio de Arquímedes
El principio de Arquímedes es un principio físico que afirma que: «Un cuerpo total o
parcialmente sumergido en un fluido en reposo, recibe un empuje de abajo hacia arriba
igual al peso del volumen del fluido que desaloja». Esta fuerza1 recibe el nombre de
empuje hidrostático o de Arquímedes, y se mide en Newton (en el SI). El principio de
Arquímedes se formula así:
Donde E es el empuje,ρf es la densidad del fluido, V el «volumen de fluido desplazado»
por algún cuerpo sumergido parcial o totalmente en el mismo, g la aceleración de la
gravedad y m la masa, de este modo, el empuje depende de la densidad del fluido, del
volumen del cuerpo y de la gravedad existente en ese lugar. El empuje (en condiciones
normales2 y descrito de modo simplificado3) actúa verticalmente hacia arriba y está
aplicado en el centro de gravedad del fluido desalojado por el cuerpo; este punto recibe el
nombre de centro de carena.
Principio de Pascal
En física, el principio de Pascal o ley de Pascal, es una ley enunciada por el físico y
matemático francés Blaise Pascal (1623–1662) que se resume en la frase: la presión
ejercida por un fluido incompresible y en equilibrio dentro de un recipiente de paredes
indeformables, se transmite con igual intensidad en todas las direcciones y en todos los
puntos del fluido.1
El principio de Pascal puede comprobarse utilizando una esfera hueca, perforada en
diferentes lugares y provista de un émbolo. Al llenar la esfera con agua y ejercer presión
sobre ella mediante el émbolo, se observa que el agua sale por todos los agujeros con la
misma velocidad y por lo tanto con la misma presión.
También podemos ver aplicaciones del principio de Pascal en las prensas hidráulicas, en
los elevadores hidráulicos y en los frenos hidráulicos.
Temperatura
La temperatura es una magnitud referida a las nociones comunes de caliente o frío que
puede ser medida con un termómetro. Por lo general, un objeto más "caliente" que otro
puede considerarse que tiene una temperatura mayor, y si es frío, se considera que tiene
una temperatura menor.
9. Teorema de Bernoulli y sus aplicaciones
El principio de Bernoulli, también denominado ecuación de Bernoulli o Trinomio de
Bernoulli, describe el comportamiento de un fluido moviéndose a lo largo de una línea de
corriente.
Chimenea
Las chimeneas son altas para aprovechar que la velocidad del viento es más constante y
elevada a mayores alturas. Cuanto más rápidamente sopla el viento sobre la boca de una
chimenea, más baja es la presión y mayor es la diferencia de presión entre la base y la
boca de la chimenea, en consecuencia, los gases de combustión se extraen mejor.
Tubería
La ecuación de Bernoulli y la ecuación de continuidad también nos dicen que si reducimos
el área transversal de una tubería para que aumente la velocidad del fluido que pasa por
ella, se reducirá la presión.
Natación
La aplicación dentro de este deporte se ve reflejada directamente cuando las manos del
nadador cortan el agua generando una menor presión y mayor propulsión.
Carburador de automóvil
En un carburador de automóvil, la presión del aire que pasa a través del cuerpo del
carburador, disminuye cuando pasa por un estrangulamiento. Al disminuir la presión, la
gasolina fluye, se vaporiza y se mezcla con la corriente de aire.
Flujo de fluido desde un tanque
La tasa de flujo está dada por la ecuación de Bernoulli.
Dispositivos de Venturi
En oxigenoterapia, la mayor parte de sistemas de suministro de débito alto utilizan
dispositivos de tipo Venturi, el cual está basado en el principio de Bernoulli.
Tipos De Imanes
Los imanes pueden ser: naturales o artificiales, o bien, permanentes o temporales.
Un imán natural es un mineral con propiedades magnéticas.
Un imán artificial es un cuerpo de material ferromagnético al que se ha comunicado la
propiedad del magnetismo
Un imán permanente está fabricado en acero imanado
Un imán temporal, pierde sus propiedades una vez que cesa la causa que provoca el
magnetismo.
Un electroimán es una bobina (en el caso mínimo, una espira) por la cual circula corriente
eléctrica.