Читать книгу Electrónica para makers - Паоло Аливерти - Страница 12

Muchas veces hemos formulado preguntas como estas: “¿A cuánto funciona este electrodoméstico?, A 220 V, o bien ¿Con qué baterías funciona este juguete?, Utiliza una pila de 9 V”.

Recuperemos la metáfora del agua, la cual puede circular si existe un desnivel. Por razones similares, la corriente eléctrica puede circular si existe un desnivel o una diferencia de potencial, que es como decir que dos extremos se sitúan en alturas distintas.

Figura 1.11 - El agua puede circular por una tubería si existe un desnivel entre sus dos extremos.

Si tomamos un tubo muy largo, lo ponemos en el suelo y lo llenamos de agua, esta saldrá por el otro extremo con poca fuerza. Ahora bien, si elevamos uno de los dos extremos, el agua saldrá con mucha más fuerza. Cuanto mayor sea el desnivel, mayor será la fuerza (o presión) a la salida del tubo. Podemos imaginarnos la tensión como el desnivel desde el cual cae el agua: es como la altura de una cascada de agua.

Supongamos que podemos acumular un cierto número de cargas positivas en un punto y colocar a cierta distancia un segundo grupo de cargas negativas. Entre ambos grupos de cargas se crea un campo eléctrico, del mismo modo que, si pusiéramos una pequeña carga positiva en este campo, esta se desplazaría hacia el grupo con signo negativo modificando su energía. Una carga eléctrica, quieta en un campo eléctrico, posee un determinado nivel de energía potencial solo por el hecho de estar en un punto preciso y de permanecer quieta en él. La energía potencial depende únicamente de la posición, de nada más (por eso se asemeja a la altura a la cual ponemos el tubo con el agua). El voltaje se obtiene dividiendo la energía potencial entre la cantidad de carga de la partícula y expresa la cantidad de energía necesaria para desplazarla. Se habla de diferencia de potencial porque resulta difícil realizar medidas absolutas y es más fácil hacer comparaciones y proporcionar medidas relativas.

La unidad de medida de la tensión es el voltio, del nombre del conde y científico Alessandro Volta (1745–1827), famoso también por ser el inventor de la pila y descubrir el metano.

Figura 1.12 - Alessandro Volta (1745–1827).

Las diferencias de potencial se miden con un voltímetro. Existen voltímetros electromecánicos con galvanómetro, que, normalmente, se encuentran en los cuadros eléctricos. Nosotros utilizaremos un práctico multímetro o tester, un instrumento que puede ejecutar distintos tipos de medidas eléctricas, entre las cuales se encuentra la de la tensión.

Si queremos utilizar un tubo muy largo para que salga el agua con cierta fuerza o cubrir distancias largas, es preciso que la diferencia de altura entre los extremos del tubo sea importante. Es lo que ocurre en las centrales eléctricas que generan corriente de alto voltaje (incluso cientos de miles de voltios), para después introducirla en una línea de alta tensión que viaja cientos de quilómetros. Al final de la línea la tensión se reduce con un transformador antes de ser transportada hasta las casas o las fábricas.

Figura 1.13 – Para recorrer grandes distancias es preciso que la tensión sea muy elevada.

La tensión de la corriente que llega a nuestras casas y que utilizan la mayor parte de los electrodomésticos es de unos 220 voltios. Los pequeños electrodomésticos utilizan tensiones inferiores, de 12 o 15 voltios. En los cables USB que conectamos a nuestro ordenador tenemos 5 voltios. Las diferencias de potencial elevadas son muy peligrosas (aunque por norma general cuenta la combinación de corriente y tensión), porque las tensiones elevadas pueden superar obstáculos e, incluso, perforar capas de aislante: pensemos en los rayos que atraviesan miles de metros de aire para acabar en el suelo.

Para evitar que un circuito quede dañado, y que nosotros mismos nos hagamos daño, es necesario comprobar que:

• la tensión sea correcta;

• exista suficiente corriente.

La alimentación de un circuito la proporciona un generador, término mediante el cual se designa un alimentador, una batería o cualquier cosa capaz de proporcionar corriente o tensión. La tensión que proporciona el generador y la que necesita el circuito deben coincidir. Supongamos que el alimentador sea una pequeña cascada de agua y el circuito, un pequeño molino. Si la rueda del molino es demasiado grande, la cascada no conseguirá llenar la rueda del molino y hacer que se mueva. En cambio, si la cascada es demasiado alta y la rueda del molino es muy pequeña, la caída del agua dañará o destruirá por completo la rueda.

Figura 1.14 - Para hacer rodar la rueda del molino, la cascada debe tener la altura adecuada.

Si la tensión del alimentador es inferior a la tensión que necesita el circuito, este no funcionará. Si intentamos alimentar un dispositivo eléctrico que necesita tres pilas de 1,5 voltios con una única pila, difícilmente el dispositivo dará señales de vida. Si conectáramos el dispositivo a cuatro o cinco pilas, seguramente lo quemaríamos.

Figura 1.15 – Para funcionar, cada dispositivo necesita una tensión adecuada.

Todo circuito consume una cantidad determinada de corriente. Si le proporcionamos poca corriente, el circuito no funcionará o se encenderá de modo incorrecto. Imaginemos que estamos en la orilla del Po. Por este río circula una gran cantidad de agua. Sumergimos un tubo en el río y sacamos agua para hacer girar nuestro molino. ¿Qué ocurrirá? El tubo se llenará con el agua suficiente para hacer trabajar la rueda del molino.

Figura 1.16 – Un río con una gran capacidad puede proporcionar toda el agua necesaria.

Ahora imaginemos que estamos en la orilla de una pequeña y pobre acequia de la región de la Bassa Lodigiana. Si los mosquitos nos lo permiten, intentamos sumergir el tubo en el agua, el cual, ahora, será difícil que se llene y la rueda del molino no rodará. En mi laboratorio tengo un alimentador regulable en el cual puedo ajustar la tensión o la corriente según mis necesidades. Para encender un circuito que funciona a 5 voltios y que necesita un amperio de corriente, debo ajustar la regulación del voltaje exactamente a 5 voltios (o un poco menos). Si aumentase la tensión hasta 7 voltios, el circuito se quemaría (¡no lo hagáis!). El alimentador cuenta también con un regulador para la corriente. Si la corriente se ajusta a 0 amperios, el circuito está apagado, aunque la tensión sea correcta, porque no le llega corriente. Es como si hubiera metido mi tubo en un torrente sin agua. Aumentando la corriente hasta 0,5 amperios, el circuito podría ponerse en marcha y encenderse. Algunos dispositivos podrían funcionar de forma incorrecta o incluso dañarse. Ajustando la corriente a un amperio, el circuito funcionará bien. ¿Qué ocurriría si aumentáramos la corriente hasta 15 amperios? ¿Explosionaría todo? ¡No! Es como si hubiera sumergido mi tubo en el Po: el tubo se llena por completo y el molino tiene toda el agua que necesita.

Figura 1.17 - Los alimentadores de laboratorio pueden regular corriente y tensión.