Fundamentos de Resistencia y Capacitancia: Componentes y Principios Eléctricos

Conceptos Fundamentales de Electricidad

Resistencia Eléctrica (R)

La Resistencia es la oposición que un material presenta al paso de la corriente eléctrica. Físicamente, se define según la Ley de Ohm como la relación entre la tensión (V) y la intensidad (I): $R = V/I$. Una resistencia es directamente proporcional a la tensión e inversamente proporcional a la intensidad. Cuando una intensidad de corriente (I) atraviesa una resistencia, produce en sus terminales una diferencia de potencial o caída de tensión.

Fuerza Electromotriz (FEM)

La FEM es el trabajo que se aplica para mover una carga desde un punto del campo eléctrico hacia otro.

Resistor vs. Resistencia

El Resistor es el componente eléctrico físico, mientras que la Resistencia es el valor óhmico de dicho componente.

Tipos de Resistores

A continuación, se detallan las clasificaciones de resistores según su fabricación y uso:

Resistores Fijos

• De Carbón: Se fabrican en rangos de 1 $\Omega$ a 22 M$\Omega$. Son los más económicos, fabricados con un 5% de error y un 10% de tolerancia.
• De Metal Depositado: Son muy estables ante los cambios de temperatura. Se fabrican con un 1% de error. (Nota: Actualmente, su fabricación es limitada o descontinuada).
• De Gran Exactitud: Son resistencias fabricadas con un 1% de exactitud. No suelen fabricarse con valores superiores a 120 k$\Omega$. Vienen en presentaciones de 1/4 W.
• De Gran Potencia: Están arrolladas a un cilindro de porcelana. Su particularidad es que tienen un error del 20% o más. Sirven para calefaccionar y se fabrican hasta 120 k$\Omega$.
• De Usos Múltiples: Son resistencias que no superan los 20 W. Se utilizan en múltiples aplicaciones y suelen provocar grandes caídas de tensión.

Resistores Variables

• Reostatos (Reoactivas): Son aquellas que están conectadas en serie y se utilizan para regular la corriente eléctrica.
• Potenciómetro: Es un componente que controla la corriente eléctrica y las tensiones, generalmente conectado en paralelo.

Resistores Especiales

• Termistores: Resistencias cuyo valor (R) se eleva a medida que su temperatura (T) también se incrementa.
• Varistores: Resistencias donde el valor de R disminuye cuando la tensión aplicada se eleva.

Otros Conceptos Relacionados

Estereofonía: Se refiere al sonido en formato tridimensional (3D).

Capacitancia y Cargas Eléctricas

El Capacitor

El Capacitor es un componente eléctrico o electrónico que permite almacenar energía en forma de campo eléctrico.

Electrostática y Cargas Eléctricas

La Electroestática estudia las distintas cargas en reposo. Las Cargas Eléctricas son las propiedades que tienen algunas partículas de repelerse o atraerse. Se generan por la pérdida o ganancia de electrones en los átomos.

• Una batería produce y mantiene cargas en movimiento (Corriente, $I = C/S$).
• El capacitor almacena cargas estáticas y electrostáticas. Su capacidad se define como $C = Q/V$, donde la unidad es el Faradio (F).

Rigidez Dieléctrica

Es la resistencia que presenta el material dieléctrico a la ruptura o perforación dentro del capacitor. Para cargar completamente un capacitor, la tensión debe disminuir y la corriente se hace nula.

Clasificación de Capacitores

Capacitores Polarizados

Estos componentes tienen una polaridad definida (positivo y negativo).

• De Aluminio: Tienen una terminal más larga (+) y una más corta (-). Contienen un gas en su interior y poseen un ánodo y un cátodo. Con el tiempo, pueden perder la capa de óxido. Son capaces de manejar varias frecuencias.
• Electrolíticos de Tantalio: Son polarizados y tienen el positivo marcado en un costado. Utilizan una sal de tantalio como aislante. La ventaja es que permiten mayores capacidades en tamaños más pequeños y tienen menos pérdidas. Trabajan a 50 Hertz.

Capacitores No Polarizados

Estos componentes no tienen una polaridad definida y pueden conectarse en cualquier dirección.

• Cerámicos: Pertenecen al grupo de no polarizados y contienen placas de cerámica.
• De Mica: Se encuentran comúnmente en rocas o en el interior de planchas, sirviendo como aislantes. Tienen la particularidad de ser muy estables y trabajar a altas frecuencias. Son similares a los de tantalio en estabilidad.
• De Papel Impregnado: Aunque no son polarizados, entran en la categoría de electrolíticos. Se utilizan frecuentemente para el arranque de motores monofásicos.
• Cilíndricos: Su mayor complejidad radica en el cálculo, ya sea para un capacitor recto o plano. Los de poliéster pueden trabajar a frecuencias de casi un billón por segundo.
• Variables: Varían la cantidad de placas que están en contacto con el aire. Son de los diseños más antiguos.

Limitaciones y Propiedades

Los capacitores de aluminio están limitados por la tensión; cuanto más grande sea el capacitor, mayor tensión podrá manejar.

Propiedades de los Capacitores

Los capacitores presentan pérdidas o fugas de corriente. La fuga de corriente está determinada por la calidad del dieléctrico y por la envoltura de la placa. El mejor aislante para el dieléctrico de los capacitores es el papel Millian.

Experiencia Práctica con el Osciloscopio

El Osciloscopio es un instrumento que grafica las señales eléctricas a lo largo del tiempo. Estos valores se presentan en un sistema de coordenadas, donde el eje X representa el tiempo y el eje Y representa las tensiones.

Montaje Experimental

En la experiencia práctica, el osciloscopio se conecta a una placa que contiene varios componentes:

• Un capacitor electrolítico.
• Un capacitor cerámico.
• Resistencias de carbón.
• Un LED (que indica si está recibiendo o no corriente).

Gracias a que el osciloscopio está conectado a un equipo LIEPE, es posible variar la onda mediante un regulador.