Introducción a los materiales eléctricos (conductores y aisladores, resistencia) y ley de ohm.

1. Curso
Introducción
a la Ingeniería
EIE 140
Francisco Apablaza M.
2014
famapablaza@hotmail.com

2. Programa: contenidos
CAPITULO 3 RESISTENCIA
3.1 Introducción.
3.2 Conductores y aisladores.
3.3 Semiconductores.
3.4 Ley de Ohm, característica y símbolo.
3.5 Características físicas, tipos de cables.
3.6 Analogía hidromecánica.
3.7 Efectos de la temperatura.
3.8 Tabla de calibre de conductores.
3.9 Tipos de resistores.
3.10 Código de colores.
3.11 Conductancia.
2

3. 3

4. Todos los materiales tienen
intrínsecamente la propiedad de
conducir en mayor o menor medida la
electricidad: conductividad o su inverso
la resistividad.
4

5. Conductividad
Un conductor tiene la aptitud de dejar circular
libremente las cargas eléctricas. La conductividad
depende de la estructura atómica y molecular del
material, los metales son buenos conductores porque
tienen una estructura con muchos electrones con
vínculos débiles y esto permite su movimiento. La
conductividad también depende de otros factores
físicos del propio material y de la temperatura.
5
La conductividad es el inverso de la resistividad, =1/,
y su unidad es el S/m (siemens por metro) o Ω-1·m-1.
La magnitud de la conductividad (σ) es la
proporcionalidad entre el campo eléctrico E y la
densidad de corriente de conducción J: J=  E

6. Datos de conductividad 
6
Metal
Conductividad
Eléctrica
(S·m-1
)
Plata 6,30 × 107
Cobre 5,96 × 107
Cobre Recocido 5,80 × 107
Oro 4,55 × 107
Aluminio 3,78 × 107
Wolframio 1,82 × 107
Hierro 1,53 × 107
Conductividad
Eléctrica
(S·m-1
)
Vidrio 10-10
a 10-14
Lucita < 10-13
Mica 10
-11
a 10
-15
Teflón < 10
-13
Cuarzo 1,33 × 10-18
Parafina 3,37 × 10
-17
Aislantes
Conductividad
Eléctrica
(S·m-1
)
Agua de mar 5
Agua potable 0,0005 a 0,05
Agua desionizada 5,5 × 10-6
Líquidos

7. Clasificación de materiales
Por origen: Naturales o Artificiales
Por función: conductor; luminiscente
(tungsteno); galga o
sensor(manganina); calóricos (nicrom)
Por estado: sólido, líquido, gaseoso
Por característica: liviano, duros,
blandos, Maleabilidad, Ductilidad,
Sensibilidad a la Tª, Resistencia al
uso rudo y el costo.
7

8. Analogía de la resistencia
8

9. Resistencia
La resistencia eléctrica es la oposición
que ofrece un material a la circulación
de la corriente eléctrica a través de él,
transformándola en efecto Joule: I2xR.
No existe el conductor perfecto o el
aislador perfecto.
9
Unidad de Medida: Ohm (Ω).
R

10. Ley de OHM
10

11. Resistencia de un material
Resistencia de cualquier material con un área transversal uniforme
se determina mediante los siguientes factores:
1.- Material. Con su estructura atómica única, reaccionará
diferencialmente a presiones para establecer una corriente a
través de su núcleo.
2.- Longitud. Entre mayor es la trayectoria que la carga debe
recorrer, mayor es el nivel de resistencia. Directamente
proporcional.
3.- Sección Transversal. A mayor área menor es la resistencia.
Inversamente proporcional.
4.- Temperatura. En la mayoría de metales al aumentar la Tª, se
incrementa la resistencia.
11
= resistividad del material [m]

12. Datos de resistividad 
12
Material
Resistividad (a 20 °C)
(Ω·m)
Plata 1,59 x 10-8
Cobre 1,71 x 10-8
Oro 2,35 x 10-8
Aluminio 2,82 x 10-8
Wolframio 5,65 x 10-8
Níquel 6,40 x 10-8
Hierro 9,71 x 10-8
Platino 10,60 x 10-8
Estaño 11,50 x 10-8
Acero
inoxidable 72,00 x 10-8
Grafito 60,00 x 10-8


13. Sección en Alambres Circulares
r = Radio.
d = Diámetro
Mil: Unidad de medición para la longitud y está relacionado con la
pulgada mediante:
Un alambre con un diámetro de 1 mil tiene
un área de 1 mil circular (CM).
4
)(
2
2 d
rAcírculoÁrea




lg11000lg
1000
1
1 pumilspumil 
  CMdosmilscuadramil
d
A 1
444
2
2




13

14. Para un alambre de N mils (N -> Cualquier número positivo).
Sustituyendo ->
Se obtiene:
Como d = N, el área en mils circulares es simplemente igual al
diámetro en mils cuadrados:
CMCMomilcuadraddosmilscuadraCM 273.1
4
1
4
1 


dosmilscuadra
Nd
A
44
22





omilcuadradCM 14 

CMNCM
N
dosmilscuadra
N
A 2
22
4
4
)(
4











 





 2
milsCM dA  14
Sección en Alambres Circulares

15. La constante ρ (resistividad) es diferente para cada material ->
Resistencia de un alambre de 1 pie de longitud por 1 mil de
diámetro, medida a 20ºC.





 

pies
CM
l
RA

15
Sección en Alambres Circulares

16. Variación de la resistencia
con la temperatura
Para la mayoría de los conductores metálicos, la
resistencia tiende a aumentar con un incremento de
la temperatura. Cuando aumenta el movimiento
atómico y molecular en el conductor se obstaculiza el
flujo de carga. El incremento en la resistencia para la
mayoría de los metales es aproximadamente lineal
cuando se compara con los cambios de temperatura.
Los experimentos han demostrado que el aumento en
la resistencia ∆R es proporcional a la resistencia
inicial Ro y al cambio de temperatura.
16

17. 17

18. Coeficiente de temperatura 
La resistencia varía según:
∆R =  Ro ∆t ó RT= R0 [1+ (T-T0)]
Donde  es una característica del material y se
conoce como coeficiente de temperatura de la
resistencia. La ecuación para definir  se puede
determinar despejando la ecuación anterior:
=∆R / Ro ∆t
El coeficiente de temperatura de la resistencia es el cambio en
la resistencia, por unidad de resistencia, por cada grado de
cambio en la temperatura. Su unidad es °C-1.
 está dada por dos factores de variación: coeficiente de
dimensión (longitud) y de temperatura, pero predomina la
temperatura.
18

19. Datos de coeficiente de Tº: 
19
http://www.ni.com/white-paper/3643/es/
Material α en °C-1
Acero 3.0 x 10-3
Plata 3.7 x 10-3
Cobre 3.8 x 10-3
Platino 3.9 x 10-3
Hierro 5.1 x 10-3
Níquel 8.8 x 10-3
Carbón -5.0 x 10-4

20. Coeficiente en otros
materiales
“Para buenos conductores, un aumento en la Tª
resultará en un aumento en el nivel de resistencia ->
Coeficiente Térmico de Resistencia Positivo”
Aislantes: “ Un aumento de temperatura resultará en
una disminución de la resistencia de un aislante. El
resultado es un coeficiente térmico de resistencia
negativo”
Semiconductores: un aumento de temperatura
resultará en una disminución en el nivel de resistencia
-> Coeficiente Térmico de Resistencia Negativo”
20

21. Variación por Tº en PPM/ºC
21
 También existe la especificación proporcionada en
partes por millón por grado Celsius (PPM/ºC), que
da una indicación inmediata del nivel de sensibilidad
del resistor a la temperatura.
 Resistores (5.000PPM/ºC –Alto ; 20PPM/ºC – Bajo).
Por Ej.: Característica de 1.000PPM/ºC -> Un
cambio en 1 ºC en temperatura ocasionará un
cambio en resistencia igual a 1,000PPM, o
1.000/1.000.000 = 1/1.000 de su valor nominal –No
es un cambio importante.
)()(
106
min
TPPM
R
R alno


22. Conductores
Eléctricos
Coaxiales
Bobinas – Motores
PIN
22

23. Cables y alambres
23

24. Cables en
telecomunicaciones
24

25. Calibres AWG
25
Estandarizar el tamaño
del alambre producido.
Calibres de alambre
EEUU:AWG,
(American Wire Gauge).
Europa usa mm.

26. Resistores: componente electrónico
http://hagamoselectronica.blogspot.com/2010/05/tipos-de-resistores.html
26
SMT:Surface Mount Technology

27. Resistores fijos y variables
27

28. 28

29. Código de colores
29Sin Tol: 20%

30. Valores estándar de R
30

31. Óhmetro - Megger
31
?

32. 32
Mide resistencias, circuito abierto y
cerrado

33. 33
Un óhmetro es un conjunto de elementos:
G + Ro + Batería

34. ¿Qué es un puente Wheatstone? 34
Combinaciones para distintas escalas
?

35. Aisladores
Tienen un comportamiento totalmente
opuesto a los conductores… muy alta
resistividad. Tienen características
dieléctricas.
Se utilizan para prevenir el contacto
indeseado entre conductores.
Materiales típicos: vidrio; loza,
cerámica; plásticos; etc.
35

36. 36

37. 37También pueden ser líquidos o gases

38. Semiconductores
38

39. Principal elemento de la
electrónica
39

40. Conclusión
40

41. 41
Preguntas

42. FIN
42