Circuitos y sistemas eléctricos
La presencia de los productos y la tecnología eléctrica y electrónica en la vida cotidiana es abrumadora. Por ello es fácil justificar la oportunidad de enseñar contenidos y destrezas relativos al manejo de los circuitos y aparatos eléctricos de bajo voltaje. Pero no resulta sencillo, en cambio, justificar la necesidad de enseñar contenidos de electrónica en la Secundaria. Y, aun llegando a la conclusión de que serían útiles algunos conocimientos de electrónica, es difícil calibrar hasta qué punto.
Los productos electrónicos no se dejan trastear. Constituyen verdaderos sistemas interdependientes: un fallo en uno sólo de sus múltiples componentes afecta severamente al conjunto completo. Son, además, artefactos cerrados y opacos para el usuario. La lógica de su funcionamiento es compleja y depende, en gran medida, de las características de sus componentes. Las piezas de un sistema electrónico tienen formas y tamaños normalizados. Su función no se corresponde con su forma. Los componentes se identifican mediante códigos, tipos comerciales y requisitos normalizados, asequibles tan sólo a un público de perfil ingenieril.
Reparar una avería está fuera del alcance de un usuario convencional, a diferencia de los sistemas mecánicos. Sólo un contadísimo número de casos permite la intervención del usuario: fallos de alimentación o en los interruptores y reguladores de mando. La reposición de componentes o subsistemas están controlados por los servicios de asistencia técnica, que ya no proporcionan una información técnica (esquemas, planos de conexiones y valores de servicio) que eran y son perfectamente inútiles para el usuario común. Cada vez hay menos aparatos construidos con componentes discretos y más circuitos integrados. Un fallo en un componente se resuelve sustituyendo el módulo, placa o subsistema completo. Es más barato.
Está por lo tanto, fuera de nuestro alcance capacitar a los alumnos para reparar sus aparatos electrónicos. El interés del usuario se enfoca, en cambio, en adoptar una decisión de compra correcta, en base a los datos que proporcionan los fabricantes sobre las funciones y características técnicas de sus aparatos. ¿Están los potenciales usuarios en condiciones de valorar y comparar esos datos técnicos? ¿Cuáles de esas variables deberían ser de conocimiento común? ¿Debería saber todo el mundo qué significan conceptos como ancho de banda, relación señal/ruido, potencia de salida, sensibilidad, valor r.m.s., etc.?
¿Y qué pensar de la electrónica artesanal? ¿Es útil? ¿Para qué? Hay un cierto margen de maniobra para diseñar y construir pequeños dispositivos adaptados a nuestras necesidades particulares: alimentadores de cc, cargadores de baterías, avisadores y actuadores que funcionan bajo ciertas condiciones de luz, humedad o presencia, indicadores, amplificadores, etc.
El aprendizaje de algunos rudimentos de electrónica artesanal, en la E.S.O., permite asomarse a un universo complejo y vastísimo. Pero hay que hacerlo en condiciones que garanticen razonablemente el éxito: con información simplificada, proyectos muy dirigidos y contenidos muy limitados. Presentar la electrónica como algo inabarcable y muy complicado no conduce a nada.
En el primer ciclo deberían quedar claras las leyes básicas que regulan los circuitos eléctricos y sus magnitudes. En el tercer curso pueden estudiarse la producción y distribución de la energía eléctrica, hasta desembocar en las instalaciones domésticas. También puede estudiarse el funcionamiento de los electrodomésticos más comunes y las conexiones de aparatos en serie y paralelo.
En cuarto curso se introducirá a los alumnos en el conocimiento de los componentes y circuitos electrónicos básicos, incluyendo el manejo de algunos circuitos integrados secuenciales (555), operacionales (741) y amplificadores de audio corrientes
Los productos electrónicos no se dejan trastear. Constituyen verdaderos sistemas interdependientes: un fallo en uno sólo de sus múltiples componentes afecta severamente al conjunto completo. Son, además, artefactos cerrados y opacos para el usuario. La lógica de su funcionamiento es compleja y depende, en gran medida, de las características de sus componentes. Las piezas de un sistema electrónico tienen formas y tamaños normalizados. Su función no se corresponde con su forma. Los componentes se identifican mediante códigos, tipos comerciales y requisitos normalizados, asequibles tan sólo a un público de perfil ingenieril.
Reparar una avería está fuera del alcance de un usuario convencional, a diferencia de los sistemas mecánicos. Sólo un contadísimo número de casos permite la intervención del usuario: fallos de alimentación o en los interruptores y reguladores de mando. La reposición de componentes o subsistemas están controlados por los servicios de asistencia técnica, que ya no proporcionan una información técnica (esquemas, planos de conexiones y valores de servicio) que eran y son perfectamente inútiles para el usuario común. Cada vez hay menos aparatos construidos con componentes discretos y más circuitos integrados. Un fallo en un componente se resuelve sustituyendo el módulo, placa o subsistema completo. Es más barato.
Está por lo tanto, fuera de nuestro alcance capacitar a los alumnos para reparar sus aparatos electrónicos. El interés del usuario se enfoca, en cambio, en adoptar una decisión de compra correcta, en base a los datos que proporcionan los fabricantes sobre las funciones y características técnicas de sus aparatos. ¿Están los potenciales usuarios en condiciones de valorar y comparar esos datos técnicos? ¿Cuáles de esas variables deberían ser de conocimiento común? ¿Debería saber todo el mundo qué significan conceptos como ancho de banda, relación señal/ruido, potencia de salida, sensibilidad, valor r.m.s., etc.?
¿Y qué pensar de la electrónica artesanal? ¿Es útil? ¿Para qué? Hay un cierto margen de maniobra para diseñar y construir pequeños dispositivos adaptados a nuestras necesidades particulares: alimentadores de cc, cargadores de baterías, avisadores y actuadores que funcionan bajo ciertas condiciones de luz, humedad o presencia, indicadores, amplificadores, etc.
El aprendizaje de algunos rudimentos de electrónica artesanal, en la E.S.O., permite asomarse a un universo complejo y vastísimo. Pero hay que hacerlo en condiciones que garanticen razonablemente el éxito: con información simplificada, proyectos muy dirigidos y contenidos muy limitados. Presentar la electrónica como algo inabarcable y muy complicado no conduce a nada.
En el primer ciclo deberían quedar claras las leyes básicas que regulan los circuitos eléctricos y sus magnitudes. En el tercer curso pueden estudiarse la producción y distribución de la energía eléctrica, hasta desembocar en las instalaciones domésticas. También puede estudiarse el funcionamiento de los electrodomésticos más comunes y las conexiones de aparatos en serie y paralelo.
En cuarto curso se introducirá a los alumnos en el conocimiento de los componentes y circuitos electrónicos básicos, incluyendo el manejo de algunos circuitos integrados secuenciales (555), operacionales (741) y amplificadores de audio corrientes
Fundamentos
Quizá una de las dificultades más notables de nuestra disciplina es la de enseñar los fundamentos de los sistemas eléctricos, con su pléyade de magnitudes y unidades, de tal modo que nuestros alumnos comprendan no sólo los conceptos, sino también sus implicaciones prácticas.
La mayoría de esos conceptos son abstracciones, que se sustentan en la relación entre magnitudes físicas como, por ejemplo, "el trabajo por unidad de carga", "la carga por unidad de tiempo" y cosas semejantes. Los alumnos adolescentes prefieren lo concreto porque les cuesta mucho todavía moverse en el terreno de la abstracción.
Si pudiéramos diseñar actividades sencillas, que mostrasen de forma concreta, dramática y clara los fenómenos principales, habríamos abierto un camino hacia la comprensión de las aplicaciones técnicas de la electricidad.
Comparto el punto de vista de algunos profesionales de la enseñanza, que abogan por darle un cierto aire de espectáculo a las enseñanzas científicas y técnicas, para lograr una mayor empatía. Véase, por ejemplo, Physics on stage, una iniciativa apoyada por insituciones científicas de enorme peso, para mejorar la comprensión de la ciencia y la tecnología.
A mi también me gusta ser muy enfático, cuando explico los fenómenos básicos de la electricidad, y procuro utilizar imágenes muy gráficas para que me entiendan. En estas páginas dejo algunas de las actividades que utilizo para intentar esa aproximación, enfática y teatral, a los conceptos básicos de la electricidad.
La mayoría de esos conceptos son abstracciones, que se sustentan en la relación entre magnitudes físicas como, por ejemplo, "el trabajo por unidad de carga", "la carga por unidad de tiempo" y cosas semejantes. Los alumnos adolescentes prefieren lo concreto porque les cuesta mucho todavía moverse en el terreno de la abstracción.
Si pudiéramos diseñar actividades sencillas, que mostrasen de forma concreta, dramática y clara los fenómenos principales, habríamos abierto un camino hacia la comprensión de las aplicaciones técnicas de la electricidad.
Comparto el punto de vista de algunos profesionales de la enseñanza, que abogan por darle un cierto aire de espectáculo a las enseñanzas científicas y técnicas, para lograr una mayor empatía. Véase, por ejemplo, Physics on stage, una iniciativa apoyada por insituciones científicas de enorme peso, para mejorar la comprensión de la ciencia y la tecnología.
A mi también me gusta ser muy enfático, cuando explico los fenómenos básicos de la electricidad, y procuro utilizar imágenes muy gráficas para que me entiendan. En estas páginas dejo algunas de las actividades que utilizo para intentar esa aproximación, enfática y teatral, a los conceptos básicos de la electricidad.
Fenómenos y magnitudes eléctricas: el efecto Joule
Cómo mostrar el efecto Joule? Hay muchas maneras válidas de experimentar el calentamiento producido por el paso de la corriente eléctrica a través de un medio material. La más sencilla consiste en poner al rojo un hilo resistente, hecho de Nicrom o de cualquier otra aleación de alta resistencia. También se puede alimentar el filamento de una bombilla con una tensión creciente para ver cómo se calienta, se pone al rojo después y, con una tensión adecuada, se pone incandescente y emite luz.
La olla eléctrica
Pero, para experimentar con el efecto Joule eché mano del recuerdo, que guardo de mis tiempos de estudiante en un internado, de los inventos que ingeniábamos para poder calentar por la noche un café, con leche condensada, en el enorme dormitorio colectivo en el que descansábamos. Utilizábamos un bote de Cola-Cao, que entonces eran de hojalata, lleno de agua. Sumergíamos un objeto metálico cualquiera, procurando que no tocase ni las paredes ni el fondo del bote, para evitar un cortocircuito y conectábamos a la red de 220 voltios el bote metálico y el electrodo sumergido. Al cabo de veinte minutos, el agua estaba hirviendo.
Mi propuesta, para experimentar el efecto Joule, consiste en calentar agua con una olla eléctrica semejante a las que utilizaba en mi época de estudiante, haciendo pasar la corriente a través de ella. Con esta actividad se descubren algunos fenómenos muy interesantes, además del efecto Joule: (1) la resistencia eléctrica del agua varía con la temperatura y (2) la corriente circula por la superficie del agua.
Mi propuesta, para experimentar el efecto Joule, consiste en calentar agua con una olla eléctrica semejante a las que utilizaba en mi época de estudiante, haciendo pasar la corriente a través de ella. Con esta actividad se descubren algunos fenómenos muy interesantes, además del efecto Joule: (1) la resistencia eléctrica del agua varía con la temperatura y (2) la corriente circula por la superficie del agua.
Debe buscarse un contexto adecuado para emprender esta actividad en un momento del curso, o durante el transcurso de un proyecto, en el que se estén estudiando fenómenos relacionados con el efecto Joule: resistencia eléctrica, materiales buenos y malos conductores, efectos de la corriente, potencia eléctrica, etc.
La construcción de la olla eléctrica es muy simple. Un bote metálico actuará como electrodo y servirá para contener el agua. Para el otro electrodo utilizo un tubo de cobre sumergido, tal como se muestra en la figura de la izquierda. Hay otras alternativas, utilizando un recipiente aislante e introduciendo dos electrodos en el agua, pero creo que es más sencilla la forma propuesta
La construcción de la olla eléctrica es muy simple. Un bote metálico actuará como electrodo y servirá para contener el agua. Para el otro electrodo utilizo un tubo de cobre sumergido, tal como se muestra en la figura de la izquierda. Hay otras alternativas, utilizando un recipiente aislante e introduciendo dos electrodos en el agua, pero creo que es más sencilla la forma propuesta
Para garantizar la seguridad hay que resolver dos problemas: (a) debe mantenerse el aislamiento entre el bote y el electrodo central y (b) la conexión del cable a la vasija y el electrodo sumergido debe ser firme, para que los cables no puedan soltarse. Para evitar que el tubo de cobre toque el bote metálico, utilizo un soporte de madera en el que cuelgo el electrodo con un pasador y, para facilitar la conexión del cable de alimentación, sueldo sendos terminales Faston al bote y al tubo.
Circuito de prueba
El día que probamos el funcionamiento de la olla, conectamos dos polímetros en el circuito de alimentación para medir la tensión y la corriente que absorbía. Un termómetro sumergido nos sirvió para medir la temperatura del agua. El circuito de prueba se corresponde con el esquema de la figura de la derecha.
Pedí a mis alumnos que dibujasen una tabla en su cuaderno, con seis columnas: tiempo transcurrido (t), Tensión de alimentación (V), Intensidad de corriente (I), Temperatura del agua (T), Resistencia eléctrica del agua (R) y Potencia consumida (P).
Asigné a cada miembro del grupo la tarea de leer una de las magnitudes cada minuto, siguiendo el ritmo marcado por el cronometrador oficial, y empezamos a anotar los valores de los instrumentos.
Pedí a mis alumnos que dibujasen una tabla en su cuaderno, con seis columnas: tiempo transcurrido (t), Tensión de alimentación (V), Intensidad de corriente (I), Temperatura del agua (T), Resistencia eléctrica del agua (R) y Potencia consumida (P).
Asigné a cada miembro del grupo la tarea de leer una de las magnitudes cada minuto, siguiendo el ritmo marcado por el cronometrador oficial, y empezamos a anotar los valores de los instrumentos.
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Nombre: Josmar Eduardo Depablos Rodriguez
Asignatura: Circuitos de Alta Frecuencia
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