Física II

Colegio Técnico del estado de México

Plantel 080 Temoaya

Moduló
Manejo de espacios y cantidades
DOCENTE

Juan Jose Chavez Ramirez
Alumna:Esmeralda Mancilla Martinez
Grupo 104
Turno:Vespertino
Pagina creada con el propósito de informar a la sociedad de un nuevo mañana para las matemáticas y la tecnología con un prototipo robotico que ayudara a fomentar un desarrollo sustentable y económico para el mundo ademas de fortalecer el desarrollo de las tecnologías de la información y comunicación.

Principio físico del prototipo  

Este modelo nos permite definir la electricidad, es decir, una fuerza que ocurre entre dos partículas por una propiedad que es la carga eléctrica. ¿Pero qué es la carga eléctrica?, como he dicho antes, es una magnitud que podemos ver en las partículas que hacen que entre ellas se atraigan o se repelan. (Aunque, profundizando más, es difícil dar con una explicación coherente,

Pues bien, si tomamos el electrón como carga negativa y al núcleo carga positiva, tenemos dos propiedades totalmente opuestas. Se observa también, que dos partículas de la misma carga se repelen y partículas de distinta carga se atraen. Esto nos da un estudio fundamental de la electricidad,  de ver cómo se atraen o se repelen esas partículas. Esto produce los fenómenos tan visibles como el rayo, la electricidad estática, etc.

Pero también se observa que en ciertos materiales las partículas cargadas los recorren en un sentido dado y que los recorren con mayor o menor intensidad dependiendo del material. Esto es el principio básico de la electrónica, que nos permite crear circuitos y como no, crear toda la tecnología que nos rodea.

Para entender mejor como funciona la electrónica, vamos a suponer que tenemos un estanque a una cierta altura lleno de agua. Dicho estanque está conectado a una red de tuberías, de distinto grosor, que llevan el contenido del primer estanque a un segundo estanque, el cual, se encuentra a una altura menor que el primero. Además, del segundo estanque al primero hay una pequeña bomba capaz de subir el agua, para que pueda volver a caer.

Pues bien, si el lector tiene en mente lo que he descrito anteriormente tiene una cierta idea de como funciona un circuito electrónico. Básicamente el primer estanque, sería el polo positivo de, por ejemplo, una pila. Las tuberías serían los distintos componentes que componen el circuito (resistencias, pistas, condensadores,etc…). El último estanque sería el polo negativo de nuestra pila y la bomba sería en si la pila.

También podemos hacer analogías con las magnitudes para estudiar el circuito, así por ejemplo, el voltaje es análogo a la altura entre ambos estanques, la intensidad en cada parte del circuito es igual al caudal que existe en cada tubería y por último, la resistencia es similar al grosor de la tubería (si este es menor, dificulta el paso del agua).

Pues lo definido anteriormente son las bases de la ingeniería electrónica. Nos centramos ahora para definir unas pequeñas leyes que nos servirán a la hora de entender un circuito.

Ley de Ohm

En la analogía anterior, hemos descrito tres propiedades que tiene que tener un circuito para que funcione, y son las siguientes

Voltaje: Para el caso del estanque y las tuberías, hemos dicho, que el estanque inicial tiene que estar a una altura del final. Pues bien, para que un circuito funcione, el polo positivo tiene que tener muchas más carga negativa (electrones) que el polo negativo. Esto lo que hace, es que haya una diferencia de potencial, que hace que los electrones vayan del polo positivo al negativo para intentar igualar la carga en ambos polos. A esto se le llama Voltaje.

Intensidad: En el caso del estanque el agua tendrá una mayor velocidad o caudal si mayor es la altura. En el caso del circuito, tendremos que para una sección del circuito pasarán más o menos cargas dependiendo del voltaje. A la cantidad de carga que pasa por un punto le llamaremos intensidad.

Resistencia: Si os dais cuenta, cuando he descrito el modelo del estanque he dicho que habían tuberías de diferente grosor. Esto lo que hace es que el agua se frene más (baje su intensidad) si la tubería es más estrecha y vaya más rápido si la tubería es más grande (suba la intensidad). En un circuito pasa algo similar, el paso de las cargas a través de materiales se dificulta dependiendo de la resistencia que tenga este material al paso de cargas.

Inevitablemente, al definir estas propiedades, se hace referencia a las otras. Pues esto es porque todas ellas están relacionadas y todas las magnitudes dependen de las otras, ¿cómo?, por la ley de Ohm. Esta ley nos dice que el voltaje de una sección del circuito depende de la intensidad de carga que hay en dicha sección y de la resistencia que ofrezca el material de dicha sección. Se relaciona mediante esta formula:

Voltaje = Resistencia x Intensidad

Esta relación la usaremos muy a menudo en circuitos electrónicos.

Leyes de Kirchhoff

En el caso del estanque, digamos que tenemos una cantidad inicial de agua en el estanque, que tiene que llegar al estanque final. Esto nos define, que en el tiempo, la cantidad de agua no varia en todo el circuito del estanque es decir, la cantidad de agua es constante.

En un circuito electrónico lo que tenemos constante es la cantidad de carga (electrones) que tenemos inicialmente. Esto lo que hace es que la corriente en el circuito tenga unas propiedades muy básicas.

Ley de los nodos

Supongamos en el caso del estanque tenemos una tubería que se ramifica en dos tuberías más, una mas fina y otra más gruesa. La fuerza con la que nos llega el agua, el caudal, será mas pequeño en la fina y más grande en la gruesa, la suma de ambos caudales será la de la tubería inicial, la suma de caudales que llegan a un punto, si tomamos como negativos los que nos llegan, y como positivos los que salen, es 0. No hay perdida de caudal.

Pues bien, en un circuito existe una ley similar que dice que en cualquier nodo, la suma de intensidades que llegan y salen del nodo (de todos los circuitos que están conectados) es 0.

Ley de las mayas o lazos

Al definir el estanque hemos dicho que el estanque inicial tiene que estar a una altura y el final a otra. Pues bien, si ponemos como altura 0 la media entre alturas de estos estanques, tenemos que el estanque inicial tiene una altura positiva y el estanque final tiene una altura negativa,el agua irá del positivo al negativo. Sumando ambas alturas nos da el valor 0 de altura, sea cual sea el circuito cerrado (si esto no ocurre, el agua no correrá o caerá a otro sitio).

Pues en los circuitos pasa algo similar, es decir, en cualquier circuito cerrado o subcircuito, la suma de voltajes en todos sus nodos tienen que ser igual a 0, no hay nodo que no cumpla esto, sino el circuito no funcionaría, esto quiere decir que la carga ha encontrado un camino diferente y se esta perdiendo.

Ley de Corriente de Kirchhoff

La ley de corriente eléctrica de Gustav Kirchhoff establece que la suma algebraica de las corrientes que entran a un punto en particular deben ser 0 ,se considera corriente positiva la que sale de un punto, y la que entra a un punto es considerada negativa. esta ley es llamada algunas veces Primera ley de Kirchhoff, Regla de nodos de Kirchhoff, Regla de Union de Kirchhoff.

Un Ejemplo

La corriente total que entra a cualquier punto es cero. Observamos cuatro corrientes "entrando" a la unión (en realidad dos entran y dos salen) representada como un circulo negro en la imagen de la derecha. Por supuesto, cuatro corrientes están existiendo actualmente en la juntura, pero para propósito del análisis del circuito generalmente se considera que actualmente las corrientes positivas fluyen hacia afuera a través de la unión y las corrientes negativas fluyen hacia la unión (matemáticamente la misma cosa). hacer esto nos permite escribir la ecuación de la ley de Kirchhoff

En este punto puede no parecer claro por que insistimos en que las corrientes negativas fluyen hacia la unión mientras que las corrientes positivas fluyen hacia afuera. Pero note que la imagen de la derecha nos provee más información de la que podríamos esperar cuando analizamos un circuito, las flechas nos ayudan a identificar la dirección en que la corriente fluye. Si no contamos con la asesoría no podríamos, seguramente, emitir un juicio de hacia donde fluye la corriente (i.e., colocando un símbolo negativo) hasta que pudiéramos calcularla, podríamos confundirnos nosotros mismos y cometer errores.

Sin embargo en este caso tenemos información extra de la imagen de la derecha que indican la direccion de la corriente, entonces debemos tomar ventaja de esto. sabemos que las corrientes i2 e i3 fluyen hacia el nodo, y que las corrientes i1 e i4 fluyen hacia afuera. y podemos escribir:

La ley de corriente de Kirchhoff como esta escrita es aplicable solamente a circuitos de corriente continua (i.e., sin Corriente Alterna, sin transmision de Señal). Puede ser extendida para incluir flujos de corriente que dependen del tiempo, pero esto esta mas alla del enfoque de esta seccion.

Aplicaciones

La ley de corriente de Kirchhoff como esta escrita es aplicable solamente a circuitos de corriente continua (i.e., sin corriente alterna, sin transmisión de señal). Puede ser extendida para incluir flujos de corriente que dependen del tiempo, pero esto está más allá del enfoque de esta sección.

Cada nodo se usa para formar una ecuación que son resueltas simultáneamente, y la solución de ecuaciones simultáneas entregan el voltaje en cada nodo. En resumen: en un nodo la corriente que entra es la misma que sale de él.

Problemática social

La problemática social a resolver es la contaminación del suelo así mismo poder recoger basura.

El prototipo promueve la actividad física de quien lo porta, aunque no es de gran manera ya que solo el individuo tiene que caminar con el prototipo para recoger la basura ya que el prototipo no caminara automáticamente si no solo cuando la basura este en el punto que queramos la bajara un clavo y recogerá la basura sin necesidad de agacharse.

Así mismo aprovechara los recursos naturales del contexto, para nuestro prototipo utilizaremos botellas de pet para hacer la compuerta que bajara el clavo junto al inversor de corriente , al igual con la fotorresistencia y un poco de pet se abrirá la corriente del rele para ahorrar energía.  

El suelo de forma directa se puede ver adscrito a lo perjudicial cuando se encuentra en torno a ruptura de tanques de almacenamiento subterráneo; así como también cuando hay exposición constante de pesticidas, filtraciones y a su vez; pozos ciegos dados por la acumulación masiva de distintos tipos de productos industriales o radioactivos.

Por otra parte, suele haber contaminación del suelo dejada a partir de depósitos subterráneos de alquitrán; sustancia realmente nociva para distintos tipos de superficies terrestres en todo el planeta.

Del mismo modo, van afectando aquellas sustancias químicas realmente potentes para las alteraciones del suelo, tales como son el petróleo; solventes, pesticidas y también metales pesados.

Todos estos productos van creando un fenómeno que se relaciona de manera directa con la industrialización y sus efectos directos sobre las tierras; llegando a contaminarla en diferentes intensidades.

Para empezar a resolver los detalles que se integran en la contaminación del suelo, se requiere de habilidades como la geología, hidrografía y química; pues son ciencias que conocen la profundidad del problema y saben trabajar de forma conjunta llegando a la raíz no solo del inconveniente; sino también de la solución recomendada.

Eliminación de basura urbana

En este caso, la fuente predisponente a la contaminación de los suelos, es el uso inadecuado o la carencia de aquellos sistemas dedicados completamente a la eliminación de basura urbana; pues es lo que certifica que las sustancias químicas no aborden los diferentes tipos de suelos y con ello se vaya extendiendo la contaminación en todo el planeta; sabiendo que son los desechos los que provocan la alteración en estas superficies, por largo plazo.

Consecuencias de la contaminación del suelo Vegetación removible

La consecuencia primaria que se desenlaza tras el problema de la contaminación de los suelos tiene actuación directa en contra de la vegetación; pues son las plantas las primeras que se van degradando al estar frente a un perfil de suelo no apto.

Con la disminución de todo tipo de plantas: la variedad de especies y con ello la cadena alimenticia se va deteriorando progresivamente, llegando a un punto de tal extremismo que llega a ser imposible la vida de los seres vivos.

Y es una situación que realmente sucede, tiene protagonismo en la actualidad aunque muchas personas no estén al tanto de ello. A medida que avanza la pobreza en vegetación; las especies irán tratando de sobrevivir a pesar del proceso natural que requieren para su supervivencia; pero sin acciones tomadas, lo peor se acercará; ayudando a acabar no solo con los suelos, sino también con el ecosistema en su totalidad.

Fauna en extinción

Con la dificultad para la mantención de la vegetación y cualquier tipo de flora, implica también haber dificultad para tener agua potable; aspecto que hace que las especies animales vayan sufriendo daños irremediables pertenecientes a su cadena de procreación; teniendo otro aspecto a favor para la disminución del ecosistema.

Degradación paisajística

La pérdida en el valor del suelo, permite que haya lugar para la degradación paisajística; además de influir en la pobreza en actividades agropecuarias; determinando que se trate de una tierra inútil, lo que lleva a complicar la vida dentro del planeta.

Las consecuencias más trágicas y peligrosas de la contaminación del suelo; son aquellas que se generan de forma silente; pues van atacando a todos los seres vivos que la habitan, por igual. Muchas de ellas se plasman en ejemplos de fugas radiactivas que generan una afectación inminente y directa del suelo; consolidando la pérdida de la agricultura y también de la ganadería y la pesca.

A quien va dirigido

Practicante nuestro prototipo estará dirigido hacia la contaminación del suelo ya que su función será recoger la basura del subsuelo, así como será sustentable con energía solar esto lo aplicaremos en las canchas y los jardines de la preparatoria ISES ya que  Muchas veces a los conserjes o cuidadores de ISES son de edad avanzada y/o tienen una discapacidad avanzada esto ocasiona que les cueste mucho trabajo recoger basura, además de ello es antigénico si no se usan guantes ni otra protección contra las bacterias a este sector de la sociedad ira dirigido el prototipo.

Antecedentes

Todo empezó con la idea de básicamente utilizar la energía solar, así como utilizar ayuda de la automatización de los relevadores, El relé o relevador es un dispositivo electromecánico. Funciona como un interruptor controlado por un circuito eléctrico en el que, por medio de una bobina y un electroimán, se acciona un juego de uno o varios contactos que permiten abrir o cerrar otros circuitos eléctricos independientes.

Dado que el relé es capaz de controlar un circuito de salida de mayor potencia que el de entrada, puede considerarse, en un amplio sentido, como un amplificador eléctrico. Como tal se emplearon en telegrafía, haciendo la función de repetidores que generaban una nueva señal con corriente procedente de pilas locales partir de la señal débil recibida por la línea El electroimán hace bascular la armadura al ser excitada, cerrando los contactos dependiendo de si es NO ó NC (normalmente abierto o normalmente cerrado). Si se le aplica un voltaje a la bobina se genera un campomagnético, que provoca que los contactos hagan una conexión. Estos contactos pueden ser considerados

como el interruptor, que permite que la corriente fluya entre los dos puntos que cerraron el circuito o abriendo un circuito.

La gran ventaja de los relés electromagnéticos es la completa separación eléctrica entre la corriente de accionamiento, la que circula por la bobina del electroimán, y los circuitos controlados por los contactos, lo que hace que se puedan manejar altos voltajes o elevadas potencias con pequeñas tensiones de control. También ofrecen la posibilidad de control de un dispositivo a distancia mediante el uso de pequeñas señalesde control.

Con estos modernos sistemas los relés pueden actuar de forma programada e independiente lo que supone grandes ventajas en su aplicación aumentando su uso en aplicaciones sin necesidad de utilizar controles como PLD’s u otros medios para comandarlos. Se puede encender por ejemplo una bombilla o motor y al encenderlo se apaga el otro motor o bombilla. A esto me quiero dar a entender que será un recogedor de basura automático que tan solo con la ayuda de un botón se podrá recoger algo del subsuelo sin agacharse así mismo tampoco te ensuciarías las manos de basura , pero si se anochece se activara una resistencia fotovoltaica y encenderá una lámpara de leds para que se pueda ver en la noche y todo esto gracias a nuestro prototipo Pero no solo nos apoyaremos de 2 relevadores , 1resistencia fotovoltaica, 1 protoboar , 20 jumpers de conexión , 1 lámpara de leds , 1 moto reductor , 2 baterías recargables de 9volts , 2 paneles solares de 9 volts , 2 botones , madera reciclada  para el prototipo.

Materiales

Una protoboard :esta se encargara de las conexiones de los botones, del relevador , y de los leds.

20 jumpers de conexión:con estos se comunicaran los relevadores los botones y las resistencias

2 Relevadores: con este se conectarán y se harán los divisores de corriente para el motor y los leds

1 resistencia fotovoltaica : cuando caiga la noche y aún hay basura por recoger se encenderá una lámpara de leds para poder ver en la oscuridad ya que será gracias a que la resistencia está programada para encenderse cuando ya no hay sol.

1 lámpara de leds : para cuando caiga la noche se encenderá automáticamente.

1 moto reductor se usara para elevar el clavo y bajarlo cuando sea necesario

2 baterías recargable de 9 volt para impulsar a el motor y también para impulsar a los leds

2 paneles solares de 9 voltios para recargar a las baterías

8 botones de conexión y activación de los relevadores

Pet y madera reciclada

Tablas, gráficas u otros medios para representar los datos obtenidos de las pruebas con el prototipo.

Optimo: cuando decimos que los materiales se encuentran optimas  queremos decir que tienen un rendimiento de alrededor de 8 a 16 horas además de ello la estética se encuentra aceptable asi mismo no están maltratado y tendrá esa optimización en las corrientes eléctricas.

Regulares: cuando decimos que las condiciones están regulares hablamos de que los materiales duran de 4 a 8 horas encendidos así mismo están produciendo un 60 a 80% de trabajo y que la corriente se encuentra estable y no necesitan ser cambiados.

Malas: cuando decimos que las condiciones están malas hablamos que la eficiencia del material es del 50% y que hay que cambiarlo o darle mantenimiento así mismo de que la corriente que consume  es bastante amplia en lugar del trabajo que produce.

Viabilidad de la implementación del prototipo
En donde se puede usar?
Se podrá usar principal mente en las industrias grandes como lo son las automotrices y automatización de los reactivos de tecnología en el mercado así también como en pequeños negocios de mecánicos y pequeñas tiendas de autoservicio ademas de ello en recicladoras para tomar material sucio y/ contaminado que pueda afectar a la salud así que  partiremos de ello para definir el problema de la basura que es una necesidad real que debe ser atacada para beneficio de la sociedad aquí estará nuestro prototipo ya que existe un gran potencial de basura susceptible a reciclar y que tiene diversos mercados donde se vuelve a reprocesar para fabricar nuevos insumos.
Como se aplicaría en la comunidad?
Por ejemplo, el reciclaje de PET (Poli Etileno Tereftalato) se está proyectando como parte fundamental del boom ambiental que se vive actualmente en la comunidad de Temoaya se participaría con la recolección y la recuperación del material usado es el principal inconveniente que encuentran las empresas interesadas en reciclar. Hoy, la cantidad de material que va a parar a un relleno sanitario o vertedero superan a la cantidad que se recicla. El tema del acopio es crítico para la industria de reciclaje porque no hay una cultura de separación de residuos aquí entrará nuestro prototipo que se encargara de recoger la basura del suelo y así daremos pie a la temática de la contaminación del suelo

Quien lo Puede usar?
Lo pueden utilizar los adolescentes así como adultos ya que el funcionamiento no es muy difícil pero si hay que tener cuidado en la forma de como se trabaja no podemos sobre explotar los materiales ni mucho menos jugar con este prototipo como se dijo anterior mente va dirigido directamente a las empresas autómatas y/o mecánicas así como negocios de trata de plásticos y ecología ambiental.
Conclusión
Básicamente el prototipo fue de gran ayuda para desarrollar mis habilidades cognitivas y mas que nada dar otro enfoque para ayudar a la sociedad con la tecnología con ayuda de los  componentes electrónicos que han venido evolucionando a través del tiempo que cada día, mas pequeños y complejos son los circuitos eléctricos, esto se debe a que los componentes son elaborados con la finalidad de realizar diversas tareas dentro del circuito en el caso de los circuitos integrados su desarrollo ha revolucionado los campos de las comunicaciones, la gestión de la información y la informática. Los circuitos integrados han permitido reducir el tamaño de los dispositivos con el consiguiente descenso de los costes de fabricación y de mantenimiento de los sistemas. Al mismo tiempo, ofrecen mayor velocidad y fiabilidad. Los relojes digitales, las computadoras portátiles y los juegos electrónicos son sistemas basados en microprocesadores. Otro avance importante es la digitalización de las señales de sonido, proceso en el cual la frecuencia y la amplitud de una señal de sonido se codifica digitalmente mediante técnicas de muestreo adecuadas, es decir, técnicas para medir la amplitud de la señal a intervalos muy cortos. La música grabada de forma digital, como la de los discos compactos, se caracteriza por una fidelidad que no era posible alcanzar con los métodos de grabación directa. De igual manera pasa con los transistores, 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 todo para ayudar a una sociedad que cada día se destruye así misma con la contaminación así que adaptaremos la tecnología para ayudar al mundo.
 
Fuentes consultadas (APA)

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• Cañedo Andalia, R. & Small Chapman, M. C. (2011). Elementos sobre electrónica  y búsqueda de la información por medio de vocabularios controlados en bases corriente directa. Acimed, 22(2), 142-154. Recuperado de http://search.ebscohost.com/login.aspx?direct=true&db=fua&AN =71425872&site=ehost-live
• Nielsen, M. E. (s. f.). technology electric spanish . Recuperado de http://www.psywww.com/psyrelig/psyrelpr.htm