Laboratorio 1. El regulador de luz: Frena los electrones

¿Alguna vez te has preguntado cómo funciona la perilla que baja el volumen de tu equipo de sonido, o por qué algunos focos alumbran más que otros? Todo depende de cuánta energía dejamos pasar. Hoy vamos a domar la electricidad.

La resistencia eléctrica (Resistor)

• Función: Es como un «cuello de botella» o un freno para la electricidad. No deja que todos los electrones pasen de golpe.
• Unidad de medida: Ohmios. ¡Mientras más grande es el número, más frena a la electricidad!

Inventario de laboratorio

• Antes de conectra nada, asegúrate de tener todo en tu mesa:
• 1 Batería de 9V con su broche (conector).
• 1 Protoboard (placa de pruebas).
• 1 LED (Diodo Emisor de Luz) de cualquier color.
• 4 Resistencias de disntintos valores: 100, 220, 1k, 6,8k
• Cables puente (jumpers)

Diagrama esquemático

Diagrama pictórico

Manos a la obra

Sigue estas instrucciones con cuidado.

1. Conoce a tu LED: Observa tu LED. Verás que tiene una «pata» más larga que la otra. La larga es el lado positivo (ánodo) y la corta el negativo (Cátodo). Esto se llama polaridad.
2. Ubica el LED: Inserta las dos patas del LED en la protoboard, asegurándote de que estén en filas diferentes. Recuerda en qué fila pusiste la para larga.
3. El primer freno: Toma la resistencia de 220 ohmios. Conecta uno de sus extremos en la misma fila donde está la pata larga (positiva) del LED. El otro extremo ponlo en una fila vacía.
4. Cierra el camino: Conecta el cable rojo (positivo) del broche de la batería a la fila vacía de la resistencia. Conceta negro (negativo) a la fila donde está la pata corta del LED.
5. ¡Luz, cámara, acción!: Conecta la batería al broche. ¡Tu LED debería encenderse! (Si no enciende, desconecta rápido y revisa si pusiste el LED al revés)

¿Qué está pasando?

El LED necesita muy poca energía para brillar (unos 2 a 3 voltios). Si lo conectámos directo a los 9 voltios de la batería, recibiría tanta energía de golpe que explotaría o se quemaría al instante.

La resistencia de 220 \Omega actuó comko un escudo: absorbió parte de esa fuerza (voltaje) y limitó la cantidad de electrónes (corriente) que llegaron al LED, dándole justo lo que necesita para vivir y brillar.

El reto del ingeniero

Ahora te toca experimentar. Desconecta la batería antes de hacer cada cambio y responde en tu cuaderno:

Reto 1:

Cambia la resistencia de 220 \Omega por la de 1 k\Omega. Luego pon la de 6,8 k\Omega ¿Qué pasa con el brillo del LED a medida que el número de ohmios es más grande? ¿Por qué crees que sucede?

Reto 2:

¡Cuidado aquí! Ahora pon la resistencia más pequeña, la de 100 \Omega. ¿Qué notas en el brillo? Toca la resistencia suavemente con el dedo. ¿Sientes algún cambio de temperatura?

Reto 3:

Con la resistencia de 220 puesta, saca el LED, dale la vuelta (invierte las patas) y vuelve a conectarlo. ¿Qué ocurre? ¿La resistencia tiene polaridad igual que el LED?

Reto 4 ¡El escudo perfecto! (El poder de la Ley de Ohm):

Hasta ahora hemos probado las resistencias casi adivinando, pero los ingenieros no adivinan, ¡calculan! Para proteger un componente a la perfección usamos una fórmula mágica llamada Ley de Ohm, que relaciona el Voltaje (la fuerza), la Corriente (los electrones viajando) y la Resistencia (el freno).

El problema: Imagina que eres ingeniero a cargo y necesitas encender un LED rojo clásico.

• Sabemos que tu batería tiene 9 voltios.
• El fabricante del LED dice que este necesita 2 Voltios para funcionar y una corriente máxima de 0,02 Amperios (20 miliamperios).

Paso 1: ¿Cuánto voltaje sobra?

La resistencia tiene que «comerse» o frenar el voltaje que el LED no necesita.

Paso 2: ¡Aplica la Ley de Ohm!

La fórmula para calcular la resistencia ideal es:

¡Calcula ese resultado en tu cuaderno!

El resultado exacto es 350 \Omega. Como en las tiendas electrónicas no venden resistencias de exactamente 350 \Omega, los ingenieros siempre eligen el valor comercial más cercano hacia arriba por seguridad, como 390 \Omega, o uno ligeramente menor como 330 \Omega si quieren más brillo.

Tu turno de calcular:

Si en lugar de una batería de 9V usáramos un cargador de celuar viejo que da 5 Voltios, ¿de qué tamaño (cuántos Ohmios) tendría que ser nuestra resistencia para proteger al mismo LED?