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7/17/2019 DL 3155M01 SPA Guida Teorica-Operativa

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ELECTRICAL CIRCUIT

DL 3155M01



Esto Training Software trata de los Circuitos Eléctricos:

DL 3155M01 : Circuitos Eléctricos

GUÍA TEÓRICA

Lecciones:Descripción de la estructura del circuito

Concepto de corriente, voltaje y fuerza electromotriz

Medición de cantidades: f.e.m., corrientes y resistencias

Relación entre corriente, voltaje y resistencia: la ley de Ohm

Código de colores de los resistores, tipos y cálculo

Concepto de cantidades eléctricas variables

GUÍA PRÁCTICAS Unidades:

Circuito eléctrico

Generadores en serie

Generadores en paralelo

Ley de Ohm

Aplicación de la ley de Ohm

La resistividad

Resistencia óhmica lineal y no lineal

Circuitos en serie

Código de colores de los resistores



Lección N.1: Descripción de la estructura del circuito

Objetivos: Conocer:

la definición de circuito eléctrico

los elementos que componen el circuito eléctrico y sus funciones

la simbología de los elementos que componen un circuito eléctrico

Poder:

reconocer, en un circuito dado, el generador, los conductores y la carga.

Requisitos: concepto de carga eléctricaconcepto de material conductor y material aislante.

Contenido: descripción del circuito eléctrico



Un circuito eléctrico es un conjunto de componentes eléctricos conectados entre ellos pormedio de conductores para formar un camino cerrado donde la corriente eléctrica puedecircular.

Un circuito eléctrico incluye los siguientes elementos fundamentales:

Los generadores cumplen la función de transformar energía de algún tipo en energía eléctrica; deacuerdo al tipo de transformación que realizan se dividen en :

La carga absorbe la energía eléctrica y la transforma en energía de otro tipo, por ejemplo laslámparas transforman energía eléctrica en luz y calor, los motores eléctricos transforman energíaeléctrica en energía mecánica.

Los conductores de conexión tienen ,en cambio, la función de asegurar el pasaje de corriente entre elgenerador y la carga; finalmente el interruptor sirve para establecer o interrumpir la circulación de

corriente del generador a la carga.

Los circuitos eléctricos pueden presentar al mismo tiempo mas de un elemento diferente y distintasramas. En este caso representan verdaderas redes eléctricas, tema que será ampliamente tratado en elMódulo 2. Solo queda agregar que el CEI (Comité Electrotécnico Italiano) reunió en folletos lasimbología correspondiente a los elementos que componen los circuitos eléctricos; a continuaciónmostramos algunos símbolos que representan los elementos de circuitos que usaremos en estemódulo.

Descripción del circuito eléctrico

generadores

conductores

cargas.

La Fig. 1.1.1 muestra un circuito simplecompuesto por un generador de voltaje, unacarga, conductores de conexión y un interruptor.

Fig. 1.1.1

generadores de tipo químico (las clásicas pilas usadas por ejemplo en pequeñas radios,calculadoras, etc.)

generadores de tipo mecánico (dinamos y alternadores)

generadores eléctricos de tipo luminoso (fotoceldas y fotodiodos)

generadores eléctricos de tipo térmico (termocuplas).



Lección N.2: Concepto de corriente, voltaje y fuerzaelectromotriz

Objetivos: Conocer:

el significado físico de corriente eléctrica

el concepto de f.e.m. y voltaje

el concepto de resistencia eléctrica

Poder:

Asignar correctamente las direcciones convencionales de voltajes, f.e.m. ycorriente en un circuito dado.

Requisitos: generalidades acerca de la estructura de la materia,características de los materiales conductores

Contenido: concepto de corriente eléctrica

concepto de voltaje y f.e.m.

generadores en serie y en paralelo

concepto de resistencia eléctrica

direcciones convencionales de voltaje, f.e.m y corriente



Los materiales conductores tienen, desde el punto de vista de su estructura atómica, electrones libresque se mueven de manera desordenada dentro del mismo material.

Debido a que una misma cantidad de carga puede pasar por una sección del conductor en diferentesmomentos, es necesario introducir una cantidad llamada intensidad de corriente eléctrica, para teneruna idea de cuanta corriente pasa por un conductor en un instante dado.

Mas precisamente, se define intensidad de corriente (I) a la cantidad de carga (Q) que pasa en la

unidad de tiempo (t) a través de una sección del conductor:

I = Q / t

La unidad de medida de la intensidad de corriente es el amperio y se indica con la letra A.

Ejemplo:

si en un conductor circula una cantidad de carga Q = 6C en 3 seg., la intensidad de corriente es I =6/3 = 2 A; si, por el contrario, circula la misma cantidad de carga en 1 seg. la intensidad de corrientees igual a: I = 6/1 = 6 A.

Descripción del circuito eléctrico

Si, debido a una fuerza externa, este movimientocaótico de electrones se ordena, se crea el fenómenollamado corriente eléctrica.

Un hecho de este tipo se verifica colocando, porejemplo, un carga positiva grande cerca de unmaterial conductor: los electrones, conscientes deesta carga, se mueven en dirección a ese lugarcreando de esta manera un flujo de cargas eléctricas.

Fig. 1.2.1



Para que se produzca el movimiento ordenado de las cargas, es necesario que intervenga undispositivo externo, capaz de producir la fuerza necesaria para determinar el movimiento de lascargas, es decir, necesitamos un generador eléctrico.

Si conectamos un generador a una carga, por medio de conductores, los electrones acumulados en elterminal negativo son atraídos por el terminal positivo ocasionando una circulación de corriente: estosignifica que los electrones tienen energía potencial.

La razón entre la energía potencial Ep y la cantidad total de electricidad Q de los electronesacumulados en el terminal negativo se llama diferencia de potencial o voltaje eléctrico U y semide, como la f.e.m., en Voltios (V):

U = Ep /Q

Tenemos una d.d.p. o voltaje eléctrico de 1V cuando una cantidad de electricidad de 1Culombiotiene una energía potencial de 1 Joule (J):

1 Voltio = 1 Joule / 1 Culombio

Cuando el generador es un generador de terminal abierto, es decir, que no esta conectado a ningunacarga, la f.e.m coincide con la d.d.p.

Concepto de voltaje y fuerza electromotriz

Este dispositivo, formado por dos terminales, es capaz de dividir en su interiorlos electrones de los respectivos átomos, convirtiendo energía de otro tipo, demanera tal que en una de las dos terminales hay electrones y por lo tanto cargasnegativas mientras que en el otro hay cargas positivas.

Debido a que los electrones presentes en el terminal negativo tienden acombinarse nuevamente con las cargas presentes en el otro terminal, elgenerador debe hacer un trabajo para obstruir esta fuerza de atracción y paramantener inalterada la diferente distribución de carga.El trabajo hecho por el generador se llama fuerza electromotriz, se indica con la

letra E y se mide en Voltios.

Fig. 1.2.2



Dos o mas generadores pueden estar conectados en serie o en paralelo.

La conexión en serie puede realizarse de dos maneras:

Generadores en paralelo y en serie

1) conectando el terminal negativo del primer generador al terminalpositivo del otro generador, las f.e.m concuerdan y la d.d.p. totales igual a la suma de las d.d.p. de cada generador;

Fig. 1.2.3

2) conectando el terminal negativo del primer generador al

terminal negativo del otro generador, las f.e.m. no concuerdan yla d.d.p. total es igual a la diferencia de las d.d.p. de cadagenerador.

Esta conexión se llama en oposición.

Si U1 > U2la d.d.p total resulta positiva (terminal positivoarriba)

Si U1 = U2 la d.d.p. es nula

Si U1 < U2 la diferencia U resulta negativa (terminalpositivo abajo)

Fig. 1.2.4

Considerando el caso mas común de generadores que tienenuna misma f.e.m y resistencia interna, la conexión enparalelo se obtiene conectando entre ellos los terminalespositivos y, separadamente, los terminales negativos.

En este caso la d.d.p de las terminales comunes es igual a la

d.d.p de cada generador. Fig. 1.2.5



Hemos dicho que la corriente eléctrica es un flujo ordenado de cargas eléctricas.Estas cargas, durante su camino por dentro del conductor, golpeando los núcleos atómicos fijos,están obligadas a hacer tortuosas trayectorias, con la consecuente pérdida de energía bajo la forma de

calor (caída de voltaje).

Las fuerzas que obstaculizan el pasaje de las cargas se llaman resistencias eléctricas y dependen de laestructura en sí misma del material conductor.

La resistencia eléctrica, indicada con la letra R y medida en Ohmios (W), se puede comparar alviento que sopla en dirección opuesta al movimiento de un ciclista, quien debe cubrir unacierta trayectoria.

Los elementos de un circuito diseñados específicamente para oponer un determinado valor deresistencia se llaman resistencias o resistores.

Concepto de resistencia eléctrica



Para abordar el estudio de los circuitos eléctricos es útil establecer direcciones convencionales paralos voltajes y las corrientes.

Se adopta como dirección convencional de la corriente la opuesta a la dirección real, es decir, la queva desde el terminal positivo del generador al terminal negativo. Esta elección, ya hecha en losorígenes del estudio del fenómeno eléctrico, ha sido mantenida incluso luego de un estudio masprofundo del fenómeno de conducción, ya que en el análisis de un circuito fijar una dirección de lacorriente, que no corresponde a la real, y respetarla siempre, prácticamente no modifica losresultados. Por lo que respecta a las cargas adoptamos como terminal positivo el terminal adondellega la corriente y como negativo el terminal por donde sale la corriente.

Direcciones convencionales de voltaje, f.e.m. y corriente

Finalmente, para los voltajes y las fuerzas electromotrices seestablece como dirección convencional la que va desde elterminal negativo al positivo.

En la Fig. 1.2.6 se representa la dirección convencional de lascantidades eléctricas recién mencionadas. Fig. 1.2.6



Lección N.3: Medición de cantidades: f.e.m., corriente yresistencia

Objetivos: Conocer:

el concepto de medición y los diferentes tipos de errores

la diferencia entre instrumentos analógicos y digitales y conceptos sobrerango y clase de precisión

los instrumentos para la medición de diferentes cantidades y su inserción

Poder:

elegir el tipo de instrumento en función a la cantidad que debe sermedida y elegir el rango correcto

conectar el instrumento correctamente al medir voltaje, corriente yresistencias

Requisitos: circuito eléctrico

concepto de voltaje, f.e.m., corriente y resistencia

direcciones convencionales de voltaje y corriente

Contenido: concepto de medición y tipos de errores

tipos de instrumentos

medición de f.e.m. y voltaje

medición de corriente

medición de resistencia



Medir una cantidad significa compararla con otra que es homogénea a ella. Para medir, por ejemplo,la longitud de una habitación usamos el metro como elemento homogéneo de comparación.

De todas maneras, cuando se efectúan algunas mediciones se cometen fácilmente algunos errores,por lo que el valor medido a menudo no coincide con el valor real.

Durante una medición se pueden cometer esencialmente dos tipos de errores.

En particular los errores de lectura se manifiestan cuando se usan instrumentos en los cuales lamedición se aprecia mediante el movimiento de una aguja en una escala graduada.En este caso, la precisión de la medición depende de la habilidad del operador para apreciar el valorincluido entre dos divisiones (error de apreciación), y de la posición, perpendicular al plano de laescala u oblicuo a este plano, adoptada por el operador para efectuar la medición ( errores deparalaje). Los errores accidentales pueden ser generalmente reducidos realizando la medición mas deuna vez y calculando un promedio de los valores medidos.

En base a las consideraciones hechas hasta ahora, la diferencia entre el valor medido y el valor

exacto se define como error absoluto:

Ea = Xm - Xv

El valor exacto no lo conocemos, pero es sólo una hipótesis ya que no puede determinarse por mediode mediciones, debido a que no existen instrumentos de mediciones y unidades de muestras sinerrores.

Se puede percibir fácilmente que el concepto de error absoluto no es suficiente para aclarar laidea de "precisión" de una medición; de hecho, cometer un error de 1 cm en una medición de 3 cm

de largo es mas importante que cometer el mismo error en una medición de 1 Km.

Por lo tanto, para expresar la precisión de una medición, hemos recurrido al error relativo porcentual,es decir, la razón entre el error absoluto y el error verdadero multiplicado por cien.

Er% = (Ea/Xv) • 100

Concepto de medición y tipos de errores

Errores sistemáticos:

son errores que se manifiestan cada vez que se realiza la medición; son debidos generalmente aimperfecciones de los instrumentos o al método adoptado para dicha medición.

Errores accidentales:

estos errores no pueden ser completamente previstos, debido a factores ambientales, a contactos

defectuosos o a errores de lectura.



En las mediciones de laboratorio se usa generalmente el multímetro, un instrumento de múltiplesfunciones capaz de realizar principalmente mediciones de voltaje (operación de voltímetro), decorriente (operación de miliamperímetro) y resistencia (operación de ohmiómetro).

El multímetro puede ser de dos clases:

Es obvio que los instrumentos digitales presentan algunas ventajas sobre los analógicos: antes quenada, los errores de lectura se eliminan, así como también los órganos mecánicos que están enmovimiento y, finalmente, la lectura es mucho mas precisa. De las características de un instrumento

de medición, digital o analógico, depende su rendimiento y por lo tanto su fiabilidad. Los parámetrosmas importantes son:

Tipos de instrumentos

analógico

digital

En los multímetro analógicos la lectura de la mediciónse realiza evaluando la posición de una aguja móvil enuna escala graduada. Por el contrario, con respecto a

los multímetros digitales, la lectura se realizadirectamente en un visualizador de cristal líquidodonde los valores se presentan directamente en formade dígitos.

Fig. 1.3.1

Sensibilidad :

es la razón entre la variación de la indicación del instrumento y la variación de la cantidad amedir. Un instrumento es mas sensible cuanto mayor sea el movimiento de la aguja cuando lacantidad medida varía.

Rango:

es el máximo valor de la cantidad eléctrica que el instrumento puede medir. Este valor nuncadebe ser excedido para evitar que el instrumento se dañe. Muy a menudo el rango se indica comoel valor de escala máxima, y para amplificar el campo de aplicación de un instrumentogeneralmente se suministran distintos valores de rangos.

Clase de precisión:

es el máximo valor tolerado para el error absoluto, expresado en porcentaje del rango delinstrumento.Las normas del CEI establecen diferentes clases de precisión para los instrumentos de medición,algunas de las cuales se enuncian a continuación: 0.2; 0.5; 1; 1.5; 2.5.



Ya que las cantidades que deben ser medidas en el circuito no se alteran debido a la inserción delinstrumento, es necesario que el voltímetro presente una muy alta resistencia.

Para visualizar correctamente la cantidad medida es necesario que, al insertar el instrumento, elterminal positivo (+) del voltímetro se conecte al terminal positivo del componente. Al medir con uninstrumento analógico es necesario tener en cuenta la polaridad porque en caso contrario la agujatenderá a moverse en dirección opuesta a la de medición, causando graves daños al instrumento.

Con los instrumentos analógicos, en cambio, no es necesario tener en cuenta la polaridad porque, encaso de invertir los terminales del voltímetro, aparecerá directamente en el visualizador el signo "-

"delante del valor numérico.

Medición de f.e.m. y voltaje

La medición de f.e.m. y voltaje se realiza con un voltímetro, cuyo símbolo se representaen la Fig.1.3.2:

Fig. 1.3.2

Cualquiera sea el tipo de instrumento quese use, analógico o digital, la medición serealiza conectando los terminales delvoltímetro a los terminales delcomponente cuyo voltaje queremosmedir.

Fig. 1.3.3



Obviamente el amperímetro no debe alterar las cantidades eléctricas del circuito por lo que debepresentar una muy baja resistencia interna. También en este caso es necesario respetar la polaridaddel instrumento para evitar los inconvenientes vistos para el voltímetro.

Medición de corriente

La medición de corriente se realiza usando un amperímetro, cuyo símbolo se representaen la Fig. 1.3.4

Fig. 1.3.4

Para realizar esta medición, el amperímetro debeestar conectado en serie al circuito de manera tal quela corriente lo atraviese; por lo tanto es necesariointerrumpir una sección del circuito e insertar elinstrumento de modo tal que la corriente entre desdeel terminal positivo (+), como se muestra en la Fig.1.3.5.

Fig. 1.3.5



Medición de resistencia

La medición de resistencia se realiza por medio de un ohmiómetro, cuyo símbolo serepresenta en la Fig. 1.3.6 .

Fig. 1.3.6

Para medir la resistencia de un conductor o de un componente del circuitoes necesario que al menos uno de sus terminales sea separado del circuito,por dos razones fundamentales: primero para evitar que la medición seaalterada por la presencia de otras resistencias, segundo para evitar que elinstrumento sea atravesado por la corriente del circuito que podría dañarlo.

Fig. 1.3.7



Lección N.4: Relación entre corriente, voltaje y resistencia:enunciado de la ley de Ohm

Objetivos: Conocer:

las fórmulas y el enunciado de la ley de ohm

la fórmula para el cálculo de la resistencia de un conductor con la ley deohm o como función de los datos geométricos del conductor

concepto de resistividad

Poder:

calcular una cantidad (corriente, voltaje o resistencia) cuando conocemoslas otras dos, usando la ley de ohm

calcular la resistencia de un conductor cuando conocemos el tipo dematerial y las dimensiones geométricas del conductor

Requisitos: concepto de voltaje, corriente, resistencia eléctrica y circuito eléctrico

Contenido: relación entre voltaje, corriente y resistencia: la ley de ohm

resistividad de los conductores y coeficiente de temperatura

circuito con resistencia lineal y resistencia no lineal



Una vez definidos los conceptos de voltaje, corriente y resistencia, intentaremos entender ahora larelación que liga a estas tres cantidades eléctricas.

En una carga la corriente es generalmente directamente proporcional a la d.d.p. presente en losterminales, siempre que la temperatura sea constante.

R = U / I

De la relación anterior es posible deducir las relaciones inversas para usar en la resolución delcircuito cuando queremos determinar el valor de una cantidad desconocida.

U = R • I

I = U / R

Relación entre corriente, voltaje y resistencia:enunciado de la ley de Ohm

Consideremos un circuito formado por ungenerador de voltaje continuo de valorvariable, conectado mediante una carga.

Supongamos que podemos ajustar y medir elvoltaje del generador y leer la corriente quecircula en la carga.Si se realiza el cociente entre los diferentesvalores de voltaje con sus correspondientesvalores de corriente, se observa que estecociente permanece constante; se llamaconstante de proporcionalidad y representa la

resistencia R de la carga.Fig. 1.4.1

La Fig. 1.4.2 puede ayudar a recordar estas relaciones.

Fig. 1.4.2



Los conductores para los cuales la ley de Ohm es válida se llamanóhmicos puros o lineales.

Si trazamos un gráfico en el cual en la ordenada se representan losvalores de la corriente y en la abscisa los valores de voltaje obtenemosla curva característica de los conductores lineales, que es una línearecta que pasa por el origen de los ejes.

Fig. 1.4.3



Para calcular el error relativo al usar un instrumento perteneciente a determinada clase de precisión,se utiliza la fórmula:

Er% = cl • Xfs / Xm .

A partir de la fórmula se puede deducir que el error relativo es menor cuando el valor medido Xm se

acerca al valor de escala máxima Xfs. Por esta razón los rangos se eligen de manera tal que laslecturas puedan realizarse en proximidad a la escala máxima.



Hemos dicho que el parámetro constante, que resulta de la relación entre voltaje y corriente al finalde un conductor, se llama resistencia eléctrica. Este parámetro depende únicamente de lanaturaleza del material del cual esta hecho el conductor, de sus dimensiones y de su

temperatura.

La resistividad representa, por lo tanto, la resistencia que ejerce un fragmento de conductor,compuesto por un material dado, que tiene dimensiones unitarias ( 1 metro de largo y una superficie

de 1mm2 ). Su unidad de medida es el Ω • mm2 /m.

El valor de resistividad de un conductor puede aumentar debido al calor producido por la corrienteque lo atraviesa.

Conociendo el valor de resistividad de un conductor a la temperatura de 0° C, se puede obtener elvalor a una temperatura T con la siguiente relación:

donde a es el coeficiente de temperatura y es característico del material.Ya que la resistencia es directamente proporcional a la resistividad, también podemos escribir:

donde :

Ro es la resistencia a 0°C

RT es la resistencia a la temperatura T.

Resistividad de los conductores y coeficiente de temperatura

De hecho, una secuencia de experimentos ha demostrado que laresistencia de un conductor es inversamente proporcional a lasección y directamente proporcional a la longitud y depende de

la resistividad o resistencia específica (ρ) que es característica

del material.

Fig. 1.1.4



Supongamos que tenemos los circuitos de la Fig. 1.4.5 a y b, alimentado por un generador de voltajeajustable.

Fig. 1.4.5

Para cada valor de voltaje medimos la corriente en R1 y la corriente en la lámpara.

Analizando los resultados a cada instante observamos que mientras para la resistencia R1 la corrientevaría proporcionalmente al voltaje, es decir, el cociente U/I adopta un valor constante, para lalámpara no hay tal proporcionalidad, es decir, el cociente U/I varía cada instante, por lo que laresistencia de la lámpara no puede ser considerada constante.

Decimos que en este caso la resistencia es no lineal.¿Es posible aplicar la ley de Ohm a las resistencias no lineales? La respuesta es negativa ya que, siqueremos calcular la corriente no sabemos que valor de resistencia tomar.

En definitiva podemos afirmar que la ley de Ohm puede aplicarse únicamente a circuitos lineales, esdecir, con resistencias que se mantienen constantes.

Circuitos con resistencia lineal y resistencia no lineal



Lección N.5: Código de colores de los resistores: tipos ycálculo

Objetivos: Conocer:

los diferentes tipos de resistencias o resistores y los parámetros

característicos.

las diferentes maneras de expresar los valores nominales de los resistores

Poder:

averiguar el valor de la resistencia nominal de los resistores con el códigode colores y el código lateral

distinguir los diferentes tipos de resistores

Requisitos: ninguno

Contenido: resistores

tipos de resistores

identificación del valor del resistor

resistores en serie y en paralelo



Los resistores son componentes que permiten concentrar en un elemento de reducidas dimensionesvalores de resistencia prefijados.

Fig. 1.5.1

Dos características muy importantes de estos componentes son la TOLERANCIA y laDISIPACIÓN.

Ya que de hecho es imposible obtener, en la construcción de los resistores, el valor preciso de laresistencia preestablecida, es necesario prefijar los valores máximos y mínimos, expresados en % delvalor óhmico nominal, entre los cuales los valores de resistencia pueden oscilar. Por lo tanto latolerancia representa la variación que puede tener el valor real de resistencia con respecto al valornominal.

En cuanto al parámetro de disipación, es necesario señalar que el resistor es un componente quedisipa la energía - usada por la corriente para vencer la resistencia que se le opone - bajo la forma decalor. Naturalmente este parámetro influye en las dimensiones físicas del resistor, por lo tanto endeterminadas condiciones, es decir, cuando se usan altas corrientes, es necesario usar tiposparticulares de resistores llamados "de alta potencia".El calor o la disipación de energía de un resistor se expresa en Vatios (W); los valores mas comunesson 1/4W, 1/2W, 1W, etc.

Resistores



En base a los factores previamente descritos, se emplean diferentes materiales y técnicas defabricación para proveer resistencias con distintas características adecuadas a distintos usos.

En el mercado se pueden encontrar dos clases diferentes de resistores: los de resistencia fija y los deresistencia variable.

Resistores de resistencia fija.

Son los resistores que tienen la característica de oponer valores prefijados y no modificables deresistencia; pueden ser de : alambre, mixtos o película.

Los resistores de alambre están estructurados de la siguiente manera:alrededor de un soporte de forma cilíndrica se enrolla un alambre conductor, fijado a las terminales oreóforos del resistor, todo esto cubierto por una película de esmalte de vidrio.

En los resistores mixtos, componentes muy usados en electrónica ya que tienen reducidasdimensiones y bajo costo, en el extremo del elemento resistivo, compuesto generalmente por unamezcla de carbón, arcilla, talco, etc., se aplican los terminales que luego conectarán la resistencia alcircuito. Todo esto se encapsula en un recipiente aislado cubierto con barniz.

Los resistores de estado, en cambio, consisten en un cilindro de cerámica cubierto por una delgadapelícula de material resistivo. En los extremos del cilindro se colocan dos cápsulas metálicas, a lasque luego se unen los terminales. Todo esto se protege con barniz aislante.

El resistor mas usado y mas común es el de película de carbón.

Resistores de resistencia variable

Son resistores que pueden variar su resistencia a partir de valores prefijados sin interrumpir elcircuito.

Haciendo girar el eje se produce un contacto variable que rozando el elemento resistivo determina elvalor de resistencia.

Tipo de resistores

Los potenciómetros son resistores de resistencia variable y su resistencia dependede una cantidad mecánica (rotación de un eje).

Estructuralmente presentan tres reóforos de los cuales dos están conectados a lasección conductora y el otro esta conectado al eje o cursor.

Fig. 1.5.2



El valor de la resistencia del resistor variable puede depender en factores tales como la presión, laluz, el voltaje, etc. De hecho, en el mercado también podemos encontrar:

TERMORESISTORESSon resistores variables capaces de aumentar o reducir el valor de resistencia de acuerdo a latemperatura a la que están expuestos.VARISTORES

Varían la resistencia de acuerdo al voltaje que se aplica a sus terminales, mas precisamentela resistencia disminuye cuando se incrementa el voltaje.FOTORESISTORESModifican el valor de resistencia en función a la cantidad de luz a la que están expuestos.MAGNETORESISTORESModifican la resistencia en función del campo magnético externo.RESISTORES DE PRESIÓNAumentan la resistencia al aumentar la presión del ambiente en el cual se encuentran.



Para cada tipo de resistor el fabricante exhibe, claramente o en código, en el cuerpo del componente,su valor nominal y la tolerancia. Usualmente se usa el código de colores para mostrar estosparámetros.

Tabla 1.5.1

Un ejemplo podrá aclarar lo que acabamos de explicar.

Consideremos un resistor que presenta los siguientes colores:

1- rojo 2 - violeta 3 - marrón 4 - plateado

• el color rojo corresponde al valor 2• el color violeta corresponde al valor 7• el color marrón corresponde al factor multiplicador x 10• el color plateado corresponde al valor de tolerancia del 10%

Por lo tanto la resistencia es igual a :

R = 27 • 10 = 270 W y tiene un valor de tolerancia del 10%

Identificación del valor de los resistores

Esto significa que en el cuerpo del resistor están pintadas cuatro franjasde determinados colores: las dos primeras franjas corresponden a losnúmeros que indican los dos primeros dígitos significativos, cuyosvalores están escritos en la tabla de valores, la tercera franja correspondeal multiplicador, es decir, al número de ceros que deben ser agregados alos dos primeros dígitos.La cuarta franja corresponde a la tolerancia del resistor.

Fig. 1.5.4

ColorPrimeraFranja

1er dígito (a)

Segundafranja

2do. dígito (b)

Tercerafranja

Factor multiplicador

Cuartafranja

Tolerancia

NegroMarrónRojoNaranjaAmarilloVerdeAzul

VioletaGrisBlanco

DoradoPlateadoNingunaBanda

0123456

789

0123456

789

100

101

102

103

104

105

106

107

0.10.01

5%10%20%



En el mercado existen valores estándar de resistores que responden a series normalizadas tales como:E6, E12, E24. El número que acompaña a la letra E indica el número de valores disponibles pordecena.

Por ejemplo, la serie E6 esta formada por 6 valores de resistencias entre 1 y 10, 6 entre 10 y 100, 6entre 100 y 1000 y así consecutivamente. A continuación presentamos un tabla de valores

normalizados de las resistencias:

Tab. 1.5.2

E6 (±20%) E12 (±10%) E24 (±5%)

1.0

1.01.0

1.1

1.21.2

1.3

1.5

1.51.5

1.6

1.81.8

2.0

2.2

2.22.2

2.4

2.72.7

3.0

3.3

3.33.3

3.6

3.9 3.94.3

4.7

4.74.7

5.1

5.65.6

6.2

6.8

6.86.8

7.5

8.2

8.2

9.1



Resistores en serie y en paralelo

Es importante indicar que cuando dos resistores son conectados en serie, estoes, son atravesados por la misma corriente, la resistencia total es igual a lasuma de cada resistencia.

Fig. 1.5.5

Los resistores de la Fig. 1.5.6 se llaman resistores en paralelo ya que se aplicael mismo voltaje a sus extremos.La resistencia obtenida por la combinación de R1 con R2, llamada resistenciatotal, es menor al valor de la menor resistencia y se calcula de la siguientemanera:

Fig. 1.5.6



Lección N.6: Concepto de cantidades eléctricas variables

Objetivos: Conocer:

las señales constantes y las señales variables

las definiciones de señal constante, señal periódica y señal alternada

Poder:

representar los diferentes tipos de señales

distinguir las diferentes señales

Requisitos: ejes cartesianos

cantidades eléctricas

Contenido: señales constantes

señales variables



Una señal se denomina constante cuando su valor no varía en el tiempo.

Una señal constante puede ser representada asignando la variable tiempo al eje de las abscisas de un

diagrama cartesiano y el valor de la cantidad (de la cual queremos conocer la gráfica) al ejeordenado.

Fig. 1.6.1: Gráfica de una señal constante

Es posible observar claramente que el valor de voltaje, cuya señal se representa como ejemplo, semantiene igual instante tras instante.

Señales constantes



En el análisis de los circuitos notamos que frecuentemente éstos están además caracterizados porcorrientes y voltajes cuyos valores varían en el tiempo.

Señales variables

En la Fig. 1.6.2 se representa la curva de un voltajevariable:

Curva de una señal variable

Fig. 1.6.2

Si una señal variable se repite periódicamente en el tiempo,es decir, toma los mismos valores cada intervalos de tiempobien precisos, la cantidad se denomina periódica.

En este caso el voltaje se repite con exactitud cada intervalosde tiempo T1.

El intervalo de tiempo T1 se llama período y se mide ensegundos. Curva de una señal periódica

Fig. 1.6.3

En el caso en que una señal periódica adopte valorespositivos y negativos de manera tal de que el área positiva esigual al área negativa, se dice que la señal es alternada.

Curva de una señal alternada

Fig. 1.6.4



Las señales variables están caracterizadas por algunas cantidades, que serán examinadas en elsiguiente módulo.

Si una señal alternada adopta una curva en forma de onda,como en la Fig. 1.6.5, la señal se llama sinusoidal.

Curva de una señal sinusoidal

Fig. 1.6.5



Unidad N.1: Circuito eléctrico

Objetivos: Conocer los elementos que componen un circuito eléctrico

Saber lo que se necesita para encender una lámpara con una corrienteeléctrica

Medir el voltaje con el voltímetro

Medir la corriente con el amperímetro

Requisitos: Aprendizaje de las lecciones 1, 2 y 3 del Módulo 01 (Guía Teórica)

Instrumentos

operativos:

1 Multímetro digital



Circuito eléctrico

Esquema eléctrico

Fig. 1.1

Lista de componentesE = Lámpara incandescente 12 V

Esquema topográfico

Fig. 1.2

Fig. 1.3



Resultados Obtenidos

U= V I= mA = A

U= V I= mA = A

EXPERIMENTACIÓNinsertar el módulo 1 en la consola y ajustar el interruptor principal a la posición ONcolocar el interruptor S1 en OFFconectar un multímetro, ajustado como un voltímetro de CC, Fig. 1.2;girar el potenciómetro +V, para ajustar el voltaje a 5V;colocar el interruptor S1 en ON: la lámpara se enciendecolocar el interruptor S1 en OFF;

conectar un multímetro, ajustado como un amperímetro de CC, Fig. 1.3;leer el valor de corriente y anotarlo en "RESULTADOS OBTENIDOS";repetir las operaciones previas con un voltaje mayor y escribir los valores;

PREGUNTAS

A La unidad de medida de la corriente es:

1 Ohmio2 Voltio

3 Amperio

4 Faradio

B Un material sin electrones libres se llama:

1 Conductor

2 Semiconductor

3 Material aislante

C La parte del circuito que disipa la energía se llama:

1 Generador

2 Carga

D La unidad de medida de la fuerza electromotriz (f.e.m.) es:

1 Amperio

2 Voltio

3 Ohmio



SIMULACIÓN DE FALLAS

Presionar la tecla INSERT para la inserción de la falla en el circuito.Repetir las operaciones de la sección EXPERIMENTACIÓN para localizar la falla insertada en el cir

G ¿Qué es la falla:

1 Lámpara interrumpida2 S1 interrumpido

3 Circuito no alimentado

4 S1 en cortocircuito

Remover todas las conexiones.



Unidad N.2: Generadores en serie

Objetivos: Entender el funcionamiento de dos generadores en serie

Requisitos: Aprendizaje de la Unidad 1 del Módulo 01 (Guía práctica)

Aprendizaje de las lecciones 1, 2 y 3 del Módulo 01 (Guía Teórica)

Instrumentosoperativos:




Generadores en serie

Esquema eléctrico

Fig.2.1Esquema topográfico

Fig. 2.2 Fig. 2.3

Fig. 2.4


U32= V

U21= V

U31= VU31=U32+U21 V



EXPERIMENTACIÓNinsertar el módulo 1 en la consola y ajustar el interruptor principal a la posición ONconectar un multímetro, ajustado como un voltímetro de CC, Fig. 2.2;medir el voltaje U32 y escribir el valor en "RESULTADOS OBTENIDOS"

conectar un multímetro, ajustado como un voltímetro de CC, Fig. 2.3;medir el voltaje U

21 y escribir el valor;

conectar un multímetro, ajustado como un voltímetro de CC, Fig. 2.4medir el voltaje U31 y escribir el valor;

verificar que el voltaje total U31 sea igual a la suma de los voltajes individuales U32 + U21;

analizar los resultados.

PREGUNTAS

ACuantas pilas de 1.5 V son necesarias conectar en serie para tener un voltaje equivalente de 12 V:

1 4Respuesta:2 8

3 6

B Los voltajes de dos generadores en serie se suman si:

1 el polo positivo de uno es conectado al polo negativo del otroRespuesta:2 el polo positivo de uno es conectado al polo positivo del otro

3 en ambos casos.


Presionar la tecla INSERT para la inserción de la falla en el circuito.Repetir las operaciones de la sección EXPERIMENTACIÓN para localizar la falla insertada en elcircuito.


1 Alimentación -5V en cortocircuito

Respuesta:2 Alimentación -5V interrumpida

3 Alimentación +5V interrumpida

4 Conexión a tierra interrumpida




Unidad N.3: Generadores en paralelo

Objetivos: Entender el funcionamiento de dos generadores en paralelo

Requisitos: Aprendizaje de las Unidades 1 y 2 del Módulo 01 (Guía práctica)

Aprendizaje de las lecciones 1, 2 y 3 del Módulo 01 (Guía Teórica)





Generadores en paralelo

Esquema eléctrico

Fig. 3.1Esquema topográfico

Fig. 3.2

Fig. 3.3Resultados Obtenidos

U1= V

U2 = 2V

Uparalelo=V

U2 = 4V

Uparalelo= V

U2 = 6V Uparalelo= V



EXPERIMENTACIÓNinsertar el módulo 1 en la consola y ajustar el interruptor principal a la posición ONajustar el interruptor S1 a OFFconectar un multímetro, ajustado como un voltímetro de CC, Fig. 3.2;

medir el voltaje U1 y escribir el valor en "RESULTADOS OBTENIDOS"conectar un multímetro, ajustado como un voltímetro de CC, Fig. 3.3;ajustar el voltaje U2 a 2V girando el potenciómetro +V

ajustar el interruptor S1 a ONmedir el voltaje Uparalelo y escribir el valor;

ajustar el interruptor S1 a OFFajustar el voltaje U2 a 4V girando el potenciómetro +V

ajustar el interruptor S1 a ONmedir el voltaje Uparalelo y escribir el valor

ajustar el interruptor S1 a OFFajustar el voltaje U2 a 6V, girando el potenciómetro +V

ajustar el interruptor S1 a ONmedir el voltaje Uparalelo y escribir el valor

ajustar el interruptor S1 a OFFanalizar y comentar los resultados.

PREGUNTAS

AConectando dos pilas de 1.5V en paralelo la f.e.m. total es:

1 3 VRespuesta:2 0 V

3 1.5 V

B Si dos pilas de 3V cada una se conectan en paralelo, el conjunto se comporta como una única pilade duración1 mayor

Respuesta:2 igual3 menor

CLa f.e.m. de dos generadores en paralelo es igual a:

1 la f.e.m. del generador menorRespuesta:2 la f.e.m. del generador mayor

3 la suma de ambos





G ¿Qué es la falla:1 Alimentación +V interrumpida

Respuesta:2 Alimentación +5V en cortocircuito

3 S1 en cortocircuito

4 S1 interrumpida




Unidad N.4: Ley de Ohm

Objetivos: Verificar la ley de Ohm

Requisitos: Aprendizaje de las Unidades 1, 2 y 3 del Módulo 01 (Guía práctica)

Aprendizaje de las lecciones 1, 2, 3 y 4 del Módulo 01 (Guía Teórica)

Instrumentos

operativos:

2 Multímetros digitales



Ley de Ohm

Esquema eléctrico

Fig. 4.1Lista de componentesR1 = 1 kOhm - 1/ 4W - 5%


Fig. 4.2



D Suponiendo que I = 20mA y R = 1000 Ohmios, a cuanto equivale U ?

1 U = 5V

Respuesta:2 U = 10V

3 U = 20V

4 U = 20mV




1 R1 en falla (en pérdida)Respuesta:

2 Alimentación +5V interrumpida

3 R1 en cortocircuito

4 S1 interrumpida




Unidad N.5: Aplicación de la ley de Ohm

Objetivos: Verificar como influye la resistencia en la corriente

Requisitos: Aprendizaje de la Unidad 4 del Módulo 01 (Guíapráctica)

Aprendizaje de la Lección 4 del Módulo 01 (Guía Teórica)


2 Multímetros digitalesJuego de cables



Aplicación de la ley de Ohm

Esquema eléctrico

Fig. 5.1Lista de componentesR1 = 820 kOhm - 1/ 4W - 5%

R2 = 2.2 kOhm - 1/ 4W - 5%


Fig. 5.2



Fig. 5.3

Resultados ObtenidosTab. 5.2

U[V]

R[Ohm]

I = U / RValor calculado

IValor medido

[mA] [A] [mA] [A]

10 820

10 2200

EXPERIMENTACIÓNinsertar el módulo 1 en la consola y colocar el interruptor principal en la posición ON;colocar los interruptores S1 y S2 en OFF;

conectar un multímetro, ajustado como un voltímetro de CC, como se muestra en la Fig. 5.2;colocar el interruptor S1 en ONajustar el voltaje hasta leer en el voltímetro 10V, girando el potenciómetro +Vcalcular el valor de corriente, usando la fórmula I = U/R y escribirlo en la Tabla 5.2;colocar el interruptor S1 en OFF;remover el cable e insertar entre el jack 2 y la conexión a tierra las terminales de un amperímetro,Fig. 5.3;colocar el interruptor S1 en ON;leer el valor de la corriente medida por el miliamperímetro y escribirlo en la Tabla 5.2;comparar el valor calculado con el medido;

colocar el interruptor S2 en ON y repetir el procedimiento empezando por el punto 7 ;analizar los resultados.



PREGUNTAS

ASi en un circuito el voltaje permanece constante y la resistencia aumenta, ¿que le ocurre a lacorriente?

1 no cambia

Respuesta:2 aumenta3 disminuye

B La corriente en un circuito es de 1 A; si el voltaje se triplica, la corriente vale:

1 el dobleRespuesta:2 el triple

3 la mitad





Respuesta:2 R2 en cortocircuito

3 El circuito no esta alimentado

4 S2 en cortocircuito y R1 en pérdida




Unidad N.6: La resistividad

Objetivos: Comprender y verificar el vínculo existente entre resistencia, longitud,

sección y resistividad de un conductor



Instrumentos

operativos:




La resistividad

Esquema eléctrico

Fig. 6.1Lista de componentes

R1cobre = 40 vueltas largo = 3m diámetro = 0.16mm

R2manganina = 40 vueltas largo = 3m diámetro = 0.16 mm

R3cobre = 100 vueltas largo = 6.5m diámetro = 0.08mm

R4cobre = 100 vueltas largo = 13m diámetro = 0.08mm

Datos de cálculoResistividad del cobre a 20°Cρcobre = 17.6 • 103 Ohm•m = 0.0176Ohm•mm2 /m

Resistividad de la manganina a 20°C

ρmanganina = 450 • 103 Ohm•m = 0.45 Ohm•mm2 /m

Resistencia de un conductor:

Sección de un conductor:




Fig. 6.2


R1

[Ohm]Valor calculado

R2

[Ohm]Valor medido

R3

[Ohm]Valor calculado

R4

[Ohm]Valor medido

EXPERIMENTACIÓNinsertar el módulo 1 en la consola y colocar el interruptor principal en la posición ON;calcular los valores de las resistencias R1 y R2 usando la fórmula de "DATOS DE CÁLCULO" yescribir los resultados en la Tabla 6.2;analizar y comentar los resultados;usar el multímetro, ajustado como ohmiómetro, y verificar que el valor calculado se correspondecon el medido ;calcular los valores de las resistencias R3 y R4 y escribir los resultados en la Tabla 6.2;analizar y comentar los resultados,

usar el multímetro, ajustado como ohmiómetro, y verificar que el valor calculado se correspondecon el medido.



PREGUNTAS

A La resistividad se mide en:

1 Ohmios mm2

Respuesta:2 Ohmios mm

2

/m3 Voltios/Ohmios

B Al aumentar la temperatura de un conductor, la resistividad:

1 aumentaRespuesta:2 disminuye

3 no cambia

C Al aumentar la sección de un conductor de cobre, a temperatura constante, la resistividad:

1 se incrementaRespuesta:2 decrece

3 no cambia




Unidad N.7: Resistencia óhmica lineal y no lineal

Objetivos: Determinar la característica voltaje - corriente de un dipolo lineal y no

lineal



Instrumentos

operativos:




Resistencia óhmica lineal y no lineal

Esquema eléctrico

Fig. 7.1

Lista de componentesR1 = 1.8 kOhm - 1/ 4W - 5%E = Lámpara incandescente 12VEsquema topográfico

Fig. 7.2



trazar en la Fig. 7.3 la característica voltaje - corriente que interpola los puntos y pasa por elorigen;verificar que la relación entre voltaje y corriente es lineal de acuerdo a la ley de Ohm.CARACTERÍSTICA VOLTAJE - CORRIENTE DE UN LÁMPARA colocar el interruptor S1 en ON;conectar un multímetro, ajustado como un voltímetro de CC, y otro como un miliamperímetro de

CC, Fig. 7.2;ajustar el voltaje hasta leer en el voltímetro 1V, girando el potenciómetro +V;leer el valor de la corriente medida por el miliamperímetro y escribirla en la Tab. 7.2leer el valor de la corriente para todos los valores de voltaje que figuran en la Tab. 7.2;obtener el valor de R1, como un cociente entre los voltajes medidos y las corrientes y escribirlo enla Tab. 7.2;trazar en la Fig. 7.3 la característica voltaje corriente que interpola los puntos;verificar que la relación entre el voltaje y la corriente es no lineal: a una variación del voltajeaplicado a la lámpara corresponde una variación de la temperatura del filamento, junto con unasensible variación de resistencia.

PREGUNTAS

A Un componente es lineal cuando:

1 la relación entre corriente y temperatura es linealRespuesta:2 la relación entre voltaje y corriente es lineal

3 la resistencia varía como función de la temperatura

B ¿Es la lámpara un componente lineal?

1 siRespuesta:

2 no




Unidad N.8: Circuitos en serie

Objetivos: Determinar el valor de la corriente, resistencia y de las caídas de

voltaje en un circuito en serie, usando la ley de Ohm

Requisitos: Aprendizaje de las Unidades 1, 2, 3 y 4 del Módulo 01 (Guía práctica)

Aprendizaje de las Lecciones 1, 2, 3 y 4 del Módulo 01 (Guía Teórica)

Instrumentos

operativos:




Circuitos en serie

Esquema eléctrico

Fig. 8.1

Lista de componentesR1 = 330 Ohm - 1/ 4W - 5%R2 = 680 Ohm - 1 /4W - 5%

Datos de cálculo

Resistencia total de un circuito en serie: Rs = R1 + R2 [Ohm]

Corriente de un circuito en serie: I = U / Rs [A] (U = voltaje de alimentación)Caída de voltaje en R1: UR1 = R1 • I [V]

Caída de voltaje en R2: UR2 = R2 • I [V]


Fig. 8.2

Fig. 8.3



Fig. 8.4


Tab. 8.2Rtot

[Ohm]

Itot

[A]

UR1

[V]

UR2

[V]

Valor calculado

Valor medido

EXPERIMENTACIÓNinsertar el módulo 1 en la consola y colocar el interruptor principal en la posición ON;calcular la resistencia total del circuito y escribir el resultado en la tabla 8.2;calcular la corriente total del circuito y escribir el resultado en la tabla 8.2;calcular la caída de voltaje en R1 y escribir el resultado en la tabla 8.2;calcular la caída de voltaje en R2 y escribir el resultado en la tabla 8.2;verificar que la suma de las caídas de voltaje corresponden al voltaje aplicado U = 5V;medir la caída de voltaje en R1 usando un voltímetro, ajustado a CC, Fig. 8.2 y escribir elresultado en la tabla 8.2;medir la caída de voltaje en R2 usando un voltímetro, ajustado a CC, Fig. 8.3 y escribir el

resultado en la tabla 8.2;medir el voltaje aplicado usando un voltímetro en CC, Fig. 8.4;verificar que la suma de las caídas de voltaje corresponden al voltaje aplicado U = 5V;analizar y comentar los resultados.

g



PREGUNTAS

AR1 y R2 son dos resistores en serie que tienen el mismo valor R de resistencia. La resistenciaequivalente Rs es:1 Rs = R

Respuesta:2 Rs = R/23 Rs = 2•R

B Dos resistores R1 y R2 con R1 >R2 conectados en serie son atravesados por las corrientes I1e I2

con:1 I1 = I2

Respuesta:2 I1 > I2

3 I1 < I2

CUna batería de 10V se conecta a dos resistores en serie de 100 Ohm cada uno. La caída de voltajeen cada resistor es:

1 U1 = 5V; U2 = 5V

Respuesta:2 U1 = 10V; U2 = 10V

3 U1 = 5V; U2 = 10V





Respuesta:2 R2 en cortocircuito

3 El circuito no esta alimentado

4 R2 interrumpida

Remover todas las conexiones.;



Unidad N.9: Código de colores de los resistores

Objetivos: Determinar el valor de las resistencias con el código de colores.

Comprender el concepto de tolerancia

Determinar el valor de dos resistencias en paralelo

Requisitos: Aprendizaje de las Unidades 1, 2, 3 y 4 del Módulo 01 (Guía práctica)

Aprendizaje de las Lecciones 1, 2, 3 y 4 del Módulo 01 (Guía Teórica)

Instrumentos

operativos:




Código de colores de los resistores

Esquema eléctrico

Fig. 9.1

Lista de componentesR1 = 3.6 kOhm - 1/ 4W - 1%R2 = 560 kOhm - 1/ 2 W- 5%R3 = 47 kOhm - 1W - 5%R4 = 15 kOhm - 2W - 5%

Datos de cálculoResistencia total de dos resistencias en paralelo (R2, R3):

RP = (R2 • R3) / (R2 + R3)


Fig. 9.2



Fig. 9.3


R1 R2 R3 R4

valor lee [Ohm]

tolerancia [%]

valor medido [Ohm]

valor calculado (R2//R3) [Ohm]

valor medido (R2//R3) [Ohm]

EXPERIMENTACIÓNinsertar el módulo 1 en la consola y colocar el interruptor principal en la posición ON;

leer , usando el código de colores, el valor y la tolerancia de los resistores y escribirla en la tabla9.2;

conectar un multímetro digital, ajustado como un ohmiómetro, Fig. 9.2;

medir los valores de las resistencias R1 y R4 y escribirlos en la tabla 9.2;

comparar el valor leído por medio del código de colores con el valor medido

calcular la resistencia paralela R2//R3 y escribir el resultado en la tabla 9.2;

medir, usando el ohmiómetro, la resistencia paralela R2//R3 (Fig. 9.3) y escribir el resultado en latabla 9.2;

comparar los resultados.



PREGUNTAS

A R1 y R2 son dos resistores conectados en paralelo que tienen el mismo valor R deresistencia. La resistencia equivalente Rp es:

1 Rp = R

Respuesta:2 Rp = 2R3 Rp = R/2

B Un resistor en cuyo cuerpo esta impreso el siguiente código de colores: amarillo, violeta,rojo, dorado, tiene un valor de resistencia y de tolerancia igual a:

1 470 Ohmios, 5%

Respuesta:2 5.7 kOhmios, 1%

3 4.7 kOhmios, 5%

C Un resistor cuyo cuerpo esta impreso con el siguiente código de colores: azul, rojo,anaranjado, plateado, tiene un valor de resistencia y de tolerancia de:

1 62 kOhmios, 5%Respuesta:2 62 kOhmios, 10%

3 6.7 kOhmios, 10%




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