Polaridad, masa y tierra

01 · Punto de partida

Una medición, dos resultados

Medís un punto del circuito con la punta negra apoyada en el borne − de la pila y el multímetro marca 2 V. Movés la negra a otro lugar, sin tocar la roja, y ahora marca −7 V. El circuito no cambió en nada. Cambió contra qué estás midiendo.

En el Tema 5 viste que una tensión es siempre una diferencia entre dos puntos. De ahí sale una consecuencia práctica: para que las mediciones de un circuito se puedan comparar entre sí, todas tienen que hacerse contra el mismo punto. Ese punto tiene nombre, GND, y este tema trata de cómo elegirlo, cómo marcarlo y con qué no confundirlo.

• ¿Qué quiere decir que un punto «está a 5 V» si no se aclara contra qué?
• ¿GND hace algo, o solo marca dónde está el cero?
• ¿Masa y tierra son lo mismo?
• ¿Qué pasa si dos circuitos no comparten ninguna referencia?

02 · Definiciones

Tres palabras que se mezclan

Las dos primeras son herramientas de trabajo diario y ocupan casi todo el tema. La tercera aparece para que sepas reconocerla y, sobre todo, para que no la confundas con la segunda: en inglés se usa la misma palabra para ambas y eso genera muchos malentendidos.

03 · Polaridad

Reconocer la polaridad

En continua, cada fuente tiene un + y un −, y algunos componentes solo funcionan orientados de una manera. Se los llama componentes polarizados. Antes de conectar cualquier cosa conviene saber leer estas marcas:

¿Todos los componentes tienen polaridad?

No. Un resistor, una llave o una lamparita común funcionan igual en los dos sentidos. Un LED, no: al revés no enciende (Tema 17).

¿Y si no hay marcas a la vista?

Se mide. Con la punta roja en un borne y la negra en el otro, una lectura positiva indica que la roja está en el +. Una negativa, que está en el −.

04 · La referencia

GND: el cero elegido

Toda lectura de tensión es una resta: el nivel del punto donde está la punta roja, menos el nivel del punto donde está la negra.

Si dejás la negra siempre en el mismo lugar, cada punto del circuito pasa a tener un número propio. Recién ahí se puede decir «este punto está a 2 V» sin agregar nada más. Ese lugar fijo es GND.

¿Por qué se elige el borne −?

Porque así todos los puntos del circuito quedan con valores positivos, que es lo más cómodo de leer. Otra elección es válida, pero aparecen números negativos.

¿Cómo se marca en un esquema?

Con el símbolo de masa: tres rayas horizontales cada vez más cortas, o un pequeño triángulo. Todos los puntos que lo llevan están unidos entre sí, aunque no se dibuje la línea.

¿Cómo se obtiene la caída en un componente?

Restando lo que medís en sus dos extremos. En la figura, el resistor tiene 9 V de un lado y 2 V del otro: caen 7 V.

¿GND «absorbe» la corriente?

No. Es un tramo del camino de retorno, y por él circula la misma corriente que por el resto del lazo. Que valga 0 V es una convención para medir, no un sumidero.

La masa común

Hay un caso en que la referencia deja de ser una comodidad y pasa a ser indispensable: cuando hay dos circuitos con fuentes distintas. Si no comparten ningún punto, no existe forma de comparar una tensión de uno con una del otro. Es como tener dos mapas con alturas medidas desde niveles del mar diferentes.

La solución es unir sus bornes negativos con un cable. A eso se lo llama masa común. Vas a necesitarlo en cuanto conectes entre sí dos aparatos, por ejemplo una placa con un sensor que tiene su propia alimentación.

05 · Simulador

¿Dónde está el cero?

A la izquierda, el circuito de siempre en funcionamiento, con tres puntos para medir: A, B y C. A la derecha, una pila AA suelta, con los puntos D y E, que no está conectada al circuito. Podés mover las dos puntas del multímetro por los cinco puntos.

La punta negra define la referencia: donde la apoyes aparece el símbolo de masa, y el número junto a cada punto es su tensión respecto de ese lugar.

Recorrido guiado

1. 1
   Con la negra en C, pasá la roja por A, B y C.

   9 V, 2,15 V y 0 V. Con la referencia en el − de la pila, cada punto tiene su número y todos son positivos.

2. 2
   Mové la negra a B.

   Los tres números cambian: A pasa a 6,85 V y C a −2,15 V. Pero mirá las dos casillas de la derecha: las caídas en el resistor y en el LED siguen iguales. Cambió la descripción, no el circuito.

3. 3
   Mové la negra a A.

   Ahora el cero está en el + de la pila y todo lo demás queda negativo. Es una referencia válida, solo que incómoda.

4. 4
   Volvé la negra a C y llevá la roja a D.

   La lectura no se queda quieta. Entre el circuito y la pila AA no hay ningún punto en común: la resta no está definida y el multímetro muestra ruido.

5. 5
   Tocá «Unir las masas».

   Un solo cable, entre los dos bornes negativos, y la lectura se estabiliza en 1,50 V. No circula corriente por ese cable: solo les da a los dos circuitos el mismo cero.

Preguntas para pensar

1. Con la negra en B, el punto C marca −2,15 V. ¿Hay algo «negativo» en ese cable?
2. ¿Por qué alcanza con un solo cable para que las dos pilas tengan una referencia común?
3. Si medís con la roja en A y la negra en B, ¿necesitás saber dónde está GND?

06 · Tierra

Masa no es tierra

La tierra de una instalación eléctrica es otra cosa, con otro propósito. Es un conductor que une las partes metálicas de los aparatos con una jabalina clavada en el suelo. Si por una falla el gabinete de una heladera quedara conectado a los 220 V, esa corriente tendría un camino fácil hacia el suelo, haría saltar la protección y nadie recibiría la descarga.

Tu circuito con una pila de 9 V no tiene ninguna relación con la tierra de la casa: está aislado de la red, y esa es justamente una de las razones por las que es seguro. No necesita esa conexión y no hay que hacérsela.

07 · Errores típicos

Cuatro errores de referencia

Ante una medición rara, la primera pregunta no es si el circuito está roto, sino dónde está la punta negra.

08 · Analogía para programadores

GND como origen de coordenadas

1. 1
   Es el punto (0, 0).

   Toda posición se expresa respecto de un origen. Si movés el origen, cambian todas las coordenadas y ninguna distancia. Es lo que hace la punta negra.

2. 2
   Es la rama base de una comparación.

   Un diff se calcula contra algo. Dos ramas sin un antecesor común no se pueden comparar; dos circuitos sin masa común, tampoco.

3. 3
   Conviene que sea explícito.

   El símbolo de masa en un esquema cumple el papel de una convención documentada: cualquiera que lo lea mide igual que vos.

Cambiar de referencia es restarle a todo el mismo valor. En este ejemplo, los niveles cambian con cada referencia y la caída en el resistor da siempre lo mismo:

# Niveles medidos con la negra en C
nodos = {"A": 9, "B": 2.15, "C": 0}

def respecto_de(referencia):
    resultado = {}
    for nombre, nivel in nodos.items():
        resultado[nombre] = round(nivel - nodos[referencia], 2)
    return resultado

for referencia in ["C", "B", "A"]:
    v = respecto_de(referencia)
    caida = v["A"] - v["B"]
    print(f"GND en {referencia}:", v)
    print(f"  caida en el resistor: {caida:.2f} V")

Agregá un nodo "D": 5 a nodos. ¿Cambia la caída entre A y B al elegir otra referencia?

09 · Comprensión

Confusiones frecuentes

10 · Práctica guiada

Ejercicios de referencia

Ejercicio 1: restar mediciones

Con la punta negra en GND medís 9 V en un extremo de un resistor y 2 V en el otro, que está unido a un LED. La otra pata del LED va a GND. ¿Cuánto cae en el resistor? ¿Y en el LED?

Ejercicio 2: predecí con otra referencia

En el simulador, con la negra en C, los puntos valen A = 9 V, B = 2,15 V y C = 0 V. Antes de probarlo, calculá cuánto marcará cada uno con la negra en A. Después comprobalo.

Ejercicio 3: dos pilas, un cero

Tenés una pila de 9 V y una pila AA sobre la mesa, sin nada que las una. Querés saber cuánto más alto está el + de una que el + de la otra. ¿Qué tenés que conectar primero? ¿Qué vas a leer?

Ejercicio 4: encontrá el positivo

Te dan una fuente sin marcas. Apoyás la punta roja en un borne y la negra en el otro, y el multímetro marca −5,02 V. ¿Qué tensión tiene la fuente y cuál es su borne positivo?

11 · Síntesis

Ideas para recordar

¿Listo para el Tema 14?

Podés avanzar si sos capaz de responder esto sin mirar:

• Explicar qué es GND sin usar la palabra «tierra».
• Decir por qué se suele elegir el borne negativo como referencia.
• Explicar qué hace falta para comparar tensiones de dos circuitos con fuentes distintas.
• Indicar cómo se reconoce el positivo de una pila de 9 V y el de un LED.

Con este tema queda completo el vocabulario para describir un circuito y medirlo. Antes de pasar a los componentes conviene ordenar las comparaciones que fueron apareciendo: en el próximo tema, las analogías para programadores, con sus alcances y sus límites.