Circuitos

Simuladores de circuitos eléctricos

¿Se puede comprender, de forma efectiva, el funcionamiento de los circuitos eléctricos en un entorno virtual? Con la electricidad, las posibilidades de experiencia sensorial son muy limitadas: la electricidad es invisible, inodora, casi una entidad mágica de la que sólo dan cuenta algunos fenómenos no menos mágicos como el magnetismo o la electrólisis.
Losprofesores solemos explicar las magnitudes y los fenómenos eléctricos haciendo constantes referencias a otras entidades físicas con las que presumimos una cierta analogía: la presión, el caudal de agua, la diferencia de nivel en dos vasos comunicantes etc.
Pero las posibilidades de experiencia sensorial con los circuitos son mínimas: construir circuitos, con receptores fuertemente sensorialescomo bombillas y motores, y comprobar que funcionan. Pero en cuanto a las magnitudes, que son abstracciones conceptuales, tenemos que fiarnos de los instrumentos.
El aprendizaje con circuitos reales es lento. Hay que montar los componentes en un tablero o una placa protoboard y cablear antes de probar. Y muchas veces el circuito no funciona: tiene demasiados puntos sensibles, pasan muchas cosas yhay demasiados factores en juego. Todos los fenómenos que tienen lugar en un circuito, influyéndose mutuamente, hay que integrarlos en un discurso teórico que es ciertamente abstracto. Y, muchas veces, los alumnos se desaniman cuando ven que no funciona, y no saben por qué. ¿Será un mal contacto, las conexiones están equivocadas o es mi culpa porque no tengo ni idea de esto? Un simulador decircuitos, en cambio, permite a nuestros alumnos experimentar con la electricidad de un modo divertido y seguro. No hay límite de instrumentos ni de componentes, no hay que comprar nada. Se pueden simular circuitos erróneamente conectados, las consecuencias no serán nunca dramáticas.
La eficiencia de los sistemas de simulación por software ha hecho que incluso en los circuitos electrónicos reales, en losque sus bloques funcionales están implementados en chips, cada vez más pequeños y soldados mediante la tecnología SMT en placas de circuito impreso multicapa, las técnicas de medida tradicionales ya no sean útiles. El ingeniero ya no utiliza polímetros, osciloscopios ni puntas de medida o sondas para tomar valores de tensión o de impedancia, para luego efectuar sus cálculos. Ahora, el software demedida está incorporado en el chip y proporciona los ensayos que permiten comprobar su funcionamiento.
Pero una dificultad específica de la enseñanza de los contenidos relativos a los circuitos eléctricos es la relativa a la organización espacial. Los componentes de un circuito tienen, por un lado, una forma física y, por otro lado, una representación simbólica. La disposición espacial de uncircuito eléctrico real, los componentes, sus terminales y los cables que los conectan y la representación esquemática de ese mismo circuito, hecho de símbolos y segmentos rectos, es completamente distinta. La relación entre ambas entidades es una relación puramente lógica que exige una operación compleja de transferencia. A muchos alumnos les resulta difícil este tipo de pensamiento. Por eso espreciso encontrar alguna forma práctica de vincular el aprendizaje con circuitos virtuales y la conexión de circuitos tangibles, con componentes físicos y cables, para ayudarles a hacer esta transferencia.
Por eso, los simuladores de circuitos idóneos para su uso en la enseñanza Secundaria deben estar orientados a este propósito, disponer de utilidades básicas de análisis y medida de magnitudes. Lasaplicaciones más potentes de este tipo (como Multisim de National Instruments, eSpice o Pspice), utilizadas en los trabajos profesionales de ingeniería o en los estudios de nivel universitario, son inadecuados para nuestro propósito. El uso del simulador ha de ser intuitivo y sencillo. Es deseable que la representación de los componentes y del circuito sea realista y que, simultáneamente, en la...