La anterior ecuación se puede también expresar de las siguientes formas:

Transcripción

1 1. LEY DE OHM GUÍA 1: LEYES ELÉCTRICAS El circuito eléctrico es parecido a un circuito hidráulico ya que puede considerarse como el camino que recorre la corriente (el agua) desde un generador de tensión (también denominado como fuente) hacia un dispositivo consumidor o carga. La carga es todo aquello que consume energía para producir trabajo: la carga del circuito puede ser una lámpara, un motor, etc. La corriente, al igual que el agua, circula a través de unos canales o tuberías; son los cables conductores y por ellos fluyen los electrones hacia los elementos consumidores. En el circuito hidráulico, la diferencia de niveles creada por la fuente proporciona una presión (tensión en el circuito eléctrico) que provoca la circulación de un caudal de líquido (intensidad); la longitud y la sección del canal ofrecen un freno al paso del caudal (resistencia eléctrica al paso de los electrones). De modo análogo en el circuito eléctrico, la corriente que fluye por un conductor depende de la tensión aplicada a sus extremos y la resistencia que oponga el material conductor; cuanto menor sea la resistencia mejor circulará la corriente. Cuanto mayor es la diferencia de altura (potencial), más rápido baja el agua, por tanto, cuanto mayor es la diferencia de potencial, más corriente tendremos para el mismo conductor. Cuanto más estrecho es el canal, con mayor dificultad pasa el agua, por tanto, cuanto más resistencia tiene el conductor, menor es la intensidad de corriente, para la misma diferencia de potencial. Ley de Ohm = La intensidad de corriente eléctrica que pasa por un conductor, es directamente proporcional a la diferencia de potencial o voltaje, e inversamente proporcional a la resistencia del conductor. Que podemos expresar mediante la ecuación: I = Intensidad de corriente en ampere (A) V = Voltaje o tensión en volt (V) R = Resistencia en ohm (Ω) La anterior ecuación se puede también expresar de las siguientes formas: La Ley de Ohm nos permite relacionar las tres magnitudes fundamentales de un circuito eléctrico, intensidad, voltaje y resistencia, de manera que conociendo dos de ellas, podemos calcular la tercera. 1

2 EJEMPLOS DE APLICACIÓN: 1. Calcular la intensidad que circula por una resistencia de 8Ω, si entre sus extremos hay una tensión de 32V. 2. Si por una resistencia circulan 6A, cuando entre sus extremos hay 72V, Cuál será el valor de la resistencia? 3. Qué tensión hay que aplicar a una resistencia de 25Ω, para que por ella circule una intensidad de 3A? 4. Calcular la intensidad que circula por una resistencia de 18kΩ, si entre sus extremos hay una tensión de 72V. Hay que tener en cuenta, que la resistencia la tenemos que pasar a ohmios, ya que esta en un múltiplo, el kilo-ohm: Con lo que tendremos: Cuando tengamos una solución como la anterior, el resultado lo pasaremos a otro submúltiplo, en este caso al mili, con lo que el resultado será de: Es muy frecuente utilizar la ley de Ohm, empleando para la intensidad ma, para el voltaje V, y para la resistencia kω. Siempre que utilicemos ma y kω varían: ACTIVIDADES 1. Al aumentar la corriente por una resistencia: a) aumenta la tensión entre sus extremos. b) disminuye la tensión en ella. c) aumenta el valor de la resistencia. 2. Si queremos reducir el paso de intensidad por una resistencia Qué podemos hacer? 2

3 2. LEYES DE KIRCHHOFF a) Ley de nodos o ley corrientes En todo nodo, donde la densidad de la carga no varíe en un instante de tiempo, la suma de corrientes entrantes es igual a la suma de corrientes salientes. Ficho de otra forma la suma de corrientes que entran a un nodo es igual a la suma de las corrientes que salen del nodo. I1 Nodo I3 I2 Suma de corrientes entrantes = Suma de las corrientes salientes I1 = I2 + I3 Un enunciado alternativo es, en todo nodo la suma algebraica de corrientes debe ser 0. Ejemplo: Calcular la corriente desconocida del circuito 7A 4A I2 =? Suma de corrientes entrantes = Suma de las corrientes salientes 7A = I2 + 4A 7A - 4A = I2 I2 = 3A 3

4 b) Ley de mallas o ley de voltajes En toda malla la suma de todas las caídas de tensión es igual a la suma de todas las subidas de tensión. Ficho de otra forma el voltaje aplicado a un circuito cerrado es igual a la suma de las caídas de voltaje en ese circuito. V1 V Malla V2 V3 Voltaje aplicado = Suma de caídas de voltaje V = V1 + V2 + V3 Un enunciado alternativo es, en toda malla la suma algebraica de las diferencias de potencial eléctrico debe ser 0. Ejemplo: Calcular el voltaje desconocido del circuito 8V 24V 10V V3 =? Voltaje aplicado = Suma de caídas de voltaje 24V = 8V + 10V + V3 24V 8V 10V = V3 V3 = 6V 4

5 3. LEY DE WATT La potencia eléctrica suministrada por un receptor es directamente proporcional a la tensión de la alimentación (V) del circuito y a la intensidad de corriente (I) que circule por él. P = Potencia en watt (W) V = Tensión en volt (V) I = Intensidad de corriente en ampere (A) Watt es la unidad de potencia del Sistema Internacional de Unidades, su símbolo es W. Es el equivalente a 1 julio por segundo (1 J/s). Expresado en unidades utilizadas en electricidad, el Watt es la potencia producida por una diferencia de potencial de 1 voltio y una corriente eléctrica de 1 amperio (1 VA). La potencia eléctrica de los aparatos eléctricos se expresa en Watt, si son de poca potencia, pero si son de mediana o gran potencia se expresa en kilovatios (kw). EJEMPLOS DE APLICACIÓN: 1. Cuál es la potencia consumida por un cautín de soldar por el cual circula una corriente de 0,16A (160mA) y está conectado a la red de 220V. 2. Qué corriente circula por una lámpara de 100W, conectada a la red de 220V? 3. Encuentre el voltaje aplicado a una plancha de 1000W, que consume una corriente de 4,55A 5

6 4. LEY DE JOULE Cuando la corriente eléctrica circula por un conductor, encuentra una dificultad que depende de cada material y que es lo que llamamos resistencia eléctrica, esto produce unas pérdidas de tensión y potencia, que a su vez den lugar a un calentamiento del conductor, a este fenómeno se lo conoce como efecto Joule. En definitiva, el efecto Joule provoca una pérdida de energía eléctrica, la cual se transforma en calor, estas pérdidas se valoran mediante la siguiente expresión: Pp = Potencia perdida en W R = Resistencia del conductor en Ω I = Intensidad de corriente en A La resistencia que presenta un conductor es: ρ = Resistividad en ohm por metro (Ω m). L = Longitud en metros (m). A = Sección en metros cuadrados (m 2 ). La sección transversal del conductor es: d = diámetro del conductor El conductor típicamente usado es el cobre, cuya resistividad es de 1, (Ω m). Finalmente se calcula la energía perdida en calor como sigue: Q = Energía calórica en calorías t = tiempo en segundo (s) Este efecto es aprovechado en aparatos caloríficos, donde estas pérdidas se transforman en energía calorífica, que se expresa por la letra Q, y se mide en calorías. 6