LEY DE OHM. MEDIDA DE RESISTENCIAS

1. INTRODUCCION TEORICA

A partir de la ley de Ohm, sabemos que la resistencia de un elemento R se puede determinar midiendo la tensión entre sus extremos, VR, y la corriente eléctrica, IR, que circula por él, mediante un amperímetro y un voltímetro. Para resistencias de valor medio, el circuito adecuado a dicha medida se muestra en la figura.

El error relativo en la medida de la resistencia depende de los errores cometidos en las medidas de la tensión y de la corriente:

Un divisor de tensión, es una configuración de circuito que reparte la tensión de una fuente entre dos o más impedancias conectadas en serie, en el caso de la presente práctica experimental dicho divisor es llamado divisor resistivo, es decir, aquel que se compone de resistencias como impedancias1 . En la (figura 1) se muestra un esquema de un divisor resistivo. Para calcular el voltaje en la resistencia 𝑅, se hace uso de la siguiente ecuación:

Para llegar a esta expresión tuvo que recurrirse a la primera ley de Kirchhoff, cuyo enunciado es: “en un circuito cerrado, la suma algebraica de las tensiones es cero” y la ley de Ohm

Otro concepto que aparece en esta práctica experimental es el de divisor de corriente, el cual es un circuito que reparte la corriente eléctrica de una fuente entre dos o más impedancias conectadas en paralelo, también en este caso dichas impedancias son resistencias.

El esquema (figura 2) es el de un divisor de corriente con resistencias como Impedancias, para calcular la corriente que pasa por la resistencia 𝑅; se hace uso de la segunda ley de Kirchhoff “en un nodo, la suma algebraica de las corrientes es igual a cero” y nuevamente de la ley de Ohm (2); obteniendo la siguiente relación matemática:

Donde 𝑅𝐿 es una resistencia limitadora.

2. VENTAJAS Y DESVENTAJAS DE CONEXIONES EN SERIE Y PARALELO:

2.1 CONEXIONES EN SERIE: VENTAJAS:

- En un circuito en paralelo el voltaje es igual para todas las resistencias y la intensidad es distinta para cada resistencia. Por lo tanto si se necesita bajar el voltaje en un circuito de mucho amperaje se utiliza la configuración paralela. de esa manera la intensidad se divide por la cantidad de resistencias.

DESVENTAJAS:- La principal es que si se rompe algún conductor eléctrico, o hay algún falso

contacto o si se funde alguna lámpara, se interrumpe la circulación de la corriente eléctrica y el circuito se abrirá.

- La otra desventaja es que como el voltaje se divide en cada uno de los dispositivos conectados al circuito en el caso de alumbrado en instalaciones eléctricas, no tiene aplicación práctica más que en algunas series de navidad.

EJEMPLOS:- ejemplo las conexiones de la mayoría de cables de árboles de navidad, que,

cuando se desconecta un bombillito se apaga toda la hilera de ese mismo color. 

2.2 CONEXIONES EN PARALELO: VENTAJAS:

- En un circuito en paralelo los dispositivos eléctricos, por ejemplo las lámparas. La aplicación de la ley de Ohm a los circuitos en los que existe una. Una de las ventajas de los microprocesadores es que permiten realizar.

- son muy usuales en casas y te permiten que si algo deja de funcionar el resto lo pueda seguir haciendo

DESVENTAJAS:- Están siendo reemplazados por nuevos puertos serie como el USB, el Firewire o el

Serial ATA.- Los sistemas de una casa de hecho funcionan de esta misma forma, la

característica principal es esta, que las resistencias (bombillo, pc, tv, etc.) no bajan su potencia, pero la fuente de energía (convertidor, batería, etc.), gasta más corriente. 

EJEMPLOS:- Los bombillos de una casa con la misma fuerza sin perder intensidad, si no,

entonces al encender un bombillo otro que esté encendido bajaría su potencia. 

3. RESISTENCIAS SHUNT:

3.1 DEFINICION:Es una carga resistiva a través de la cual se deriva una corriente eléctrica. Generalmente la resistencia de un Shunt es conocida con precisión y es utilizada para determinar la intensidad de corriente eléctrica que fluye a través de esta carga, mediante la medición de la diferencia de tensión o voltaje a través de ella, valiéndose de ello de la ley de Ohm (I = V/R).

3.2 USOS:Se utilizan en los rectificadores de protección catódica para conocer la corriente que está suministrando la fuente hacia el cátodo. Su utilización es muy importante, ya que este tipo de resistencias no afectan en gran manera las lecturas y las condiciones de trabajo del sistema.

Supresión de ruidosLos condensadores son algunas veces usados como shunts para redireccionar el ruido de alta frecuencia a tierra, evitando que se propague a la carga o hacia otro componente del circuito. Esta técnica es utilizada, por ejemplo, en los marcapasos.

Protección del circuitoCuando un circuito debe estar protegido de la sobretensión ante una posible falla en la fuente de alimentación, se suele emplear un dispositivo llamado "circuito crowbar". Cuando este dispositivo detecta una sobretensión causa un corto circuito entre el positivo de la fuente de alimentación y su negativo. Esto causará una bajada drástica de la tensión, protegiendo así el circuito, y un incremento de la corriente que se desviará hacia un dispositivo sensible a la corriente, como por ejemplo un fusible.

Ampliación de medida de un amperímetroUn Shunt en paralelo con el cuadro móvil de un amperímetro permite aumentar la extensión de la medición. La intensidad a medir se reparte entre el cuadro móvil y el Shunt, aumentando de este modo la capacidad de medida del aparato. El valor del shunt debe calcularse de manera que desvíe la intensidad que exceda del valor máximo que permite el amperímetro en cuestión.

4. OBSERVANDO LOS DIBUJOS DE CADA CIRCUITO

5. LEYES DE LOS CIRCUITOS SOBRE LA CONSERVACION DE LA ENERGIA POTENCIAL (ELECTROSTATICA) Y ENERGIA CINETICA (ELECTRODINAMICA):

5.1 ENERGIA POTENCIALLas leyes de Kirchhoff son dos igualdades que se basan en la conservación de la energía y la carga en los circuitos eléctricos. Fueron descritas por primera vez en 1845 por Gustav Kirchhoff. Son ampliamente usadas en ingeniería eléctrica.Ambas leyes de circuitos pueden derivarse directamente de las ecuaciones de Maxwell, pero Kirchhoff precedió a Maxwell y gracias a Georg Ohm su trabajo fue generalizado. Estas leyes son muy utilizadas en ingeniería eléctrica para hallar corrientes y tensiones en cualquier punto de un circuito eléctrico.

Ley de corrientes de Kirchhoff

Esta ley también es llamada ley de nodos o primera ley de Kirchhoff y es común que se use la sigla LCK para referirse a esta ley. La ley de corrientes de Kirchhoff nos dice que:

En cualquier nodo, la suma de las corrientes que entran en ese nodo es igual a la suma de las corrientes que salen. De forma equivalente, la suma de todas las corrientes que pasan por el nodo es igual a cero

Esta fórmula es válida también para circuitos complejos:

La ley se basa en el principio de la conservación de la carga donde la carga en couloumbs es el producto de la corriente en amperios y el tiempo en segundos.

Densidad de carga variante

La LCK sólo es válida si la densidad de carga se mantiene constante en el punto en el que se aplica. Considere la corriente entrando en una lámina de un capacitor. Si uno se imagina una superficie cerrada alrededor de esa lámina, la corriente entra a través del dispositivo, pero no sale, violando la LCK. Además, la corriente a través de una superficie cerrada alrededor de todo el capacitor cumplirá la LCK entrante por una lámina sea balanceada por la corriente que sale de la otra lámina, que es lo que se hace en análisis de circuitos, aunque cabe resaltar que hay un problema al considerar una sola lámina. Otro ejemplo muy común es la corriente en una antena donde la corriente entra del alimentador del transmisor pero no hay corriente que salga del otro lado.

Maxwell introdujo el concepto de corriente de desplazamiento para describir estas situaciones. La corriente que fluye en la lámina de un capacitor es igual al aumento de la

acumulación de la carga y además es igual a la tasa de cambio del flujo eléctrico debido a la carga (el flujo eléctrico también se mide en Coulombs, como una carga eléctrica en el SIU). Esta tasa de cambio del flujo , es lo que Maxwell llamó corriente de desplazamiento :

Cuando la corriente de desplazamiento se incluye, la ley de Kirchhoff se cumple de nuevo. Las corrientes de desplazamiento no son corrientes reales debido a que no constan de cargas en movimiento, deberían verse más como un factor de corrección para hacer que la LCK se cumpla. En el caso de la lámina del capacitor, la corriente entrante de la lámina es cancelada por una corriente de desplazamiento que sale de la lámina y entra por la otra lámina.

Esto también puede expresarse en términos del vector campo al tomar la Ley de Ampere de la divergencia con la corrección de Maxwell y combinando la ley de Gauss, obteniendo:

Esto es simplemente la ecuación de la conservación de la carga (en forma integral, dice que la corriente que fluye a través de una superficie cerrada es igual a la tasa de pérdida de carga del volumen encerrado (Teorema de Divergencia). La ley de Kirchhoff es equivalente a decir que la divergencia de la corriente es cero, para un tiempo invariante p, o siempre verdad si la corriente de desplazamiento está incluida en J.

Ley de tensiones de Kirchhoff

Esta ley es llamada también Segunda ley de Kirchhoff, ley de lazos de Kirchhoff o ley de mallas de Kirchhoff y es común que se use la sigla LVK para referirse a esta ley.

En un lazo cerrado, la suma de todas las caídas de tensión es igual a la tensión total suministrada. De forma equivalente, la suma algebraica de las diferencias de potencial eléctrico en un lazo es igual a cero.

De igual manera que con la corriente, los voltajes también pueden ser complejos, así:

Esta ley se basa en la conservación de un campo potencial de energía. Dado una diferencia de potencial, una carga que ha completado un lazo cerrado no gana o pierde energía al regresar al potencial inicial.

Esta ley es cierta incluso cuando hay resistencia en el circuito. La validez de esta ley puede explicarse al considerar que una carga no regresa a su punto de partida, debido a la disipación

de energía. Una carga simplemente terminará en el terminal negativo, en vez del positivo. Esto significa que toda la energía dada por la diferencia de potencial ha sido completamente consumida por la resistencia, la cual la transformará en calor.

En resumen, la ley de tensión de Kirchhoff no tiene nada que ver con la ganancia o pérdida de energía de los componentes electrónicos (Resistores, capacitores, etc.). Es una ley que está relacionada con el campo potencial generado por fuentes de tensión. En este campo potencial, sin importar que componentes electrónicos estén presentes, la ganancia o pérdida de la energía dada por el campo potencial debe ser cero cuando una carga completa un lazo.

Campo eléctrico y potencial eléctrico

La ley de tensión de Kirchhoff puede verse como una consecuencia del principio de la conservación de la energía. Considerando ese potencial eléctrico se define como una integral de línea, sobre un campo eléctrico, la ley de tensión de Kirchhoff puede expresarse como:

Que dice que la integral de línea del campo eléctrico alrededor de un lazo cerrado es cero.

Para regresar a una forma más especial, esta integral puede "partirse" para conseguir el voltaje de un componente en específico.

5.2 ENERGIA CINETICA

LEY DE OHM: Definió la resistencia eléctrica, cuando la anunció en 1827, parecía demasiado buena para poder ser cierta y no le creyeron. Consideraron a Ohm como poco digno de confianza, debido a ello lo trataron tan mal que abandonó su profesorado en Colonia y vivió durante varios años en la oscuridad y la pobreza, antes de que se reconociera que tenía razón.

El físico alemán George simón Ohm (1789-1854) comprobó que:

El voltaje que existe entre dos puntos de un conductor y la intensidad de corriente que pasa por el son directamente proporcionales.Quiere decir que la corriente que ingresa debido a la resistencia al salir va a disminuir:

V1 – V2 = IRLa razón entra la tensión v aplicada a los extremos de un conductor y la intensidad I que, circula por él es una cantidad constante denominada resistencia del conductor. La resistencia de un conductor se representa por R:

V =R = CONSTANTE V= IR

LEY DE JOULE:

Si en un conductor circula corriente eléctrica, parte de la energía cinética de los electrones se transforma en calor debido a los choques que sufren con los átomos del material conductor por el que circulan, elevando la temperatura del mismo.

Este efecto es conocido como Efecto Joule en honor a su descubridor el físico británico James Prescott Joule, que lo estudió en la década de 1860.

Este efecto fue definido de la siguiente manera: "La cantidad de energía calorífica producida por una corriente eléctrica, depende directamente del cuadrado de la intensidad de la corriente, del tiempo que ésta circula por el conductor y de la resistencia que opone el mismo al paso de la corriente".

Matemáticamente se expresa como:

Donde:Q = energía calorífica producida por la corriente.I = intensidad de la corriente que circula y se mide en amperios.R = resistencia eléctrica del conductor y se mide en ohm.t = tiempo el cual se mide en segundos.

Así, la potencia disipada por efecto Joule será: Donde V es la diferencia de potencial entre los extremos del conductor Mediante la ley de Joule podemos determinar la cantidad de calor que es capaz de entregar una resistencia, esta cantidad de calor dependerá de la intensidad de corriente que por ella circule y de la cantidad de tiempo que esté conectada.

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