LEY DE KIRCHOOFF

Resumen

En la siguiente experiencia se estuvo analizando las leyes de Kirchhoff de voltaje y corriente. Estas leyes dicen que las corrientes que entran a un nodo es igual a la suma de corrientes que salen, y la ley de las mallas que dice que la suma de voltajes en una malla o rama cerrada es igual a cero.

En esta actividad hablaremos de cómo aplicar las leyes de Kirchhoff mediante la ayuda de la ley de ohm. También aprender como circula la corriente en cada circuito aplicando las leyes de Kirchhoff.

Palabras claves

Leyes de Kirchhoff, Nodo, Ley de las mallas, Ley de ohm.

Abstract

In the following experiment the laws of Kirchhoff voltage and current is analyzed. These laws say that the currents entering a node is equal to the sum of currents leaving, and law of the net that says that the sum of voltages in a mesh or closed branch is zero.

In this activity, we will discuss how to apply Kirchhoff's laws with the help of Ohm's law. Also learn how current flows in each circuit using Kirchhoff's laws.

Keywords

Kirchhoff's Laws, Node, meshes law, Ohm’s Law.

Introducción

Las leyes de Kirchhoff que establecen un postulado de mucha importancia para el estudio de la física eléctrica o por consiguiente para el estudio de circuitos, donde se afirma que la suma de las corrientes que entran en un nodo es

Igual a las que salen, a partir de la teoría de la conservación de la energía analizaran algunos aspectos como la relación de las corrientes en distintos puntos del sistema. También debemos conocer todas las características para comenzar a analizar las leyes de Kirchhoff y tener claro los conocimientos de ley de nodos en los que se basan este circuito que se planteara.

2. Fundamentos Teóricos

2.1 Ley de Kirchhoff

Las 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.

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. Más que todo estas leyes se utilizan en ingeniería eléctrica y electrónica para hallar corrientes y tensiones en cualquier punto de un circuito eléctrico.

2.2 Ley de corrientes de Kirchhoff

Esta ley también es llamada ley de nodos o primera ley de Kirchhoff y es común que se utilice 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 corrientes que salen. De forma equivalente, la suma de todas las corrientes que pasan por el nodo es igual a cero”.

∑_(k=1)^n▒〖I_k=I_1+I_2+I_3+⋯+I_n=0〗

Esta fórmula también aplica para circuitos complejos:

∑_(k=1)^n▒(I_k ) ̃ =0

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

2.3 Ley de tensiones de Kirchhoff

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

Esta ley nos dice que:

“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”.

∑_(k=1)^n▒〖V_k=V_1+V_2+V_3+⋯+V_n=0〗

Los voltajes también pueden ser complejos así:

∑_(k=1)^n▒(V_k ) ̃ =0

Esta ley se basa en 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 terminara en el terminal negativo, en vez del positivo. Esto significa que toda energía dada por la diferencia de potencial ha sido completamente consumida por la resistencia, la cual se transformara en calor. Teóricamente, y, dado que las tensiones tienen un signo, esto se traduce con un signo positivo al recorrer un circuito desde un mayor potencial a otro menor, y viceversa (con un signo negativo al recorrer un circuito desde un menor potencial a otro mayor).

2.4 Circuitos Dc

Son circuitos de corriente directa o continua. La corriente continua (CC en español, en inglés DC, de Direct Current) es el flujo continuo de electrones a través de un conductor entre dos puntos de distinto potencial. A diferencia de la corriente alterna (CA en español, AC en inglés), en la corriente continua las cargas eléctricas circulan siempre en la misma dirección (es decir, los terminales de mayor y de menor potencial son siempre los mismos). Aunque comúnmente se identifica la corriente continua con la corriente constante (por ejemplo la suministrada por una batería), es continua toda corriente que mantenga siempre la misma polaridad.

2.5 Ley de Ohm

Es una ley de la electricidad. Establece que la intensidad de la corriente que circula por un conductor es proporcional a la diferencia de potencial que aparece entre los extremos del citado conductor. Ohm completó la ley introduciendo la noción de resistencia eléctrica ; esta es el coeficiente de proporcionalidad que aparece en la relación entre y :

En la fórmula, corresponde a la intensidad de la corriente, a la diferencia de potencial y a la resistencia. Las unidades que corresponden a estas tres magnitudes en el sistema internacional de unidades son, respectivamente, amperios (A), voltios (V) y ohmios (Ω).

Conexión de Resistencias en Serie

Rxy = Req

La corriente es constante y Req = R1 + R2 + R3 + R4

Conexión de Resistencias en Paralelo.

La caída en tensión V en todas las resistencias es la misma Rxy = Req.

De forma análoga se conectan las fuentes de tensión y corriente, siguiendo cada uno condiciones distintas; como son:

Conexión de Fuentes de Tensión:

•En Serie: V1 + V2 + V3 + V4 + … + Vn = V

•En Paralelo: V1 = V2 = V3 = V4 = …= Vn = V

Conexión de Fuentes de Corriente:

•En Serie: I1 = I2 = I3 = I4 = … = In = I

•En Paralelo: I1 + I2 + I3 + I4 + … + In =

2.6 Resistencia

Resistencia eléctrica es toda oposición que encuentra la corriente a su paso por un circuito eléctrico cerrado, atenuando o frenando el libre flujo de circulación de las cargas eléctricas o electrones. Cualquier dispositivo o consumidor conectado a un circuito eléctrico representa en sí una carga, resistencia u obstáculo para la circulación de la corriente eléctrica

También puede decirse que "la intensidad de la corriente que pasa por un conductor es directamente proporcional a la longitud e inversamente proporcional a su resistencia"

Según sea la magnitud de esta medida, los materiales se pueden clasificar en conductores, aislantes y semiconductor. Existen además ciertos materiales en los que, en determinadas condiciones de temperatura, aparece un fenómeno denominado superconductividad, en el que el valor de la resistencia es prácticamente nulo.

2.7 Intensidad

La corriente eléctrica o intensidad eléctrica es el flujo de carga eléctrica por unidad de tiempo que recorre un material. 1 Se debe al movimiento de las cargas (normalmente electrones) en el interior del material. En el Sistema Internacional de Unidades se expresa en C/s (culombios sobre segundo), unidad que se denomina amperio. Una corriente eléctrica, puesto que se trata de un movimiento de cargas, produce un campo magnético, un fenómeno que puede aprovecharse en el electroimán.

El instrumento usado para medir la intensidad de la corriente eléctrica es el galvanómetro que, calibrado en amperios, se llama amperímetro, colocado en serie con el conductor cuya intensidad se desea medir.

2.8 Voltaje

La tensión eléctrica o diferencia de potencial (también denominada voltaje1 2) es una magnitud física que cuantifica la diferencia de potencial eléctrico entre dos puntos. También se puede definir como el trabajo por unidad de carga ejercido por el campo eléctrico sobre una partícula cargada para moverla entre dos posiciones determinadas. Se puede medir con un voltímetro.3 Su unidad de medida es el voltio.

La tensión es independiente del camino recorrido por la carga y depende exclusivamente del potencial eléctrico de los puntos A y B en el campo eléctrico, que es un campo conservativo.

2.9 Circuitos en serie y paralelo

Serie

En un circuito en serie los receptores están instalados uno a continuación de otro en la línea eléctrica, de tal forma que la corriente que atraviesa el primero de ellos será la misma que la que atraviesa el último. Para instalar un nuevo elemento en serie en un circuito tendremos que cortar el cable y cada uno de los terminales generados conectarlos al receptor.

Paralelo

El circuito eléctrico en paralelo es una conexión donde los puertos de entrada de todos los dispositivos (generadores, resistencias, sí, lo mismo que sus terminales de salida.

Siguiendo un símil hidráulico, dos tinacos de agua conectados en paralelo tendrán una entrada común que alimentará simultáneamente a ambos, así como una salida común que drenará a ambos a la vez. Las bombillas de iluminación de una casa forman un circuito en paralelo, gastando así menos energía.

En función de los dispositivos conectados en paralelo, el valor total o equivalente se obtiene con las siguientes expresiones

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