Parte teorica Aplicar los conceptos de la ley de Ohm y leyes de Kirchhoff para el cálculo y verificación de tensión, intensidad e impedancias en componentes resistivos de circuitos eléctricos.

Objetivos

• Aplicar los conceptos de la ley de Ohm y leyes de Kirchhoff para el cálculo y verificación de tensión, intensidad e impedancias en componentes resistivos de circuitos eléctricos.
• Utilizar el multímetro como instrumento de medición de señales eléctricas.

Trabajo Previo

• Describa la Ley de Ohm y las Leyes de Kirchhoff.
• Mediante la Ley de Ohm y las Leyes de Kirchhoff, analice el circuito eléctrico de la Fig. 6 y determine el valor en ohms de la resistencia R4, que hará que en la resistencia R2, se tenga una caída de tensión de 5 V. Considere la referencia positiva del voltaje en R2 hacia el nodo superior. Determinar los voltajes y corrientes en cada elemento de dicho circuito y demostrar que la suma algebraica de las potencias es igual a cero.

Material y Equipo

Introducción

En el ámbito de la Ingeniería Eléctrica y la Ingeniería Electrónica, la Ley de Ohm y las Leyes de Kirchhoff son herramientas matemáticas fundamentales para el análisis de circuitos, ya que su aplicación permite determinar la tensión o la intensidad en cualquier componente de un circuito. El correcto entendimiento por parte del estudiante sobre estos temas, es de vital importancia, ya que es la base fundamental para comprender posteriores unidades de aprendizaje sobre electricidad y electrónica.

El físico y matemático alemán Georg Simon Ohm, como resultado de sus investigaciones sobre las corrientes eléctricas, estableció en 1827 lo que hoy en día se conoce como la Ley de Ohm. Básicamente, esta ley establece que la diferencia de potencial vista entre los extremos de un material conductor, es directamente proporcional a la intensidad que circula a través del mismo. Asimismo, estableció el concepto de resistencia eléctrica (inherente al material conductor) como el factor de proporcionalidad (ver Fig. 1). La ecuación es:

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Donde V representa la diferencia de potencial y su unidad es el voltio (o volt), I es la intensidad o corriente eléctrica y su unidad es el amperio (o ampere) y por último, R es la resistencia y su unidad es el ohmio (u ohm).

[pic 4]

Fig. 1.- Ley de Ohm

En un circuito eléctrico, a una diferencia de potencial o voltaje se le asocia un par de signos (±) para establecer la polaridad del mismo, mientras que a una intensidad o corriente es necesario indicar su dirección o sentido con una flecha. Para efectos de análisis de los circuitos eléctricos, se considera la convención pasiva de los signos. Esto implica que si ya se conoce la polaridad del voltaje en una resistencia, la corriente entrará a dicha resistencia por el positivo del voltaje (ver Fig. 2).

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Fig. 2.- a) Conocido el voltaje en una resistencia, b) se establece el sentido de la corriente

Por otra parte, si ya se conoce el sentido de la corriente en una resistencia, el signo positivo del voltaje queda en la terminal donde ingresa la intensidad (ver Fig. 3).

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Fig. 3.- a) Conocido el sentido de la corriente en una resistencia, b) se establece la polaridad del voltaje

Posteriormente, en 1845 el físico alemán Gustav Robert Kirchhoff, promulgó sus dos leyes conocidas en la actualidad como la Primera Ley de Kirchhoff o Ley de Corrientes de Kirchhoff (LCK) y la Segunda Ley de Kirchhof o Ley de Voltajes de Kirchhoff (LVK).

La Ley de Corrientes de Kirchhoff (LCK), establece que la suma de las corrientes que entran a un nodo es igual a la suma de las corrientes que salen de dicho nodo. Dicho de otra forma, la suma de las corrientes que entran y salen de un nodo es igual a cero, lo cual implica que un nodo no almacena carga eléctrica. La expresión matemática correspondiente es:

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Es necesario recordar que un nodo es un punto de interconexión de dos o más elementos en un circuito eléctrico.

En la Fig. 4, se observa un nodo con cuatro elementos conectados. Asimismo, se indican los sentidos de las corrientes que fluyen en dichos elementos.

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Fig. 4.- Aplicación de la Primera Ley de Kirchhoff

Aplicando la LCK al circuito de la Fig. 4, se establece la siguiente ecuación:

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Por otra parte, la Ley de Voltajes de Kirchhoff (LVK), establece que la suma de los voltajes en una malla es igual a cero. La expresión matemática correspondiente es:

[pic 10]

Es necesario recordar que malla es una trayectoria cerrada que no contiene a otra malla en un circuito eléctrico. Cuando se usa la LVK en una malla, se puede aplicar recorriendo la trayectoria en sentido horario o en sentido anti-horario. En ambos casos, se respetan los signos de los voltajes de los diferentes elementos contenidos en dicha malla. En la Fig. 5, se observa un circuito que contiene cuatro mallas.

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