Ley de voltaje de Kirchhoff

La ley de voltaje de Kirchhoff es la segunda de sus leyes fundamentales que podemos usar para el análisis de circuitos. Su ley de voltaje establece que para una trayectoria en serie de bucle cerrado, la suma algebraica de todos los voltajes alrededor de cualquier bucle cerrado en un circuito es igual a cero. Esto se debe a que un bucle de circuito es una ruta de conducción cerrada, por lo que no se pierde energía.

En otras palabras, la suma algebraica de TODAS las diferencias de potencial alrededor del ciclo debe ser igual a cero como: ΣV = 0. Tenga en cuenta aquí que el término «suma algebraica» significa tener en cuenta las polaridades y los signos de las fuentes y las caídas de voltaje alrededor del bucle.

Esta idea de Kirchhoff se conoce comúnmente como la Conservación de Energía, ya que al moverse alrededor de un circuito cerrado, terminará de regreso a donde comenzó en el circuito y, por lo tanto, regresará al mismo potencial inicial sin pérdida de voltaje alrededor del circuito. Por lo tanto, cualquier caída de voltaje alrededor del circuito debe ser igual a cualquier fuente de voltaje encontrada en el camino.

Entonces, al aplicar la ley de voltaje de Kirchhoff a un elemento de circuito específico, es importante que prestemos especial atención a los signos algebraicos, (+ y -) de las caídas de voltaje en los elementos y las fem de las fuentes, de lo contrario nuestros cálculos pueden ser incorrectos.

Pero antes de mirar más de cerca la ley de voltaje de Kirchhoff (KVL), comprendamos primero la caída de voltaje en un solo elemento, como una resistencia.

Un elemento de circuito único

Para este ejemplo simple asumimos que la corriente, I está en la misma dirección que el flujo de carga positiva, es decir, el flujo de corriente convencional.

Aquí el flujo de corriente a través de la resistencia es del punto A al punto B, es decir, del terminal positivo al terminal negativo. Por lo tanto, mientras viajamos en la misma dirección que el flujo de corriente, habrá una caída de potencial a través del elemento resistivo que dará lugar a una -IR a caída de voltaje a través de él.

Si el flujo de corriente estaba en la dirección opuesta del punto B al punto A, entonces habría un aumento en el potencial a través del elemento resistivo a medida que nos movemos de un potencial – a un potencial +, lo que nos da una +I * R caída de voltaje.

Por lo tanto, para aplicar correctamente la ley de voltaje de Kirchhoff a un circuito, primero debemos comprender la dirección de la polaridad y, como podemos ver, el signo de la caída de voltaje a través del elemento resistivo dependerá de la dirección de la corriente que fluye a través de él. Como regla general, perderá potencial en la misma dirección de la corriente a través de un elemento y ganará potencial a medida que se mueva en la dirección de una fuente de fem.

Se puede suponer que la dirección del flujo de corriente alrededor de un circuito cerrado es en sentido horario o antihorario y se puede elegir cualquiera de los dos. Si la dirección elegida es diferente de la dirección real del flujo de corriente, el resultado seguirá siendo correcto y válido, pero dará como resultado que la respuesta algebraica tenga un signo menos.

Para comprender un poco más esta idea, observemos un solo bucle de circuito para ver si la ley de voltaje de Kirchhoff es cierta.

Un bucle de circuito único

La ley de voltaje de Kirchhoff establece que la suma algebraica de las diferencias de potencial en cualquier bucle debe ser igual a cero como: ΣV = 0. Dado que las dos resistencias, R1 y R2 están cableadas juntas en una conexión en serie, ambas son parte del mismo bucle, por lo que la misma corriente debe fluir a través de cada resistencia.

Por lo tanto, la caída de voltaje a través de la resistencia, R1 = I * R1 y la caída de voltaje a través de la resistencia, R2 = I * R2 dando por KVL:

Podemos ver que la aplicación de la Ley de voltaje de Kirchhoff a este circuito cerrado único produce la fórmula para la resistencia equivalente o total en el circuito en serie y podemos ampliar esto para encontrar los valores de las caídas de voltaje alrededor del circuito.

Ejemplo No.1 de la ley del voltaje de Kirchhoff

Tres resistencias de valores: 10 ohmios, 20 ohmios y 30 ohmios, respectivamente, están conectadas en serie a través de un suministro de batería de 12 voltios. Calcule: a) la resistencia total, b) la corriente del circuito, c) la corriente a través de cada resistor, d) la caída de voltaje en cada resistor, e) verifique que la ley de voltaje de Kirchhoff, KVL, sea cierta.

a) Resistencia total (RT)

RT = R1 + R2 + R3  = 10Ω + 20Ω + 30Ω = 60Ω

Entonces la resistencia total del circuito RT es igual a 60Ω

b) Corriente del circuito (I)

Por lo tanto, la corriente total del circuito I es igual a 0,2 amperios o 200 mA

c) Voltaje a través de cada resistencia

Las resistencias están conectadas en serie, todas forman parte del mismo bucle y, por lo tanto, cada una experimenta la misma cantidad de corriente. Por lo tanto:

IR1 = IR2 = IR3 = ISERIES  = 0.2 amperios

d) Caída de voltaje en cada resistencia

VR1 = I x R1 = 0.2 x 10 = 2 voltios

VR2 = I x R2 = 0.2 x 20 = 4 voltios

VR3 = I x R3 = 0.2 x 30 = 6 voltios

e) Verifique la ley de voltaje de Kirchhoff

Por lo tanto, la ley de voltaje de Kirchhoff se cumple cuando las caídas de voltaje individuales alrededor del circuito cerrado se suman al total.

Bucle de circuito de Kirchhoff

Hemos visto aquí que la ley de voltaje de Kirchhoff, KVL es la segunda ley de Kirchhoff y establece que la suma algebraica de todos los voltajes cae, a medida que recorre un circuito cerrado desde algún punto fijo y regresa al mismo punto, y teniendo en cuenta la polaridad , es siempre cero. Eso es ΣV = 0

La teoría detrás de la segunda ley de Kirchhoff también se conoce como la ley de conservación del voltaje, y esto es particularmente útil para nosotros cuando se trata de circuitos en serie, ya que los circuitos en serie también actúan como divisores de voltaje y el circuito divisor de voltaje es una importante aplicación de muchos circuitos en serie.