Ley de Ohm

Ley de Ohm y potencia

La relación entre voltaje, corriente y resistencia en cualquier circuito eléctrico de CC fue descubierta por primera vez por el físico alemán Georg Ohm.

Georg Ohm descubrió que, a temperatura constante, la corriente eléctrica que fluye a través de una resistencia lineal fija es directamente proporcional al voltaje aplicado a través de ella, y también inversamente proporcional a la resistencia. Esta relación entre el voltaje, la corriente y la resistencia forma la base de la ley ley de Ohm y se muestra a continuación:

Relación de la ley de Ohm

ohms law - Ley de Ohm - ClasesParaTodos.org

Al conocer dos valores cualquiera que sea de las cantidades de voltaje, corriente o resistencia, podemos usar la ley de Ohm para encontrar el tercer valor faltante. La ley de Ohm se usa ampliamente en fórmulas y cálculos electrónicos, por lo que es «muy importante comprender y recordar con precisión estas fórmulas».

Para encontrar el voltaje, (V)

[V = I x R] V (voltios) = I (amperios) x R (Ω)

Para encontrar la corriente, (I)

[I = V ÷ R] I (amperios) = V (voltios) ÷ R (Ω)

Para encontrar la resistencia, (R)

[R = V ÷ I] R (Ω) = V (voltios) ÷ I (amperios)

A veces es más fácil recordar esta relación de la ley de Ohm usando imágenes . Aquí las tres cantidades de V, I y R se han superpuesto en un triángulo (llamado el Triángulo de la Ley de Ohm) que da voltaje en la parte superior con corriente y resistencia debajo. Esta disposición representa la posición real de cada cantidad dentro de las fórmulas de la ley de Ohm.

Triángulo de la ley de Ohm

ohms law triangle - Ley de Ohm - ClasesParaTodos.org

La transposición de la ecuación estándar de la ley de Ohm anterior nos dará las siguientes combinaciones de la misma ecuación:

ohms law triangle relationship - Ley de Ohm - ClasesParaTodos.org

Luego, al usar la Ley de Ohm, podemos ver que un voltaje de 1V aplicado a una resistencia de 1Ω hará que fluya una corriente de 1A y cuanto mayor sea el valor de resistencia, menos corriente fluirá para un voltaje aplicado dado. Cualquier dispositivo o componente eléctrico que obedezca la «Ley de Ohm», es decir, la corriente que fluye a través de él es proporcional al voltaje que lo atraviesa ( I α V ), como resistencias o cables, se dice que es «óhmica» de naturaleza, y los dispositivos los que no lo hacen, como los transistores o los diodos, se denominan dispositivos «no óhmicos». Lo

Energía eléctrica en circuitos

La energía eléctrica, ( P ) en un circuito es la velocidad a la que se absorbe o se produce energía dentro de un circuito. Una fuente de energía como un voltaje producirá o entregará energía mientras la carga conectada la absorbe. Las bombillas y los calentadores, por ejemplo, absorben energía eléctrica y la convierten en calor, luz o ambos. Cuanto mayor sea su valor o clasificación en vatios, es probable que consuman más energía eléctrica.

El símbolo de cantidad de potencia es P y es el producto del voltaje multiplicado por la corriente, siendo la unidad de medida el Watt ( W ). Los prefijos se utilizan para denotar los distintos múltiplos o submúltiplos de un vatio, como: milivatios (mW = 10-3W) o kilovatios (kW = 103W).

Luego, usando la ley de Ohm y sustituyendo los valores de V, I y R, la fórmula para la energía eléctrica se puede encontrar como:

Para encontrar la Potencia (P)

[P = V x I] P (vatios) = V (voltios) x I (amperios)

También:

[P = V2 ÷ R] P (vatios) = V2 (voltios) ÷ R (Ω)

También:

[P = I2 x R] P (vatios) = I2 (amperios) x R (Ω)

Nuevamente, las tres cantidades se han superpuesto en un triángulo, esta vez llamado Triángulo de potencia con potencia en la parte superior y corriente y voltaje en la parte inferior. Nuevamente, esta disposición representa la posición real de cada cantidad dentro de las fórmulas de potencia de la ley de Ohm.

El triángulo de potencia

power triangle - Ley de Ohm - ClasesParaTodos.org

Nuevamente, la transposición de la ecuación básica de la Ley de Ohm anterior para la potencia nos da las siguientes combinaciones de la misma ecuación para encontrar las diversas cantidades individuales:

power triangle relationship - Ley de Ohm - ClasesParaTodos.org

Entonces podemos ver que hay tres fórmulas posibles para calcular la potencia eléctrica en un circuito. Si la potencia calculada es positiva, (+ P) en valor para cualquier fórmula, el componente absorbe la potencia, es decir, está consumiendo o usando potencia. Pero si la potencia calculada es negativa, (–P) en valor el componente produce o genera energía, es decir, es una fuente de energía eléctrica como baterías y generadores.

Clasificación de potencia eléctrica

Los componentes eléctricos reciben una «potencia nominal» en vatios que indica la velocidad máxima a la que el componente convierte la energía eléctrica en otras formas de energía como calor, luz o movimiento. Por ejemplo, una resistencia de 1/4 W, una bombilla de luz de 100 W, etc.

Los dispositivos eléctricos convierten una forma de energía en otra. Entonces, por ejemplo, un motor eléctrico convertirá la energía eléctrica en una fuerza mecánica, mientras que un generador eléctrico convertirá la fuerza mecánica en energía eléctrica. Una bombilla convierte la energía eléctrica en luz y calor.

Además, ahora sabemos que la unidad de potencia es el WATT, pero algunos dispositivos eléctricos, como los motores eléctricos, tienen una clasificación de potencia en la antigua medida de “caballos de fuerza” o hp. La relación entre caballos de fuerza y ​​vatios se da como: 1hp = 746W. Entonces, por ejemplo, un motor de dos caballos de fuerza tiene una potencia de 1492 W, (2 x 746) o 1.5kW.

Gráfico circular de la ley de Ohm

Para ayudarnos a comprender un poco más la relación entre los distintos valores, podemos tomar todas las ecuaciones de la ley de Ohm de arriba para encontrar la ley de Ohm. voltaje, corriente, resistencia y, por supuesto, potencia y combinarlas en un simple gráfico circular de la ley de Ohm para usar en circuitos de CA y CC y cálculos como se muestra:

Gráfico circular de la ley de Ohm

ohms law pie chart - Ley de Ohm - ClasesParaTodos.org

Además de utilizar el gráfico circular de la ley de Ohm que se muestra arriba, también podemos colocar las ecuaciones de la ley de Ohm individuales en una tabla de matriz simple como se muestra para una fácil referencia al calcular un valor desconocido.

Tabla de la matriz de la ley de Ohm

ohms law matrix - Ley de Ohm - ClasesParaTodos.org

Ejemplo No.1 de la ley de Ohm

Para el circuito que se muestra a continuación, encuentre el voltaje (V), la corriente (I), la resistencia (R) y la potencia (P).

ohms law circuit - Ley de Ohm - ClasesParaTodos.org

Voltaje [V = I x R] = 2 x 12Ω = 24V

Corriente [I = V ÷ R] = 24 ÷ 12Ω = 2A

Resistencia [R = V ÷ I] = 24 ÷ 2 = 12 Ω

Potencia [P = V x I ] = 24 x 2 = 48 W

La energía dentro de un circuito eléctrico solo está presente cuando AMBOS voltaje y corriente están presentes. Por ejemplo, en una condición de circuito abierto, hay voltaje pero no hay flujo de corriente I = 0 (cero), por lo tanto, V * 0 es 0, por lo que la potencia disipada dentro del circuito también debe ser 0. Del mismo modo, si tenemos una condición de cortocircuito, el flujo de corriente está presente pero no hay voltaje V = 0, por lo tanto, 0 * I = 0, por lo que nuevamente la potencia disipada dentro del circuito es 0.

Como la energía eléctrica es el producto de V * I, la energía disipada en un circuito es la misma si el circuito contiene alto voltaje y baja corriente o bajo voltaje y alto flujo de corriente. Generalmente, la energía eléctrica se disipa en forma de Calor (calentadores), Trabajo Mecánico como motores, Energía en forma de energía radiada (Lámparas) o como energía almacenada (Baterías).

Energía eléctrica en circuitos

La energía eléctrica es la capacidad de realizar trabajo y la unidad de trabajo o energía es el joule ( J ). La energía eléctrica es el producto de la potencia multiplicada por el tiempo que se consumió. Entonces, si sabemos cuánta energía, en vatios, se está consumiendo y el tiempo, en segundos, durante el cual se usa, podemos encontrar la energía total utilizada en vatios-segundos. En otras palabras, Energía = potencia x tiempo y Potencia = voltaje x corriente. Por lo tanto, la potencia eléctrica está relacionada con la energía y la unidad dada para la energía eléctrica son los vatios-segundos o julios.

electrical energy - Ley de Ohm - ClasesParaTodos.org

La energía eléctrica también se puede definir como la velocidad a la que se transfiere la energía. Si un julio de trabajo se absorbe o se entrega a una velocidad constante de un segundo, entonces la potencia correspondiente será equivalente a un vatio, por lo que la potencia se puede definir como “1 julio / seg = 1 vatio”. Entonces podemos decir que un vatio es igual a un julio por segundo y la potencia eléctrica se puede definir como la tasa de trabajo o la transferencia de energía.

Triángulo de energía y potencia eléctrica

electrical power and energy triangle - Ley de Ohm - ClasesParaTodos.org

O para encontrar las distintas cantidades individuales:

electrical power and energy relationship - Ley de Ohm - ClasesParaTodos.org

Decíamos anteriormente que la energía eléctrica se define como vatios por segundo o julios. Aunque la energía eléctrica se mide en julios, puede convertirse en un valor muy grande cuando se usa para calcular la energía consumida por un componente.

Por ejemplo, si una bombilla de 100 vatios se deja encendida durante 24 horas, la energía consumida será de 8,640,000 julios (100 W x 86,400 segundos), por lo que se utilizan prefijos como kilojulios (kJ = 103J) o megajulios (MJ = 106J) y, en este ejemplo sencillo, la energía consumida será de 8,64 MJ (megajulios).

Pero al tratar con julios, kilojulios o megajulios para expresar energía eléctrica, las matemáticas involucradas pueden terminar con algunos números grandes y muchos ceros, por lo que es mucho más fácil expresar la energía eléctrica consumida en kilovatios-hora.

Si la energía eléctrica consumida (o generada) se mide en vatios o kilovatios (miles de vatios) y el tiempo se mide en horas y no en segundos, entonces la unidad de energía eléctrica serán los kilovatios-hora(kWh). Entonces, nuestra bombilla de 100 vatios anterior consumirá 2,400 vatios hora o 2,4 kWh, que es mucho más fácil de entender que los 8,640,000 julios.

1 kWh es la cantidad de electricidad que utiliza un dispositivo con una potencia nominal de 1000 vatios en una hora y se denomina comúnmente «Unidad de electricidad». Esto es lo que mide el medidor de servicios públicos y es lo que nosotros, como consumidores, compramos a nuestros proveedores de electricidad cuando recibimos nuestras facturas.

Los kilovatios-hora son las unidades estándar de energía que usa el medidor de electricidad en nuestros hogares para calcular la cantidad de energía eléctrica que usamos y, por lo tanto, cuánto pagamos. Por lo tanto, si enciende un fuego eléctrico con un elemento calefactor de 1000 vatios y lo deja encendido durante 1 hora, habrá consumido 1 kWh de electricidad. Si encendiera dos fuegos eléctricos cada uno con elementos de 1000 vatios durante media hora, el consumo total sería exactamente la misma cantidad de electricidad: 1 kWh.

Por lo tanto, consumir 1000 vatios durante una hora usa la misma cantidad de energía que 2000 vatios (el doble) durante media hora (la mitad del tiempo). Luego, para que una bombilla de 100 vatios use 1 kWh o una unidad de energía eléctrica, debería estar encendida durante un total de 10 horas (10 x 100 = 1000 = 1 kWh).

Ahora que sabemos cuál es la relación entre voltaje, corriente y resistencia en un circuito, en el siguiente tutorial relacionado con los circuitos de CC, veremos las unidades eléctricas estándar utilizadas en ingeniería eléctrica y electrónica para que podamos calcular estos valores y ver que cada valor puede ser representado por múltiplos o submúltiplos de la unidad estándar.

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