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Comprendiendo las Fundamentales Leyes de la Electricidad: Ley de Ohm y Leyes de Kirchhoff

Introducción

La Ley de Ohm y las Leyes de Kirchhoff son pilares fundamentales en el campo de la electrónica y la ingeniería eléctrica. Estas leyes no solo forman la base del análisis de circuitos, sino que también son esenciales para entender cómo funcionan los componentes eléctricos y los sistemas en general.

1. Ley de Ohm

Definición y Fórmula

La Ley de Ohm, formulada por el físico alemán Georg Simon Ohm en 1827, establece una relación proporcional entre el voltaje V, la corriente I y la resistencia R en un circuito eléctrico. Se expresa con la fórmula:

V=IR

Donde:

  • V es el voltaje o tensión en voltios (V)
  • I es la corriente en amperios (A)
  • R es la resistencia en ohmios (Ω)

Importancia y Aplicaciones

Esta ley es fundamental para entender cómo los cambios en el voltaje o la resistencia afectan el flujo de corriente en un circuito. Es ampliamente utilizada en el diseño y análisis de circuitos, desde simples circuitos de iluminación hasta complejos sistemas electrónicos.

Visualización de la Ley de Ohm

Circuito serie básico

En el circuito se visualiza una fuente de tensión de DC y una resistencia R1, ya que es un circuito cerrado se forma una corriente IR1, la cual se calcula como el resultado de tomar la tensión y dividirla por el valor de la resistencia. Así pues, entre más grande sea el valor de la resistencia, más pequeño será el valor de la corriente que circula en el circuito, ya que un valor de resistencia más elevado impica una mayor resistencia al paso de la corrienre atravez de esta.

2. Leyes de Kirchhoff

Las Leyes de Kirchhoff, formuladas por Gustav Kirchhoff en 1845, son dos reglas que tratan sobre la conservación de la carga y la energía en los circuitos eléctricos.

2.1 Ley de Kirchhoff de los Nodos (Ley de las Corrientes)

Definición

Esta ley establece que la suma algebraica de las corrientes en un nodo (o punto de unión) es igual a cero. Matemáticamente, se expresa como:

Ientrante​=∑Isaliente

Aplicaciones

Es fundamental para el análisis de circuitos en paralelo y se utiliza para determinar las corrientes desconocidas en diversos puntos de un circuito.

Visualización de la Ley de los Nodos

Corrientes en nodo 2 de un circuito con resistencias. 

La suma de la corriente por la resistencia R3 más la corriente de la resistencia R2 (corrientes que salen del nodo 2) debe ser igual a la suma de corrientes que entran al nodo 2, en este caso solo es una corriente R1.

Sobre un nodo se puede establecer la dirección de la corriente de forma arbitraria, los signos sobre las corrientes resultantes revelan el sentido real de la corriente. Si una corriente da negativa, se interpreta como una corriente que va en sentido contrario al que se eligió inicialmente para ella. 

2.2 Ley de Kirchhoff de las Mallas (Ley de los Voltajes)

Definición

Esta ley indica que la suma de todas las diferencias de potencial alrededor de cualquier malla cerrada en un circuito debe ser igual a cero. Se formula como:

V=0

Aplicaciones

Es esencial para el análisis de circuitos en serie y para determinar los voltajes en distintas partes de un circuito.

Visualización de la Ley de las Mallas

 

Circuto con corrientes de malla en un circuito cerrado.

Dado que R2 y R3 se encuentran en paralelo respecto al nodo de referencia, R2 y R3 tendrán el mismo nivel de tensión. Asi pues, la tensión que proporciona la fuente de tensión V1 debe ser igual a la suma de tensión que se medirá en la resistencia R1 y en el nodo 2 (tensión V2).

Conclusión

La Ley de Ohm y las Leyes de Kirchhoff son herramientas cruciales para cualquier persona que trabaje con circuitos eléctricos. Estas leyes no solo proporcionan un entendimiento fundamental de cómo funcionan los circuitos, sino que también son indispensables para el diseño y análisis de cualquier sistema eléctrico o electrónico.

Referencias Bibliográficas

  1. C. K. Alexander y M. N. O. Sadiku, «Fundamentals of Electric Circuits,» 6th ed. New York, NY, USA: McGraw-Hill Education, 2016.
  2. W. H. Hayt, J. E. Kemmerly, y S. M. Durbin, «Engineering Circuit Analysis,» 8th ed. New York, NY, USA: McGraw-Hill Education, 2012.
  3. A. S. Sedra y K. C. Smith, «Microelectronic Circuits,» 7th ed. New York, NY, USA: Oxford University Press, 2014.

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