En el análisis de circuito de corriente directa (CD), nos encontramos con uno de los temas de gran importancia y relevancia dentro del análisis de circuitos eléctricos, la Ley del Ohm comienza con el Físico Alemán Georg S. Ohm.

El Físico Ohm, descubrió que a una temperatura constante, la corriente eléctrica que fluye a través de una resistencia lineal fija es directamente proporcional a la tensión aplicada 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 de Ohm.

Fórmula y Relación de la Ley del Ohm

Al conocer dos valores cualquiera 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 utiliza ampliamente en fórmulas y cálculos de circuitos eléctricos, por lo que es “muy importante comprender y recordar con precisión estas fórmulas.

Para encontrar el voltaje ( V ), se utiliza:

\displaystyle V=IR

Para encontrar la corriente ( I ), se utiliza:

\displaystyle I=\frac{V}{R}

Para encontrar la resistencia ( R ), se utiliza:

\displaystyle R=\frac{V}{I}

Muchas veces es más fácil recordar esta relación de la ley de Ohm al usar imágenes. Aquí las tres cantidades de V , I y R se han superpuesto en un triángulo (comúnmente llamado triángulo de la ley de Ohm ) donde colocaremos el voltaje en la parte superior, y abajo en dos partes más colocaremos tanto a la corriente como la resistencia. Esta disposición representa la posición real de cada cantidad dentro de las fórmulas de la ley de Ohm.

Triángulo de la Ley del Ohm

La transposición de la ecuación estándar de la Ley de Ohm anterior nos dará las siguientes combinaciones de la misma ecuación, quedando así:

Luego, al usar la Ley del Ohm, podemos ver que un voltaje de 1V aplicado a una resistencia de 1Ω causará que fluya una corriente de 1A y cuanto mayor sea el valor de resistencia, menor será la corriente que fluirá para un voltaje aplicado. Cualquier dispositivo electrónico o componente que obedezca a la “Ley de Ohms”, es decir, la corriente que fluye a través de él es proporcional al voltaje que lo atraviesa, cómo resistencias o cables, se dice que es de naturaleza “Ohmica” y los dispositivos que no, como los transistores o diodos, se dice que son dispositivos “no óhmicos”.

Potencia Eléctrica en Circuitos

La potencia eléctrica en un circuito es la velocidad o rapidez a la cual la energía es absorbida o producida dentro de un circuito. Una fuente de energía como un voltaje producirá o entregará energía mientras que la carga conectada lo absorbe. Los focos o bombillas y los calentadores, por ejemplo, absorben energía eléctrica y la convierten en calor o luz, o en ambos. Cuanto mayor sea su valor o clasificación en watts, mayor será la energía eléctrica que consumen.

La potencia la nombraremos con la letra ( P ), y es el producto del voltaje multiplicado por la corriente, las unidades de medida de la potencia son en Watts ( W ), los prefijos se utilizan para indicar los diversos múltiplos o submúltiplos del watts, como por ejemplo: miliwatts ( mW = 10-3 W ) o kilowatts ( kW = 103 W ).

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

Para encontrar la potencia ( P )

\displaystyle P=VI

También puede ser:

\displaystyle P=\frac{{{V}^{2}}}{R}

o también:

\displaystyle P={{I}^{2}}R

Una vez más, las tres cantidades se han superpuesto en un triángulo, esta vez llamado Triángulo de potencia con la 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 poder de la ley del Ohm.

Como se puede observar 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:

Entonces de aquí podemos observar 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, consume o usa potencia. Pero si la potencia calculada es negativa, (-P) en valor, el componente produce o genera energía, en otras palabras, es una fuente de energía eléctrica, como las baterías y generadores. 😀

¿Qué más nos ofrece la potencia eléctrica?

Los componentes eléctricos reciben una “clasificación de potencia” 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 el movimiento. Por citar algunos ejemplos, una resistencia de 1/4W, una bombilla de 100W, etc.

Los dispositivos eléctricos convierten una forma de poder en otra. Entonces, por ejemplo, un motor eléctrico encubrirá la energía eléctrica en una fuerza mecánica, mientras que un generador eléctrico convertirá la fuerza mecánica en energía eléctrica. Una bombilla de luz 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 HP y Watts se da como: 1HP = 746W, por lo que podemos decir.

¿Cuántos Watts hay en un motor de 2 HP?

Solución: Para poder saber cuántos watts hay en 2 HP, aplicamos la regla de 3.

\displaystyle \begin{array}{l}1hp\to 746watts\\2hp\to x\end{array}

Haciendo el despeje

\displaystyle x=\frac{\left( 746watts \right)\left( 2hp \right)}{1hp}=1492watts\approx 1500watts=1.5kW

Gráfico circular de la Ley del Ohm

Si no se tiene mucho conocimiento sobre los circuitos de corriente directa, se nos puede complicar entender las fórmulas existentes y las diversas relaciones que existen entre una fórmula y otra, para ello, vamos a entender la relación entre los diversos valores un poco más, podemos tomar todas las ecuaciones de la Ley de Ohm de arriba para encontrar Voltaje , Corriente , Resistencia y por supuesto energía y colocarlas en un gráfico circular de la Ley de Ohm para usar en Circuitos y cálculos de CA y CD como se muestra.

Ejercicio Resuelto de Ley de Ohm

Para ver un poco la forma de utilizar las fórmulas anteriores, veremos un sencillo ejemplo.

Vamos a calcular la corriente y la potencia del circuito, para ello aplicamos la fórmula de Ohm

\displaystyle I=\frac{V}{R}=\frac{24v}{20\Omega }=1.2A

Por lo que tenemos la corriente de 1.2 Amperes recorriendo el circuito. Ahora, para proceder a la potencia, hacemos.

\displaystyle P=IV=\left( 1.2A \right)\left( 24v \right)=28.8W

La Potencia
Es importante recordar que la potencia dentro de un circuito eléctrico solo está presente cuando AMBOS voltaje e intensidad están presentes. Por ejemplo, en una condición de circuito abierto, la tensión está presente 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 I * 0 = 0, así que nuevamente la potencia disipada dentro del circuito es 0 .

Como la potencia eléctrica es el producto de V * I (tensión por corriente) , la potencia disipada en un circuito es la misma ya sea que el circuito contenga alta tensión y baja corriente o bajo voltaje y alto flujo de corriente. En general, la energía eléctrica se disipa en forma de calortrabajo mecánico como motores, energía en forma de radiación (lámparas) o como energía almacenada (como en baterías).

⚡ Energía Eléctrica

Aunque pareciera que no hay más términos por hablar, cuando nos referimos a los circuitos eléctricos de corriente directa (CD), tenemos también a la energía eléctrica, aquella energía que se define como la capacidad de hacer el trabajo, su unidad de trabajo o energía se mide en Joules ( J ).

La energía eléctrica es el producto de la potencia multiplicada por el tiempo que se consumió. Entonces, si sabemos cuánta potencia, en watts se está consumiendo y el tiempo en segundos para el que se utiliza, podemos encontrar la energía total utilizada en watts-segundos. En otras palabras, Energía = potencia x tiempo y Potencia = voltaje x corriente. Por lo tanto, la energía eléctrica está relacionada con la energía y la unidad que se da a la energía eléctrica es el watts-segundo o joules .

\displaystyle J=Pt

La potencia eléctrica también se puede definir como la tasa de transferencia de energía. Si un joule de trabajo es absorbido o entregado a una velocidad constante de un segundo, la potencia correspondiente será equivalente a un watts, por lo que la potencia se puede definir como “1 Joule/seg = 1 watt”

Entonces podemos decir que un watt es igual a un joule por cada segundo y que la potencia eléctrica se puede definir como la tasa de trabajo o la transferencia de energía.

Energía Eléctrica y Triángulo de Energía

Como los ejemplos anteriores, tenemos el triángulo de energía, para aprovechar las diversas fórmulas que existen en la electricidad.

De aquí podemos encontrar las diversas cantidades individuales respecto al despeje:

Anteriormente dijimos que la energía eléctrica se define como watts por cada segundo o joules . Aunque la energía eléctrica se mide en joules, puede convertirse en un valor muy grande cuando se usa para calcular la energía consumida por un componente, digamos un componente electrónico, lavadora, plancha, refrigerador, etc.

Por ejemplo, si se deja una bombilla de 100 watts “ENCENDIDA” durante 24 horas, la energía consumida será de 8,640,000 Joules (100W x 86,400 segundos), entonces prefijos como kilojulios ( kJ = 103 J ) o megajulios ( MJ = 106 J ) se utiliza en su lugar, pero en este ejemplo simple, la energía consumida será 8.64 MJ (mega joules).

Pero al tratar con joules, kilo joules o mega joules para expresar la 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 kilowatts-hora.

Si la potencia eléctrica consumida (o generada) se mide en watts o kilowatts (miles de watts) y el tiempo se mide en horas, no en segundos, la unidad de energía eléctrica será el kilowatts-hora (kWhr). Entonces nuestra bombilla de luz de 100 watts consumirá 2400 watts por hora o 2.4 kWhr, lo que es mucho más fácil de entender que los 8,640,000 joules.

1 kWhr es la cantidad de electricidad utilizada por un dispositivo con capacidad de 1000 watts en una hora y se denomina comúnmente “Unidad de electricidad“. Esto es lo que mide el contador de servicios públicos “o medidor como es conocido en latino américa” y es lo que los consumidores compramos a nuestros proveedores de electricidad cuando recibimos nuestras facturas.

Kilowatts-horas son las unidades estándar de energía utilizadas por el medidor de electricidad en nuestros hogares para calcular la cantidad de energía eléctrica que usamos y, por lo tanto,si enciende una bombilla de 1000 watts y lo deja encendido durante 1 hora, habrá consumido 1 kWhr de electricidad. Si encendió dos bombillas cada uno con elementos de 1000 watts durante media hora, el consumo total sería exactamente la misma cantidad de electricidad 1kWhr.

Por lo tanto, consumir 1000 watts por una hora consume la misma cantidad de energía que 2000 watts (el doble) durante media hora (la mitad del tiempo). Luego, para que una bombilla de 100 watts utilice 1 kWhr o una unidad de energía eléctrica, deberá encenderse durante un total de 10 horas (10 x 100 = 1000 = 1kWhr).

La Ley del Ohm
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