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Colegio Nueva Colombia I.E.D.
Jornada mañana y tarde
Guía Ley de Ohm y circuitos en serie
Área: Ciencias naturales Asignatura: Física Grado: Noveno Periodo: II Duración: 1 Semana
Docentes: Javier Francisco Santana Alba, Miriam Consuelo Casallas Acosta
Desempeños
• Interpretar y comunicar argumentaciones y explicaciones del ámbito de la ciencia,
utilizando el lenguaje (gráfico, oral y escrito) científico; así como interpretar
diagramas, gráficas, tablas y expresiones matemáticas.
• Contrastar los contenidos con la práctica mediante experiencias sencillas teniendo
en cuenta procedimientos científicos y comunicar las conclusiones de las prácticas
o proyectos de investigación utilizando las TIC.
• - Interiorizar los valores como el respeto, honestidad, tolerancia, autonomía y
compromiso con el cuidado del medio ambiente en su diario vivir.
Metodología
Para resolver la guía se disponen de varios recursos, deben explorar y apropiarlos.
1. Con base en el contenido proporcionado y el consultado desarrollar la actividad
1, de apropiación de conceptos básicos sobre la Ley de Ohm y los circuitos en
serie.
2. Ingresar al siguiente enlace y con base en lo realizado en el cuaderno desarrollar
el cuestionario.
https://docs.google.com/forms/d/17TDzvp022CyzbmeUce1LN30yg3xn
3nm4e5lpfF8kJx0/edit
3. Esta guía tiene como propósito preparar al estudiante para la evaluación que se
hará de forma digital a través de un formulario en el siguiente enlace, el cual
será habilitado un día específico después de que hayan desarrollado la primera
actividad. https://docs.google.com/forms/d/1c_L-
CXr3YbyY6RaiaYT0vgaByeR_O0puUJTeW_33ZEo/edit
Criterios de evaluación de la actividad de la semana
1. Actividad de apropiación de conceptos básicos sobre la Ley de Ohm y los
circuitos en serie se valora sobre 20 puntos.
2. El desarrollo y envío del cuestionario de evaluación sobre 30 puntos.
3. El total de la actividad 50 puntos
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Guía Ley de Ohm y circuitos en serie
LA LEY DE OHM CON EJEMPLOS PRÁCTICOS
George Simón Ohm, formuló en 1827 la que se conoce como Ley de Ohm.
Posiblemente una de las leyes fundamentales de la electrónica.
Primero definió matemáticamente las tres magnitudes físicas principales de la
electrónica:
• Voltaje (o Diferencia de Potencial): Representa la “fuerza que tiene la
energía eléctrica” entre los polos positivo y negativo. Es similar a la que
existe entre los polos de los imanes, en los que las fuerzas de atracción y
repulsión son invisibles pero están presentes. La fuerza representada por el
voltaje impulsa la electricidad por los conductores y componentes electrónicos
de un circuito, haciéndolo funcionar. Se mide en Voltios.
• Intensidad (o Corriente):
Representa el flujo de energía
eléctrica durante un determinado
período de tiempo, es decir,
la “velocidad con que circula la
energía eléctrica”. En un circuito
electrónico esta velocidad es
variable, ya que para funcionar
necesita que por algunos de sus
componentes la energía circule
con más rapidez que por otros. Se mide en Amperios.
• Resistencia: Representa la “oposición al paso de la energía eléctrica”.
Sirve para regular la corriente y el voltaje según lo requiera cada componente
de un circuito electrónico. Libera la energía sobrante en forma de calor
(Efecto Joule). Se mide en Ohmios.
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En el símil hidráulico de la siguiente figura,
el Voltaje (V) vendría representado por la
diferencia de Altura del agua, la Resistencia
(R) por el Ancho del tubo, y la Corriente (I)
por el Caudal del agua que sale.
La Ley de Ohm relaciona estas tres
magnitudes físicas, siendo su enunciado el siguiente:
O sea, que un aumento del Voltaje
(mayor Altura de agua) o
disminución de la Resistencia (tubo
más Ancho), provoca un
aumentando proporcional de la
Corriente eléctrica (mayor Caudal
de agua). Su formulación matemática es:
La Corriente en un circuito eléctrico varía de manera directamente
proporcional a la Diferencia de Potencial aplicada, e inversamente
proporcional a una propiedad característica del circuito que llamamos
Resistencia.
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La ley de Ohm se aplica a la totalidad de un circuito o a una parte de este.
Analicemos la parte del circuito que analicemos, siempre se cumplirá.
Reforcemos los conocimientos adquiridos con el siguiente ejemplo: Imagina que
tienes dos mangueras unidas, una más ancha que la otra y conectadas a una
llave de agua.
• El Voltaje sería la fuerza con la que sale el agua de la llave.
• La Corriente sería la velocidad del agua al pasar por el interior de cada una
de las mangueras.
• La Resistencia sería la oposición al paso del agua en la pieza de unión y por
la diferencia de grosor entre las dos mangueras.
En este símil hidráulico, la
corriente sería continua, ya
que el agua va siempre en el
mismo sentido. Si el agua
cambiara su dirección de
circulación cada cierto tiempo,
sería equivalente a la circulación
de corriente alterna.
Solo a título informativo,
comentar que para el análisis de
circuitos de corriente
alterna se sustituye
la Resistencia (R) por
la Impedancia (Z), que tiene en cuenta los desfases entre Voltaje e Intensidad
y los efectos de los campos electromagnéticos producidos en los componentes
electrónicos del circuito. Pero lo más normal en electrónica básica es analizar los
circuitos en corriente continua o aplicar simplificaciones que nos permitan
analizarlos como si lo fueran.
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Y antes de entrar en materia, una curiosidad…, ¿cuántos electrones, como unidad
de carga eléctrica mínima, se están moviendo cuando decimos que la corriente
que circula es de 1 Amperio?
Pues, medido experimentalmente en laboratorio, nada menos que
aproximadamente 6,241509×1018 electrones cada segundo.
A la carga eléctrica de estos más de 6 trillones de electrones se la
llama Culombio. Por lo tanto:
1 Amperio = 1 Culombio x 1 Segundo
De ella deriva el Faradio como unidad para medir la capacidad de almacenar
carga de los condensadores. O los A.h (Amperios-Hora) para medir la cantidad
de electricidad que puede almacenar una batería. Con esta información, ya
puedes averiguar cuantos electrones de más se almacenan en cualquier
dispositivo (carga negativa), o cuanta falta de electrones (carga positiva)
acumula. En el símil hidráulico sería el equivalente a la cantidad de agua
acumulada en el depósito de agua.
Seguimos… De la ecuación de la Ley de Ohm que vimos anteriormente,
podemos despejar los valores de Voltaje y de Resistencia. De esta manera,
conocidos o medidos dos de ellos, podremos calcular el tercero.
Aunque la fórmula no es difícil de recordar, existe una regla nemotécnica
conocida como el Triángulo de la Ley de Ohm que facilita su uso.
Triángulo de la Ley de Ohm
En este triángulo, solo hay que tapar la variable que queremos
calcular y aparecerán las otras dos variables con la posición
que ocupan en la ecuación que corresponda.
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Circuitos en serie
Un circuito en serie es aquel en el cual la conexión
de los elementos se realiza uno seguido del otro; es
decir, en secuencia. En estos circuitos la corriente
eléctrica circula a través de un único camino, desde
la fuente generadora de energía hacia los componentes que constituyen el
ensamblaje (resistencia, condensadores, inductores, interruptores, etc.).
El circuito en serie consiste en una malla de circulación a través de la cual se van
registrando caídas de tensión y consumos de corriente dependiendo de las
demandas de energía de los componentes conectados.
Características
Los circuitos en serie tienen una conexión
general en secuencia. Esto les concede ciertas
especificaciones técnicas, las cuales se
detallan a continuación:
Los terminales de los elementos se
conectan sucesivamente
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El terminal de salida de un elemento (negativo) se une al terminal de entrada del
siguiente componente (positivo).
El voltaje total es igual a la suma de los voltajes de los elementos
individuales
En caso de que se cuente con solo una fuente de voltaje, entonces la tensión
aplicada al sistema será igual a la suma de las caídas de tensión en cada elemento
del circuito.
Así, la expresión matemática que se emplea para este fenómeno es la siguiente:
En el caso de la conexión de múltiples baterías, al conectar dos pilas el resultado
obtenido es la suma de ambos voltajes.
Lo anterior ocurre siempre y cuando se conecten ambas fuentes de energía con la
polaridad adecuada; esto es, el negativo de la primera pila con el positivo de la
segunda pila, y así sucesivamente.
La intensidad de la corriente es la misma en cualquier punto del circuito
en serie
Esto se debe a que la corriente no se divide en ninguna ramificación, ya que todo
circula a través de una misma vía.
Esto se traduce en que misma intensidad de la corriente atraviesa a todos y cada
uno de los elementos conectados en el montaje en serie.
La resistencia equivalente del circuito es la suma de todas las
resistencias
Ya que la intensidad de la corriente sigue un solo camino de circulación, la
resistencia total del circuito es igual a la suma de todas las resistencias que lo
componen.
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Matemáticamente, este principio se expresa de la siguiente forma:
Mientras más resistencias estén conectados al circuito, mayor será la resistencia
total equivalente del sistema y, según la Ley de Ohm (V=I*R), si la resistencia
aumenta, entonces la intensidad disminuye.
En síntesis, en tanto más resistencias conectemos al circuito en serie, menor será
la corriente que circule a través de él.
Los componentes del circuito son dependientes entre sí
Por ejemplo, si el circuito incluye la conexión de algún interruptor y este se abre,
automáticamente la corriente deja de circular a través del circuito,
independientemente de cuál haya sido el punto de desconexión.
Lo mismo sucede si uno de los elementos se avería durante su operación. Si un
componente se funde o se desconecta, entonces el circuito se abrirá en ese punto y
la corriente dejará de circular.
Además, la naturaleza del circuito implica que todos los componentes se conectan o
desconectan simultáneamente.
Es decir, o el circuito está abierto (y por ende, todos los componentes
desconectados) o el circuito está cerrado (y en consecuencia, todos los componentes
están conectados).
¿Cómo funciona?
Un circuito en serie se acciona con una fuente
generadora de tensión, que induce la circulación de
corriente a través de todo el circuito.
A su vez, para poder circular la corriente necesita un
camino cerrado que le permita recorrer un circuito
cerrado y volver a la fuente de voltaje a través del
terminal negativo de la misma.
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Independientemente de las variaciones de cada circuito, grosso modo todos los
circuitos en serie están constituidos por:
- Una fuente de poder.
- Un material conductor (cable) que facilite la circulación de la corriente y que
cierre el circuito en todos sus puntos.
- Uno o más elementos receptores que absorban la energía provista por la
fuente de poder: resistencias, inductores, condensadores y demás
componentes electrónicos.
Ejemplos
Los circuitos en serie se presentan en diversas configuraciones en la cotidianidad;
forman parte intrínseca del día a día.
Un ejemplo palpable de ello son las luces de navidad, en cuyo montaje el
alimentador viene dado por el tomacorriente (fuente de poder), seguido por los
conductores y pasando a través de las bombillas (resistencias).
Así mismo, al conectar las baterías dentro de una linterna las pilas se conectan en
serie; es decir, una tras de la otra conectando alternadamente los polos positivo y
negativo de cada batería. De este modo, el voltaje total de la batería resulta de la
suma de los voltajes de todas las pilas.
Ejercicio resuelto
1. PASO 1
Para calcular el voltaje de las resistencias de un circuito serie lo primero que hay
que hacer es sacar la resistencia total del circuito tomando la fórmula de RT=
R1+R2+R3…….R∞
RT=R1+R2+R3
RT= 5Ω+ 10 Ω+ 15 Ω
RT= 30 Ω
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PASO 2
Una vez sacado la resistencia total sacamos la corriente total del circuito serie
utilizando la fórmula de la ley de ohm.
Y sacamos la corriente total
I=V/R
I= 100V/30 Ω
I= 3,33 A
PASO 3
Calculamos el voltaje de cada una de las resistencias usando la formula V=I*R
V=I x R
V= 3.33 A* 5 Ω = 16,66 V
V= 3.33 A* 10 Ω = 33,33 V
V= 3.33 A* 15 Ω = 50 V
Y así sacamos el voltaje de cada una de las resistencias
2. Veamos ahora como aplicar la ley en un circuito sencillo:
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Si sabemos que el voltaje de la alimentación eléctrica es de 12 voltios y la
resistencia del circuito es de 10 ohmios, aplicando la Ley de Ohm:
I = V / R = 12v / 10Ω = 1,2 Amperios
En un circuito con varias resistencias en serie. Si sabemos el voltaje de
alimentación, primero calcularemos la resistencia equivalente total sumando
todas las resistencias que se encuentran en serie.
Con este valor, aplicamos la Ley de Ohm como en el ejemplo anterior, y conocida
la corriente que circula por el circuito, podemos calcular el voltaje en cada una de
las resistencias, cuya suma, si no nos hemos equivocado, será el voltaje de
alimentación:
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Actividad 1: ejercicios de aplicación de la ley de Ohm y los
circuitos en serie
Objetivo: apropiación de los conceptos y procesos básicos para la solución de
ejercicios de aplicación de la ley de Ohm y los circuitos en serie.
Metodología: Con base en el contenido proporcionado y el consultado desarrollar
los ejercicios. Una vez haya realizado los ejercicios de aplicación ingresar al
siguiente enlace y desarrollar el cuestionario.
https://docs.google.com/forms/d/1ncNjTbBS3U54isrXTZL4qzSepH9sAig7ftZVSOX
U89k/edit
Ejercicios de aplicación
1.
2.
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3.
4. Calcular la corriente total que circula en el siguiente circuito con resistencias
en serie, considerando que la fuente es de 90 volts.
FUENTES DE DC EN SERIE
Las fuentes de voltaje también pueden colocarse en serie, por
lo tanto, el voltaje total en un circuito donde existen dos o más
fuentes en serie es la suma de los voltajes individuales de cada
fuente.
Cuando las polaridades de las fuentes se encuentran hacia la
misma dirección, su voltaje se suma, cuando sus polaridades
se encuentran en direcciones opuestas, se restan.
Ejemplo: para el siguiente circuito, calcular la corriente aportada por las
dos fuentes en serie.
Paso 1: Primero debemos obtener el
voltaje total del circuito, por lo cual
debemos sumar o restar las fuentes de
voltajes. Por la disposición de las
fuentes de dc
podemos deducir que
se están sumando ya
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que sus polaridades apuntan hacia la misma dirección (la parte positiva
apunta hacia arriba, y la negativa hacia abajo).
Otra forma de saberlo es observando la parte donde se unen las dos
fuentes, si tienen polaridades distintas en la unión, se suman, si son
polaridades iguales, se restan. Por lo tanto, se suman:
Paso 2: Una vez obtenido el puntaje total, podemos despejar (I) de la
ecuación de la ley de Ohm y obtener la corriente total aportada por las dos
fuentes. I= V/R
Paso 3: Revisamos los datos que tenemos y nos aseguramos de que se
puedan simplificar al trabajarlos, de no ser así se procede a realizar
conversión de unidades. Es decir, el voltaje debe estar en Voltios (V); la
intensidad en Amperios (A) y la resistencia en Ohmios (Ω).
I = ?
V = 17 V
R = 0.1 KΩ, como se encuentra en kilo ohmios se debe hacer la conversión
a ohmios.
1 KΩ * 𝟏𝟎𝟎𝟎 𝜴
𝟏 𝑲𝜴= 1* 1000Ω= 1000 Ω
Paso 4: reemplazar los datos en la ecuación teniendo en cuenta la
conversión de unidades realizada.
I = 17V/1000 Ω
I = 0.017 A
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5. Obtener el valor de la resistencia del circuito para que circule una corriente
de 2.5 A. Si se tienen dos fuentes enserie con su valor respectivo, como se
muestra en el diagrama:
6. En el siguiente circuito, a) calcule la resistencia total del circuito en serie, b)
la corriente de la fuente, c) Determine los voltajes V1, V2, y V3.
7. Dadas la resistencia total del circuito y la corriente, calcule el valor de R1 y
el valor de la fuente de voltaje.
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8. En el circuito siguiente, las resistencias R1, R2, y R3 tienen un valor de 4Ω,
6Ω, y 2Ω respectivamente. Si se le aplican 24V al circuito, encontrar: a) la
resistencia total, b) la corriente total y la corriente en cada una de las
resistencias, c) el voltaje en cada una de las resistencias.