Ley de Ohm y potencia en circuitos eléctricos libres.

Este módulo permitirá a los lectores utilizar la Ley de Ohm y las fórmulas de potencia eléctrica para determinar el voltaje, la corriente, la resistencia y la potencia en un circuito básico de CC.

Objetivo

El alumno será capaz de:

• Utilice la ley de Ohm para determinar el voltaje, la corriente o la resistencia
• Definir energía y potencia.
• Calcular la potencia en un circuito básico de CC.

Preguntas guiadas

• ¿Cuál es la relación entre voltaje, corriente y resistencia?
• ¿Cómo describirías la potencia en los circuitos eléctricos?
• ¿Cómo calcular la potencia eléctrica?

Introducción

La Ley de Ohm es un método matemático para describir la relación entre voltaje, corriente y resistencia. Usamos esta ley para encontrar tres de esas cantidades. Con estas cantidades también podemos calcular la potencia del circuito.

¿Cuál es la relación entre voltaje, corriente y resistencia?

Ley de Ohm establece que la corriente es proporcional al voltaje e inversamente proporcional a la resistencia. De esta ley se deriva la siguiente ecuación:

[I=~frac{V}{R}]

Debido a la resistencia constante, cuando el voltaje aumenta o disminuye, la corriente también aumenta.

Dado un voltaje constante, si la resistencia aumenta, la corriente disminuye. Si la resistencia disminuye, la corriente aumentará.

Ejemplo 1

Si cambiamos el voltaje de 5 V a 20 V en un circuito con 100 Ω, podemos probar las afirmaciones anteriores.

Circuito con 5 V:

$text{I}=5text{ }!!~!!text{ V}/100text{ }!!~!!text{ }Omega =50 texto{ }!!~!!texto{ ma}$

Circuito con 20 V:

$I=20text{ }!!~!!text{ V}/100text{ }!!~!!text{ }Omega =200~mA$

Si quisiéramos encontrar el voltaje, podemos tomar ambos lados de la ecuación y multiplicar por R, lo que nos da:

V = SI

Si necesitamos encontrar la resistencia, podemos dividir ambos lados por I. Esto da la ecuación:

R = G/I

El siguiente gráfico (Figura 1) es un buen ayudante para las fórmulas de la Ley de Ohm:

yo = V/R

V = SI

R = G/I

Figura 1: Ley de Ohm

Ejemplo 2

Encuentre el voltaje en el circuito cuando R = 1M ohm e I = 2A

V = SI

V = (2A) (1Mohmios)

V=2MV

Encuentre la resistencia de un circuito de 25 V y una corriente de 2mA.

R = (25V) / (2mA)

R = 12,5 kOhmios

Encuentre la corriente si el voltaje de suministro del circuito es de 15 V y su resistencia es de 4700 ohmios.

yo = V/R

I = 15 V / 4700 ohmios = 3,2 mA

Relación lineal entre voltaje y corriente

El voltaje y la corriente, cuando la resistencia es constante, en un circuito resistivo son linealmente proporcionales. Lineal cuando un elemento cambia en un cierto porcentaje, también lo hace el otro elemento. Si aumentamos el voltaje en un 25%, la corriente también aumentará en un 25%.

Ejemplo 3

Mostremos un circuito de muestra con un cambio de voltaje del 50%. Encontraremos la corriente y mostraremos que cambia en el mismo porcentaje.

Usando el siguiente circuito:

Figura 2

yo = G / R

Yo = 10V / 100Ω = 100mA

Ahora aumentemos el voltaje en un 50%

10V (50%) = 5V

10V+5V=15V

Yo = 15V / 100Ω = 150mA

¿Hay un aumento del 50% en la corriente? Vamos a revisar.

100mA (50%) = 50mA

100mA + 50mA = 150mA

Aplicando la Ley de Ohm

En esta sección, hay algunos ejemplos de la aplicación de la Ley de Ohm para encontrar las tres cantidades de un circuito. La Ley de Ohm es una herramienta muy simple para analizar circuitos eléctricos. Se trata de las magnitudes eléctricas, tensión, corriente y resistencia entre ellas.

La ley de OHM establece:

La corriente es directamente proporcional al voltaje.

La corriente es inversamente proporcional a la resistencia.

Cálculo de corriente según la ley de Ohm

Encuentre la corriente en el siguiente circuito que se muestra i imagen 3:

imagen 3

yo = V/R

= 10V / 1kΩ

= 10mA

Los números no siempre serán números enteros. La mayoría de las veces, te encontrarás con números que no son números enteros.

Ejemplo 4

Suponiendo un voltaje de 25 V con una resistencia de 5,2 k ohmios, ¿cuál es la corriente que circula por el circuito?

yo = V/R

= 25 V / 5,2 k ohmios

= 4,8 mA

Calcule el voltaje de acuerdo con la ley de Ohm

Dado que I = 5 mA en el circuito que se muestra i Figura 4¿Calcular voltaje?

Figura 4

V = SI

= (5mA)(56Ω)

= 280mV

Ejemplo 5

Figura 5

En el circuito que se muestra i Figura 5si la resistencia es de 200 ohmios y la corriente de 2 mA, encuentre el voltaje.

V = RI

V = (200) (.002)

V = 0,4 V

Calcular la resistencia de la ley de Ohm

Encuentre la resistencia de la bombilla en el circuito que se muestra i Figura 6:

Figura 6

R = G/I

= 5V/200mA

= 25Ω

Potencia en circuitos eléctricos

Como en una bombilla, cuando hay una corriente a través de una resistencia, hay una forma de energía llamada calor. energía térmica, que se origina en el bulbo. Los componentes de un circuito eléctrico deben ser capaces de disipar una determinada cantidad de energía en un tiempo determinado.

P=W/t

= 200J / 5s

= 40W

Aunque el joule se define como una unidad de energía, existe otro término para expresarlo. el es kilovatios hora (kWh) es una unidad de energía más común porque la mayoría de las compañías eléctricas procesan grandes cantidades de energía. Un kilovatio hora es igual a 1000 W de potencia durante 1 hora.

Ejemplo 7

Si tuviéramos una bombilla de 100 W y ardiera durante 10 horas, consumiría 1 kWh de energía.

W=Pto=(100W)(10h)=1000Wh=1kWh

La corriente a través de una resistencia crea colisiones de electrones. Estos electrones se calientan y transmiten calor a través de la resistencia. Esto da como resultado la conversión de energía eléctrica en energía térmica, como yo Verdadero 8 abajo.

Imagen 8

La potencia en un circuito eléctrico depende de la cantidad de resistencia y la cantidad de corriente:

P = yo²R

Dos ecuaciones más se derivan de esta ecuación por sustitución:

P = VI

P=V² /R

Estas tres ecuaciones se dan ley de Watt.

Ejemplo 8

Calculemos la potencia en los siguientes ejemplos:

Dados 500 Ω y una corriente de 2 A:

P = yo²R

= (2²(500)

= 2000W = 2kW

Con 10 V y 2 A de corriente:

P = VI

= (10) (2)

= 20W

Con resistencia de 25 V y 20 Ω:

P=V² /R

= (25)² /20

= 625 / 20 = 31,25W

Hay un potencia nominal, esa es la cantidad máxima de energía que pueden disipar antes de ser dañados por la acumulación de calor.

Las clasificaciones de potencia varían. Las resistencias de película metálica varían de 1/8W a 1W. Es importante recordar que la potencia disipada por una resistencia debe ser menor que la potencia nominal. Si una resistencia disipa 0,25 W de potencia, se debe utilizar una potencia nominal de ½ W.

Fuente de alimentación Eficiencia es la relación de la potencia de salida (P_AFUERA) a la potencia de entrada (P_EN).

Eficiencia = P_{AFUERA /} pags_EN

Dado que la potencia de entrada siempre es mayor que la potencia de salida debido a que el circuito interno opera la fuente de alimentación, hay una pérdida de potencia. La siguiente ecuación se utiliza para la perdida de poder.

pags_PÉRDIDA =P_EN -PAGS_AFUERA

Ejemplo 9

La fuente de alimentación requiere 20 W de potencia de entrada. Produce una potencia de salida de 15W. ¿Cuál es la eficiencia y la disipación de potencia de la fuente de alimentación?

Eficiencia = P_{AFUERA /} pags_EN

= 15W / 20W

= 75%

pags_PÉRDIDA =P_EN -PAGS_AFUERA

= 20W – 15W

= 5W

Resumen

• En un circuito eléctrico, el voltaje y la corriente son proporcionales. La corriente y la resistencia son inversamente proporcionales.
• La potencia es una medida de la energía. La energía se produce cada vez que se realiza un trabajo.
• Podemos usar la ley de Watt para calcular la potencia en un circuito eléctrico usando corriente, voltaje y resistencia.

Verdadero o falso: Lee las siguientes preguntas y decide si la afirmación es verdadera o falsa.

1. IT Si la corriente es constante, el voltaje y la resistencia son directamente proporcionales.
2. IT Si una resistencia de 47 kΩ transporta 5 mA, es seguro usar una resistencia de 1 W.
3. IT Si la tensión de alimentación de un circuito es de 15 V y su resistencia es de 4700 ohmios, su corriente es de 3,19 mA.
4. IT Si I = 32 mA y R = 469 Ω en un circuito, el voltaje sería de 12 V.
5. IT Cuando V = 50 V e I = 37 mA, la potencia disipada por la resistencia es de 1,85 W.

Opción multiple: Lea las siguientes preguntas o afirmaciones y elija la mejor respuesta.

6. Si una resistencia tiene una potencia nominal de ½ W,:

1. Puede disipar con seguridad ½ W de potencia
2. ½ W siempre se disipa
3. Siempre proporciona ½ W de potencia
4. Solo se puede disipar más de ½W de potencia

7. La potencia, en los circuitos eléctricos, se puede definir de la siguiente manera:

1. La velocidad de movimiento se aplica en el tiempo.
2. Tasa de flujos de corriente a lo largo del tiempo
3. La tensión nominal se aplica en el tiempo
4. La tasa de energía se utiliza a lo largo del tiempo.

8. Si V = 100 V e I = 1 mA, la potencia disipada por la resistencia es:

1. 10W
2. 1W
3. 100 mW
4. 10 mW

9. Si V = 25 V y R = 50 kΩ, la corriente es igual a:

1. 50mA
2. 5mA
3. 0,5 mA
4. 2mA

10. Si I = 27 mA y R = 4,7 Ω, el voltaje es igual a:

1. 127mV
2. 5,74 V
3. 174mV
4. 7,8 V

11. ¿Cuál es la resistencia de una bombilla de 150 W cuando funciona en un circuito de 125 V?

1. 75Ω
2. 104Ω
3. 9375Ω
4. 2. 14Ω

12. La resistencia y la corriente son __________.

1. Directamente proporcional
2. Inversamente proporcional
3. Sin conexión
4. como el voltaje

corregido

Verdadero o falso

1. j
2. F
3. j
4. F
5. j

OPCIÓN MULTIPLE

6. Cualquiera

7.D

8.C

9.C

10. Cualquiera

11.B

12.B