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Ley de Ohm y sus secretos [ENUNCIADO]

Introducción a la Ley de Ohm:

La ley de Ohm es el punto de partida para entender los fundamentos básicos de la electricidad. Desde este punto de vista es importante analizar el enunciado de la Ley de Ohm de manera teórica práctica. Por nuestra experiencia en el campo, el análisis de esta ley nos permite incluso hacer realidad el sueño de cualquier personal especializado en el área: trabajar menos y rendir más, ya que con una interpretación correcta podemos detectar y analizar fallas eléctricas. A lo largo de este artículo hablaremos de su importancia, origen, uso aplicaciones y secreto para entenderla mejor .

¿Quién descubrió la ley de Ohm?

Georg Simon Ohm (Erlangen, Baviera; 16 de marzo de 1789-Múnich, 6 de julio de 1854) fue un físico y matemático alemán que aportó a la teoría de la electricidad la ley de Ohm.[1].

Ohm es conocido  por realizar el estudio e interpretación de la relación que existe entre la intensidad de una corriente eléctrica, su fuerza electromotriz y la resistencia, formulando en 1827 la ley que lleva su nombre que establece que I=V/R. La unidad de resistencia eléctrica, el ohmio, recibe este nombre en su honor.[1](ver figura 1)

Georg Simon Ohm y su ley de Ohm (citeia.com)
Figura 1 Georg Simon Ohm y su ley de Ohm (https://citeia.com)

¿Qué establece la ley de Ohm?

La ley de Ohm establece: La intensidad de corriente que atraviesa un circuito eléctrico es directamente proporcional al voltaje o tensión (diferencia de potencial V) e inversamente proporcional a la resistencia  eléctrica que presenta.(ver figura 2)

Entendiendo que:

E= Diferencia de Potencial eléctrico o fuerza electromotriz “término de la antigua escuela” (Voltios “V”).

I= Intensidad de Corriente eléctrica (Amperes “Amp.”)

R= Resistencia Eléctrica (Ohmios “Ω”)

Figura 2; Formula de la ley de Ohm (https://citeia.com)
Figura 2; Formula de la ley de Ohm (https://citeia.com)

¿Para qué sirve la ley de Ohm?

Esta es una de las preguntas más interesante que los estudiantes de electricidad / electrónica de los primeros niveles se hacen, donde sugerimos entenderla muy bien antes de continuar o avanzar con otro tema. Vamos a analizarla paso a paso:
La resistencia eléctrica: Es la oposición al flujo de corriente eléctrica a través de un conductor.
La corriente eléctrica: Es el flujo de carga eléctrica (electrones) que recorre un conductor o material. El caudal de corriente es la cantidad de carga por unidad de tiempo, siendo su unidad de medida el Amperio (Amp).
Diferencia de potencial eléctrico: Es una magnitud física que cuantifica la diferencia de potencial eléctrico entre dos puntos. También se puede definir como el trabajo por unidad de carga ejercido por el campo eléctrico sobre una partícula cargada para moverla entre dos posiciones determinadas. Su unidad de medida es el Voltio (V).

Ejercicio 1

Aplicando la ley de Ohm en el siguiente circuito (figura 3) con una resistencia R1= 10 Ω y diferencia de potencial E1= 12V aplicando la ley de Ohm el resultado es:
I=E1/R1
I= 12V/10 Ω
I = 1.2 Amp.

Circuito eléctrico Básico
Figura 3 Circuito eléctrico Básico (https://citeia.com)

Análisis de la ley de Ohm (Ejemplo 1)

Para analizar la ley de Ohm vamos a desplazarnos virtualmente a el Kerepakupai Merú o Salto Ángel (Kerepakupai Merú en lenguaje de los aborígenes Pemón, que significa «salto del lugar más profundo»), es la cascada de agua más alta del mundo, con una altura de 979 m (807 m de caída ininterrumpida), originada en el Auyantepuy. Se localiza en el parque nacional Canaima, Bolívar, Venezuela [2]. (ver figura 4)

comparación del salto ángel y la ley de Ohm
figura 4. Analizando la ley de Ohm (https://citeia.com)

Si imaginariamente realizamos un análisis aplicando la Ley de Ohm, realizando las siguientes suposiciones:

  1. Altura de la cascada como la diferencia de potencial.
  2. Los obstáculos del agua en la caída como la resistencia.
  3. El Caudal de agua de la cascada como la Intensidad de corriente eléctrica

Ejercicio 2:

En un equivalente virtual estimamos un circuito por ejemplo de la figura 5:

Análisis de la ley de Ohm
Figura 5 Análisis de la lay de Ohm 1 (https://citeia.com)

Donde E1= 979V y R1=100 Ω
I=E1/R1
I= 979V/100 Ω
I= 9.79 Amp.

Es posible que te interese ver más adelante: Los poderes de la Ley de KIRCHHOFF

las leyes de Kirchhoff portada de artículo
citeia.com

Análisis de la ley de Ohm (Ejemplo 2)

Ahora en estas virtualización, por ejemplo, si nos desplazamos a otra cascada por ejemplo: Las Cataratas del Iguazú, en la frontera entre Brasil y Argentina, en guaraní Iguazú significa «agua grande», y es el nombre que los habitantes nativos del Cono Sur de América le dieron al río que nutre a las cataratas más grandes de América Latina, una de las maravillas del mundo. Sin embargo en los últimos veranos han tenido problemas con el caudal del agua.[3] (ver figura 6)

comparación virtual  Cataratas del Iguazú con la ley de ohm
figura 6 Analizando la ley de Ohm (https://citeia.com)

Ejercicio 3:

Donde suponemos es este análisis virtual E1= 100V y R1=1000 Ω (ver figura 7)

I=E1/R1  

I= 100V/1000 Ω

I= 0.1 Amp.

analisis de la ley de Ohm 2
Figura 7 Análisis de la ley de Ohm 2 (https://citeia.com)

Análisis de la ley de Ohm (Ejemplo 3)

Para este ejemplo algunos de nuestros lectores se puede preguntar, y cuál es el análisis si las condiciones ambientales en la cascada del Iguazú mejoran (que esperamos que sea así recordando que todo en la naturaleza debe tener un equilibrio).
En el análisis virtual, suponemos que la resistencia del terreno (al paso del caudal) en teoría es una constante, E seria la diferencia de potencial de aguas arriba acumulada donde como consecuencia tendremos más caudal o en nuestra comparación Intensidad de corriente (I), sería por ejemplo: (ver figura 8)

comparando cascada del Iguazú y la lay de Ohm
figura 8 análisis de la ley de Ohm 3 (https://citeia.com)

Antes de ver el ejercicio 4, te queremos invitar a conocer luego la Ley de joule, con ejercicios prácticos y sus aplicaciones.

El calor de la Ley de Joule "Aplicaciones - Ejercicios" portada de artículo
citeia.com

Ejercicio 4:

Por ley de Ohm, si aumentamos la diferencia de potencial o acumulamos mayor su fuerza electromotriz manteniendo la resistencia constante E1= 700V y R1=1000 Ω (ver figura 9)

I=E1/R1  

I= 700V/1000 Ω

I= 0.7 Amp

Observamos que la intensidad de corriente  (Amp) en el circuito aumenta.

circuito eléctrico
Figura 9 análisis de la ley de Ohm 4 (https://citeia.com)

Analizando la Ley de Ohm para entender sus secretos

Cuando se comienza a estudiar la ley de Ohm, muchos se preguntan, ¿cómo una relativamente ley tan sencilla puede tener algún secreto? En realidad no hay secreto si la analizamos detalladamente en sus extremos. En otras palabras, no analizar la ley correctamente puede hacer por ejemplo que desarmemos un circuito eléctrico (sea de práctica, de un electrodoméstico incluso a nivel industrial) cuando solo puede ser un cable o un conector dañado.

Vamos a analizar caso a caso:

Caso 1 (Circuito abierto):

análisis de un circuito eléctrico abierto
Figura 10 Circuito eléctrico Abierto (https://citeia.com)

Si lo analizamos el circuito de la figura 10, por ley de Ohm la fuente de alimentación E1= 10V y la resistencia en este caso es un aislante (aire) que tiende a ser infinito ∞.

 Por lo que tenemos 

Ejercicio 4:

I=E1/R  

I= 10V/∞ Ω

Donde la corriente  tiende a ser 0 Amp.

Caso 2 (Circuito en corto):

análisis de un circuito eléctrico en cortocircuito
Figura 11 Circuito eléctrico en corto circuito (https://citeia.com)

En este caso (figura 11) la fuente de alimentación es E=10V, pero la resistencia es un conductor que en teoría tiene 0Ω, por lo que sería en este caso un corto circuito.

 

Ejercicio 4:

I=E1/R  

I= 10V/0 Ω

Donde la corriente en teoría tiende a ser infinito (∞) Amp. Lo que dispararía los sistemas de protección (fusibles), incluso en nuestro software para simulación disparó las alarmas de precaución y falla. Aunque en la realidad las baterías modernas tienen un sistema de protección y limitador de intensidad de corriente, recomendamos a nuestros lectores revisar las conexiones y evitar los cortocircuitos (las baterías, si su sistema de protección falla pueden explotar “Precaución” ).

Te puede servir: La potencia de la Ley de Watt

La Ley de Watt (Aplicaciones - Ejercicios) portada de artículo
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Caso 3 (fallas de conexión o cableado)

Si tememos en un circuito eléctrico una fuente de poder E1=10V y una R1=10 Ω debemos tener por ley de Ohm;

Ejercicio 5:

I=E1/R1  

I= 10V/10 Ω

I= 1 Amp

Ahora suponemos que en el circuito tenemos una falla por un cable (cable internamente partido o roto) o conexión mala, por ejemplo, la figura 12.

circuito con falla de cable partido
figura 12 circuito con falla de cable internamente partido (https://citeia.com)

Como ya hemos analizado con una resistencia abierta, el conductor dañado o roto va a tener un comportamiento similar. La intensidad de corriente eléctrica = 0 Amp. Pero si les pregunto cuál sección (figura 13) está dañada la A o la B? y como lo determinarían?

Análisis de circuito con cable partido o roto
Figura 13 Análisis de circuito con cable dañado o internamente roto (https://citeia.com)

Seguro que su respuesta seria, midamos continuidad y simplemente detectemos cuál de los cables está dañado (por lo que hay que desconectar los componentes y apagar la fuente de alimentación E1), pero para este análisis vamos a suponer que no se puede ni apagar la fuente ni desconectar ningún cableado, ¿ahora el análisis se pone más interesante?

Una opción es colocar un voltímetro en paralelo al circuito como por ejemplo la figura 14

Análisis de circuito con fallas con la ley de Ohm
figura 14 Análisis de circuito con falla (https://citeia.com)

Si la fuente esta operativa el voltímetro debe marcar el Voltaje por defecto en este caso 10V.

Analizando fallas  de circuito eléctrico con la ley de Ohm
Figura 15 Análisis de Circuito con fallas por la ley de Ohm (https://citeia.com)

Si colocamos el voltímetro en paralelo a la Resistencia R1 el voltaje es 0V si lo analizamos por ley de Ohm tenemos:

Ejercicio 5:

VR1= I x R1

Siendo I =0 Amp

Tememos VR1= 0 Amp x 10 Ω = 0V

analizando falla de cableado por ley de Ohm
Figura 16 analizando falla de cableado por ley de Ohm (https://citeia.com)

Ahora si colocamos en voltímetro en paralelo al cable dañado tendremos el voltaje de la fuente de alimentación, por qué?
Al ser I = 0 Amp la resistencia R1 (no tiene oposición de la Corriente eléctrica creando una tierra virtual) como ya analizamos VR1 = 0V
Por lo que tenemos en el cable dañado (en este caso) el Voltaje de la fuente de alimentación
V (cable dañado) = E1 – VR1
V (cable dañado) = 10 V – 0 V = 10V

Conclusión

La ley de Ohm es la herramienta mas importante para los estudios de los circuitos eléctricos y base fundamental para estudios de las carreras de Electricidad y Electrónica en todos sus niveles. Dedicarle tiempo para su análisis, en este caso desarrollado en este artículo (en sus extremos), es primordial para entender y analizar los secretos para resolución de fallas.

Donde podemos concluir según el análisis de la Ley de Ohm:

A mayor diferencia de potencial (V) y menor resistencia (Ω) : Mayor intensidad de corriente eléctrica (Amp).

A menor diferencia de potencial (V) y mayor resistencia (Ω) : Menos intensidad de corriente eléctrica (Amp).

los invito a dejar sus comentarios y dudas que seguro te responderemos. Igualmente te puede servir para detectar fallas eléctricas nuestro artículo sobre Los instrumentos de medición eléctrica (Ohmímetro, Voltímetro, Amperímetro)

Instrumentos de medición eléctrica (Ohmímetro, Amperímetro, Voltímetro) portada de artículo
citeia.com

Referencias:[1] [2] [3]

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