Conferencia dirigida a alumnos para apoyar los programas de Física II y Física IV Circuitos eléctricos y Ley de Ohm Ing

1. UNIVERSIDAD NACIONAL AUTÓNOMA DE MÉXICOESCUELA NACIONAL COLEGIO DE CIENCIAS Y HUMANIDADES PLANTEL NAUCALPANSeminario de Profesores de Física del Plantel NaucalpanTurno Matutino Conferencia dirigida a alumnos para apoyar los programas de Física II y Física IV Circuitos eléctricos y Ley de Ohm Ing. Ezequiel E. Camargo Torres Marzo 4 de 2009

2. Circuito Eléctrico • Un circuito eléctrico esta formado por un conjunto de elementos que permiten el flujo de carga eléctrica a través de ellos, y una o varias fuentes de energía que impulsan a las cargas a fluir. Todos estos elementos están interconectados formando un camino cerrado. • Los elementos principales de un circuito simple son una fuente de energía eléctrica, un elemento resistivo y un conductor de la energía eléctrica como lo es un cable.

3. Fuente de Energía o voltaje • Un elemento importante que esta presente en los circuitos eléctricos es la fuente de energía, esta puede ser una pila o una batería (aunque también puede ser un generador o cualquier otro elemento “activo”) comúnmente llamada fuente de voltaje, este elemento es el encargado de suministrar la energía eléctrica que hace fluir o correr a las cargas a lo largo del circuito y a través de los distintos dispositivos conectados a él, llamada esta energía eléctrica o simplemente Voltaje

4. También podemos pensar una fuente de voltaje como una bomba de agua, por ejemplo la de nuestras casas, cuando la conectamos y la encendemos, esta impulsa al agua a fluir por una tubería, y dependiendo de la “potencia” de la bomba tendremos un flujo débil o uno fuerte

5. Resistencia eléctrica. • Otro elemento que siempre esta presente en los circuitos eléctricos es la resistencia eléctrica, esta es una característica de todos los materiales, esto es, todos los materiales presentan una cierta resistencia al paso de cargas a través de ellos, el filamento de un foco, una plancha eléctrica, una parrilla, un televisor, un radio receptor, una computadora o cualquiera de los componentes de estos aparatos, etc., o simplemente el cable por el cual se conduce la corriente a los distintos dispositivos, todos presentan en algún grado resistencia eléctrica.

6. El resistor es un dispositivo muy utilizado en los circuitos eléctricos cuya característica es la resistencia eléctrica, o sea que esta es su característica más apreciada, y esto es porque la función de un resistor es regular el flujo de la carga eléctrica a través de un circuito o de alguna parte de él • la unidad en la que se mide la resistencia eléctrica es el Ohm () • el símbolo de la resistencia eléctrica es este

7. Existen ya resistores comerciales que tienen valores preestablecidos como son 1, 2.2, 3.3, 5 y sus múltiplos, o sea 10, 22, 33 y 50, 100, 220, 330, 500, etc. hasta llegar al orden de los mega ohms. • Para saber el valor de la resistencia se utiliza un código de colores sobre las bandas que traen grabadas estos resistores.

8. Código de Colores para resistores

9. Tipos de resistores

10. De otra manera o cuando el conjunto de resistencias que tenemos es muy complejo, se puede utilizar un Multímetro en su modalidad de ohmiómetro, este es más preciso para medir la resistencia eléctrica de un resistor o parte de un circuito.

11. Arreglos de resistores • Siempre se pueden hacer arreglos de resistencias (esto es uniones o amarres) para obtener algún valor deseado y que no este entre los valores comerciales • Por ejemplo, puede desearse o necesitarse una resistencia de 11, podemos unir un resistor de 10 y uno de 1 en serie para obtener los 11  que necesitamos

12. Otra manera es, si solo tuviésemos resistores de 22  podemos obtener los mismos 11 ohms al conectar dos resistores de 22 ohms en paralelo

13. Conexión en serie • En una conexión en serie cada resistor esta unido al anterior solamente por una de sus terminales. • Siempre y cuando no haya algún otro elemento conectado a esta unión, podremos estar seguros de que es una conexión en serie.

15. Conexión en paralelo • En una conexión en paralelo ambas terminales de los resistores están conectadas y no hay ningún otro elemento conectado entre estas.

17. Ley de Ohm. • Cuando conectamos (unimos) todos estos elementos en un circuito con una trayectoria cerrada, entonces comienza a fluir a través de él una corriente de cargas, cuya intensidad esta expresada por la ley de Ohm.

18. V R I = • La ley de Ohm establece que la intensidad de corriente I que circula a través de un circuito o un elemento esta en función directa al voltaje aplicado V y en función inversa a la resistencia R presentada por el circuito o elemento.

19. Por ejemplo, en el circuito la intensidad I = V1/R1 esto es: I = 10V/2.2K = 4.54x10-3A o sea 4.54 mA

20. En el diagrama anterior se observa que la resistencia total se obtiene de sumar aritméticamente el valor de las resistencias, en este caso la resistencia total es: • R = R1 + R2 + R3 = 500 + 200 + 300 = 1000 ó 1k. • La intensidad de la corriente es la misma en todos los resistores, esto significa que pasa igual cantidad de cargas por segundo en una resistencia que en la otra, etc., entonces I1 = I2 = I3 = ITOTAL • El voltaje total es el que suministra la fuente y en este caso es de 100 V, sin embargo este voltaje se divide entre las resistencias V = ( V1 + V2 + V3), aunque no de manera equitativa, sino de manera proporcional, de acuerdo con la ley de Ohm.

21. Así se tiene que la Intensidad total se obtiene de: • I = V/R = 100V/1000 = 0.1A • que es la misma intensidad para los tres resistores • Ahora, si se quiere saber el valor de voltaje que se suministra al resistor R1 se aplica la ley de Ohm: • V1 = I1*R1 = 0.1A*500 = 50V • Y así sucesivamente.

22. Conexión en Paralelo Al conectar los resistores a la fuente, comienza a circular una corriente eléctrica cuya intensidad se puede determinar aplicando la ley de Ohm IT = VT/RT Es necesario determinar primeramente cuanto vale RT, esta se calcula de la siguiente manera:

23. RT = = 1.3333 1 + 1 + 1 2 6 12 de tal manera que IT = VT/RT = 6V/1.333 = 4.5A. Esto significa que por el circuito circulan 4.5 A. Pero esta corriente se divide por entre los ramales del circuito de manera proporcional de acuerdo nuevamente con la ley de Ohm. 1

24. Es importante observar que el voltaje aplicado es el mismo para todos los resistores en paralelo, algo semejante a lo que sucede en nuestras casas, que a cada aparato que se conecte a la línea eléctrica se le suministran 127 V., por lo tanto, VT = V1 = V2 = V3 . 127 V

25. Entonces si queremos saber cual es la intensidad de la corriente que fluye a través de R1, aplicamos la ley de Ohm: • I1 = V1 / R1 = 6V/ 2 = 3 A • I2 = V2 / R2 = 6V/ 6 = 1 A • I3 = V3 / R3 = 6V/ 12 = 0.5 A • Que sumando estas corrientes vemos que son los mismos 4.5 A que habíamos calculado que corrían por el circuito.

29. Gracias