Ley de Ohm para un circuito completo y para una parte del circuito: variantes de la fórmula, descripción y explicación

Un electricista profesional o un especialista en electrónica no puede prescindir en su propia actividad de la ley de Ohm al resolver cualquier tarea relacionada con la puesta a punto, configuración y reparación de circuitos electrónicos y eléctricos.

En realidad, la comprensión de esta ley es necesaria para todos. Porque en la vida diaria todos tienen que lidiar con la electricidad.

Y aunque el curso escolar de secundaria incluye la ley del físico alemán Ohm, en la práctica no siempre se estudia a tiempo. Por ello, en nuestro material examinaremos este tema tan relevante para la vida y analizaremos las variantes de la fórmula.

Segmento individual y circuito eléctrico completo

Al considerar un circuito eléctrico desde el punto de vista de la aplicación de la ley de Ohm, cabe señalar dos posibles variantes de cálculo: para un segmento aislado y para el circuito completo.

Cálculo de la corriente de un segmento del circuito eléctrico

Un segmento del circuito eléctrico se considera, por lo general, como la parte del circuito que excluye la fuente de FEM, la cual posee una resistencia interna adicional.

Por lo tanto, la fórmula de cálculo en este caso es simplemente:

I = U/ R,

Donde, respectivamente:

• I – la intensidad de la corriente;
• U – el voltaje aplicado;
• R – la resistencia.

La interpretación de la fórmula es simple: la corriente que fluye por un determinado segmento del circuito es proporcional al voltaje aplicado e inversamente proporcional a la resistencia.

La llamada «margarita» gráfica, mediante la cual se presenta el conjunto completo de variaciones de las formulaciones basadas en la ley de Ohm. Una herramienta práctica para guardar en el bolsillo: sector “P” – fórmulas de potencia; sector “U” – fórmulas de voltaje; sector “I” – fórmulas de corriente; sector “R” – fórmulas de resistencia.

Así, la fórmula describe claramente la dependencia del flujo de corriente a través de un segmento individual del circuito eléctrico con respecto a valores determinados de voltaje y resistencia.

Es conveniente usar la fórmula, por ejemplo, para calcular los parámetros de la resistencia que se debe soldar en el circuito, si se conocen el voltaje y la corriente.

La ley de Ohm y dos consecuencias que todo electromecánico profesional, ingeniero eléctrico, electrónico y todos los relacionados con el trabajo de circuitos eléctricos deben conocer. De izquierda a derecha: 1 – definición de corriente; 2 – definición de resistencia; 3 – definición de voltaje, donde I – intensidad de corriente, U – voltaje, R – resistencia.

La figura anterior ayudará a determinar, por ejemplo, la corriente que fluye a través de una resistencia de 10 ohmios a la que se aplica un voltaje de 12 voltios. Sustituyendo los valores, encontramos: I = 12 / 10 = 1.2 amperios.

De manera similar se resuelven los problemas de búsqueda de resistencia (cuando se conocen la corriente y el voltaje) o de voltaje (cuando se conocen el voltaje y la corriente).

De esta manera, siempre se puede seleccionar el voltaje de trabajo requerido, la intensidad de corriente necesaria y el elemento resistivo óptimo.

La fórmula que se propone usar no requiere tener en cuenta los parámetros de la fuente de voltaje. Sin embargo, un circuito que contenga, por ejemplo, una batería, se calculará con otra fórmula. En el diagrama: A – conexión del amperímetro; V – conexión del voltímetro.

Por cierto, los cables de conexión de cualquier circuito son resistencias. La magnitud de la carga que deben soportar está determinada por el voltaje.

En consecuencia, utilizando nuevamente la ley de Ohm, es posible seleccionar con precisión la sección transversal necesaria del conductor, según el material del núcleo.

En nuestro sitio web hay una instrucción detallada sobre el cálculo de la sección del cable según la potencia y la corriente.

Variante de cálculo para el circuito completo

El circuito completo ya está formado por un tramo (o tramos) y también una fuente de FEM. Es decir, de hecho, a la componente resistiva existente del tramo del circuito se le añade la resistencia interna de la fuente de FEM.

Por lo tanto, es lógico hacer un pequeño cambio en la fórmula anterior:

I = U / (R + r)

Por supuesto, el valor de la resistencia interna de la FEM en la ley de Ohm para el circuito eléctrico completo puede considerarse insignificante, aunque en gran medida este valor de resistencia depende de la estructura de la fuente de FEM.

No obstante, en los cálculos de circuitos electrónicos complejos, circuitos eléctricos con múltiples conductores, la presencia de resistencia adicional es un factor importante.

Para los cálculos en condiciones de un circuito eléctrico completo, siempre se toma en cuenta el valor resistivo de la fuente de FEM. Este valor se suma a la resistencia resistiva del propio circuito eléctrico. En el diagrama: I – paso de la corriente; R – elemento resistivo externo; r – factor resistivo de la FEM (fuente de energía)

Tanto para una sección del circuito como para el circuito completo, se debe tener en cuenta el hecho natural: el uso de corriente continua o alterna.

Si los aspectos mencionados anteriormente, característicos de la ley de Ohm, se consideraron desde el punto de vista del uso de corriente continua, entonces con la corriente alterna todo se ve algo diferente.

Aplicación de la ley a una magnitud variable

El concepto de «resistencia» para las condiciones de paso de corriente alterna debe considerarse más bien como el concepto de «impedancia». Aquí se refiere a la combinación de una carga resistiva activa (Ra) y una carga formada por un resistor reactivo (Rr).

Estos fenómenos se deben a los parámetros de los elementos inductivos y a las leyes de conmutación con respecto a la magnitud variable de voltaje – magnitud sinusoidal de corriente.

Así se muestra el circuito equivalente de un circuito eléctrico de corriente alterna para el cálculo utilizando formulaciones derivadas de los principios de la ley de Ohm: R – componente resistiva; C – componente capacitiva; L – componente inductiva; FEM - fuente de energía; I - paso de la corriente

En otras palabras, se produce el efecto de adelanto (retraso) de los valores de corriente respecto a los valores de voltaje, lo que va acompañado de la aparición de potencias activa (resistiva) y reactiva (inductiva o capacitiva).

El cálculo de estos fenómenos se realiza mediante la fórmula:

Z = U / I o Z = R + J * (X_L – X_C)

donde: Z – impedancia; R – carga activa; X_L , X_C – carga inductiva y capacitiva; J – coeficiente.

Conexión en serie y en paralelo de elementos

Para los elementos de un circuito eléctrico (sección del circuito), un aspecto característico es la conexión en serie o en paralelo.

En consecuencia, cada tipo de conexión conlleva un diferente comportamiento del flujo de corriente y de la aplicación del voltaje. En este sentido, la ley de Ohm también se aplica de manera diferente, según la variante de conexión de los elementos.

Circuito de elementos resistivos conectados en serie

Respecto a la conexión en serie (sección del circuito con dos componentes), se utiliza la siguiente formulación:

• I = I₁ = I₂ ;
• U = U₁ + U₂ ;
• R = R₁ + R₂

Esta formulación demuestra claramente que, independientemente del número de componentes resistivos conectados en serie, la corriente que fluye en la sección del circuito no cambia su valor.

Conexión de elementos resistivos en serie uno con otro. Para esta variante aplica su propia ley de cálculo. En el esquema: I, I1, I2 – paso de corriente; R1, R2 – elementos resistivos; U, U1, U2 – tensión aplicada

El valor de la tensión aplicada a los componentes resistivos activos del circuito es la suma y constituye en total el valor de la fuente de FEM.

Además, la tensión en cada componente individual es igual a: Ux = I * Rx.

La resistencia total debe considerarse como la suma de los valores nominales de todos los componentes resistivos del circuito.

Circuito de elementos resistivos conectados en paralelo

En el caso de que se tenga una conexión en paralelo de componentes resistivos, se considera válida la siguiente formulación respecto a la ley del físico alemán Ohm:

• I = I₁ + I₂ … ;
• U = U₁ = U₂ … ;
• 1 / R = 1 / R₁ + 1 / R₂ + …

No se descartan variantes de creación de secciones de circuito de tipo «mixto» cuando se utiliza conexión en paralelo y en serie.

Conexión de elementos resistivos en paralelo uno con otro. Para esta variante se aplica su propia ley de cálculo. En el esquema: I, I1, I2 – paso de corriente; R1, R2 – elementos resistivos; U – tensión aplicada; A, B – puntos de entrada/salida

Para tales variantes, el cálculo generalmente se realiza calculando primero el valor nominal resistivo de la conexión en paralelo. Luego, al resultado obtenido se le agrega el valor nominal del resistor conectado en serie.

Formas integral y diferencial de la ley

Todos los puntos anteriores con los cálculos son aplicables a condiciones en las que en los circuitos eléctricos se utilizan conductores, por así decirlo, de estructura «homogénea».

Sin embargo, en la práctica a menudo es necesario enfrentarse a la construcción de esquemas donde la estructura de los conductores cambia en diferentes secciones. Por ejemplo, se utilizan cables de mayor sección o, por el contrario, de menor sección, fabricados con diferentes materiales.

Para tener en cuenta tales diferencias, existe una variación, la llamada «ley de Ohm diferencial-integral». Para un conductor infinitesimal se calcula el nivel de densidad de corriente en función de la intensidad de campo y el valor de la conductividad específica.

Para el cálculo diferencial se toma la fórmula: J = ό * E

Para el cálculo integral, respectivamente, la formulación: I * R = φ1 – φ2 + έ   

Sin embargo, estos ejemplos ya están más bien cercanos a la matemática superior y en la práctica real de un electricista común no se aplican realmente.

Conclusiones y video útil sobre el tema

El análisis detallado de la ley de Ohm en el video presentado a continuación ayudará a consolidar definitivamente los conocimientos en esta área.

Una videolección singular refuerza cualitativamente la exposición teórica escrita:

El trabajo del electricista o la actividad del electrónico está intrínsecamente ligada a los momentos en que realmente se puede observar la ley de Georg Ohm en acción. Son una especie de verdades fundamentales que todo profesional debe conocer.

No se requieren conocimientos exhaustivos sobre este tema – basta con aprender las tres variaciones principales de la formulación para aplicarlas con éxito en la práctica.

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