Términos y teoría eléctrica
Leyes de Kirchoff
Las dos primeras leyes establecidas por Gustav R. Kirchoff permiten obtener los valores de intensidad de corriente y tensión en cada punto de un circuito electrónico.
Ley de Nodos o de Corrientes:
La suma de las corrientes que entran a un nudo o punto de unión de un circuito es igual a la suma de las corrientes que salen de ese nudo.
Si le asignamos el signo más (+) a las corrientes que entran en la unión y el signo menos (-) a las que salen de ella, entonces la Ley establece que la suma algebraica de las corrientes en un punto de unión es 0. Matemáticamente seria:
Suponiendo un circuito de 4 resistores que se conectan en un extremo en común – Nodo, hacemos circular dos corrientes eléctricas: I1 e I2. Llegan al nodo, continúan circulando y se convierten en I3 e I4. La ecuación Queda:
I1 + I2 = I3 + I4
Aplicamos conmutación y queda:
I1 + I2 – I3 – I4 = 0
Ley de las Mallas o de las Tensiones:
Para todo conjunto de componentes que forman un circuito cerrado se verifica que la suma total de las caídas de tensión en las resistencias que constituyen la malla sea igual a la tensión de la fuente de energía que suministra el circuito.
Ejemplo: con un circuito eléctrico básico que tiene una batería y 4 resistores conectados en serie. En cada una se produce una caída de tensión propia a esa resistencia. La formula queda de la siguiente manera:
+Bat = V1 + V2 + V 3 + V4
Circuito serie
Es una configuración de conexión en la que los bornes o terminales de un componente se conectan secuencialmente. El terminal de salida de un componente se conecta al terminal de entrada del siguiente. Sus principales características son:
· La corriente en un circuito serie es absolutamente la misma en todos sus puntos.
· La tensión en un circuito serie se comporta como la Ley de Mallas.
· La resistencia total del circuito es la sumatoria de cada resistencia que lo compone.
Para demostrarlo, hacemos uso de las Leyes de Ohm y Kirchoff.
Según la Ley de Ohm: V = I x R
V: Tensión que se suministra.
I: Corriente que circula.
R: Resistencia total del circuito.
Suponemos que la tensión tiene valor V = 12V y cada resistor:
R1 = 1Ω
R2 = 2Ω
R3 = 3Ω
La resistencia total seria la sumatoria de todos los resistores:
R = R1 + R2 + R3 = 6Ω
R = 6Ω
El valor de la corriente, por cálculo de la ecuación, seria:
I = V / R = 12V / 6Ω = 2A
I = 2 A
Obtenido el valor de la corriente, se puede comprobar que la segunda Ley de Kirchoff, denominada Ley de Mallas.
Calculamos la caída de tensión en cada resistor:
VR1 = I x R1 = 2A x 1Ω = 2V
VR2 = I x R2 = 2A x 2Ω = 4V
VR3 = I x R3 = 2A x 3Ω = 6V
Si sumamos cada una de las caídas de tensión, como vemos en la siguiente formula, obtenemos la tensión que se suministra de 12 Volt.:
V = VR1 + VR2 + VR3
V = 2V + 4V + 6V = 12V
V = 12V
Circuito Paralelo
Es un tipo de conexión formada por varios componentes cuyos bornes o extremos están conectados en paralelo con respecto a la tensión de alimentación. Las características que podemos destacar son:
· La corriente que entrega la fuente de alimentación, al llegar a un empalme, se divide y sigue ambos caminos. Esta división de corriente se vuelve a unir al encontrar el siguiente empalme, de esta manera resulta nuevamente en la corriente inicial y cierra el circuito.
· La tensión en cada componente es igual a la tensión de la fuente de alimentación.
· La resistencia total se calcula mediante una ecuación matemática. Como regla general, la resistencia total que ofrecen distintas cargas resistivas en un circuito paralelo es siempre menor que la resistencia de menor valor.
Fórmula matemática para obtener la resistencia total:
Según el enunciado, la resistencia total se calcula con la siguiente fórmula:
R = [(R1)⁻¹ + (R2)⁻¹ + (R3)⁻¹]⁻¹
También se puede emplear esta otra:
R = 1 / (1 / R1 + 1 /R2 + 1 /R3)
Para demostrarlo, hacemos uso de las Leyes de Ohm y Kirchoff:
Asignamos valores fijos a los resistores y a la fuente de alimentación:
V = 12V
R1 = 5Ω
R2 = 10Ω
R3 = 20Ω
Calculo de resistencia total:
R = [(5Ω)⁻¹ + (10Ω)⁻¹ + (20Ω)⁻¹]⁻¹
R = (0,2Ω + 0,1Ω + 0,05Ω)⁻¹
R = (0,35Ω)⁻¹
R = 2,86Ω
Obtenido el valor de la resistencia total, calculamos la corriente:
V / R = I
12V / 2,86Ω = 4,2A
I = 4,2A
Con la corriente resultante que obtuvimos en el cálculo anterior, comprobamos la primera Ley de Kirchoff, denominada Ley de Nodos.
Calculamos el valor de cada corriente en cada resistor:
I1 = V / R1 = 12V / 5Ω = 2,4A
I2 = V / R2 = 12V / 10Ω = 1,2A
I3 = V / R3 = 12V / 20Ω = 0,6A
Si sumamos todas las corrientes, obtenemos el mismo valor de la corriente total:
I = I1 + I2 + I3
I = 2,4A + 1,2A + 0,6A
I = 4,2A