La Ley de Ohm con ejemplos prácticos

George Simon Ohm, formuló en 1827 la que se conoce como Ley de Ohm. Posiblemente una de las leyes fundamentales de la electrónica.

Primero definió matemáticamente las tres magnitudes físicas principales de la electrónica:

  • Voltaje (o Diferencia de Potencial): Representa la “fuerza que tiene la energía eléctrica” entre los polos positivo y negativo. Es similar a la que existe entre los polos de los imanes, en los que las fuerzas de atracción y repulsión son invisibles pero están presentes. La fuerza representada por el voltaje impulsa la electricidad por los conductores y componentes electrónicos de un circuito, haciéndolo funcionar. Se mide en Voltios.
  • Intensidad (o Corriente): Representa el flujo de energía eléctrica durante un determinado período de tiempo, es decir, la “velocidad con que circula la energía eléctrica”. En un circuito electrónico esta velocidad es variable, ya que para funcionar necesita que por algunos de sus componentes la energía circule con más rapidez que por otros. Se mide en Amperios.
  • Resistencia: Representa la “oposición al paso de la energía eléctrica”. Sirve para regular la corriente y el voltaje según lo requiera cada componente de un circuito electrónico. Libera la energía sobrante en forma de calor (Efecto Joule). Se mide en Ohmios.

PersonajesVRI.png

En el símil hidráulico de la siguiente figura, el Voltaje (V) vendría representado por la diferencia de Altura del agua, la Resistencia (R) por el Ancho del tubo, y la Corriente (I) por el Caudal del agua que sale.

SimilHidraulicoLeyOhm

La Ley de Ohm relaciona estas tres magnitudes físicas, siendo su enunciado el siguiente:

La Corriente en un circuito eléctrico varía de manera directamente proporcional a la Diferencia de Potencial aplicada, e inversamente proporcional a una propiedad característica del circuito que llamamos Resistencia.

O sea, que un aumento del Voltaje (mayor Altura de agua) o disminución de la Resistencia (tubo más Ancho), provoca un aumentando proporcional de la Corriente eléctrica (mayor Caudal de agua)

SimilHidraulicoLeyOhm_2


Su formulación matemática es:

LeydeOhm

La ley de Ohm se aplica a la totalidad de un circuito o a una parte del mismo. Analicemos la parte del circuito que analicemos, siempre se cumplirá.

Reforcemos los conocimientos adquiridos con el siguiente ejemplo: Imagina que tienes dos mangueras unidas, una más ancha que la otra y conectadas a una llave de agua.

  • El Voltaje sería la fuerza con la que sale el agua de la llave.
  • La Corriente sería la velocidad del agua al pasar por el interior de cada una de las mangueras.
  • La Resistencia sería la oposición al paso del agua en la pieza de unión y por la diferencia de grosor entre las dos mangueras.

SimilHidraulico_V_I_R

En este símil hidráulico, la corriente sería continua, ya que el agua va siempre en el mismo sentido. Si el agua cambiara su dirección de circulación cada cierto tiempo, sería equivalente a la circulación de corriente alterna.

Solo a título informativo, comentar que para el análisis de circuitos de corriente alterna se sustituye la Resistencia (R) por la Impedancia (Z), que tiene en cuenta los desfases entre Voltaje e Intensidad y los efectos de los campos electromagnéticos producidos en los componentes electrónicos del circuito. Pero lo más normal en electrónica básica es analizar los circuitos en corriente continua o aplicar simplificaciones que nos permitan analizarlos como si lo fueran.

Y antes de entrar en materia, una curiosidad, ¿cuántos electrones, como unidad de carga eléctrica mínima, se están moviendo cuando decimos que la corriente que circula es de 1 Amperio? Pues, medido experimentalmente en laboratorio, nada menos que aproximadamente 6,241509×1018 electrones cada segundo. A la carga eléctrica de estos más de 6 trillones de electrones se la llama Culombio. Por lo tanto: 1 Amperio = 1 Culombio x 1 Segundo. De ella deriva el Faradio como unidad para medir la capacidad de almacenar carga de los condensadores, o los A.h (Amperios-Hora) para medir la cantidad de electricidad que puede almacenar una batería. Ya puedes averiguar cuantos electrones de más se almacenan en cualquier dispositivo (carga negativa), o cuanta falta de electrones (carga positiva) acumula. En el símil hidráulico sería la cantidad de agua acumulada en el depósito de agua.

Seguimos. De la ecuación de la Ley de Ohm que vimos anteriormente, podemos despejar los valores de Voltaje y de Resistencia. De esta manera, conocidos o medidos dos de ellos, podremos calcular el tercero.

ley_ohm

Aunque la fórmula no es difícil de recordar, existe una regla nemotécnica conocida como el Triángulo de la Ley de Ohm que facilita su uso.

ohms-law1
Triángulo de la Ley de Ohm

En este triángulo, solo hay que tapar la variable que queremos calcular y aparecerán las otras dos variables con la posición que ocupan en la ecuación que corresponda.

ohms-law2

Tal vez lo veas más claro en la siguiente animación:

TrianguloNemoLeyOhm.gif

 

Veamos ahora como aplicar la ley en un circuito sencillo:

circuito-sencillo

Si sabemos que el voltaje de la alimentación eléctrica es de 12 voltios y la resistencia del circuito es de 10 ohmios (el ohmio es la unidad de resistencia eléctrica y se representa por la letra griega Ω), aplicando la Ley de Ohm:

I = V / R = 12v / 10Ω = 1,2 Amperios

En un circuito con varias resistencias en serie. Si sabemos el voltaje de alimentación, primero calcularemos la resistencia equivalente total sumando todas las resistencias que se encuentran en serie. Con este valor, aplicamos la Ley de Ohm como en el ejemplo anterior, y conocida la corriente que circula por el circuito, podemos calcular el voltaje en cada una de las resistencias, cuya suma, si no nos hemos equivocado, será el voltaje de alimentación:

circuito-serie

En un circuito con resistencias en paralelo, conocemos el voltaje en los extremos de cada resistencia, por lo que podremos calcular de manera sencilla la corriente que circula por cada una de ellas. Y si calculamos la resistencia equivalente total aplicando las formulas de calculo para resistencias en paralelo, podremos comprobar que la corriente que circula por esta resistencia equivalente total es igual a la suma de las corrientes anteriormente calculadas que circula por cada una de las resistencias.

circuito-paralelo

En un circuito mixto de resistencias conectadas en serie y en paralelo, aplicaremos lo ya aprendido, pero dividiendo el circuito en subcircuitos de resistencias en función de cómo estén conectadas.

circuito-mixto

Ahora ya puedes probar con circuitos reales de resistencias si George Simon Ohm estaba en los cierto y los valores que calculemos aplicando su fórmula coinciden con los que midamos. Pero antes, es MUY IMPORTANTE tener en cuenta otro factor que completa la definición del circuito y los valores de sus resistencias. Estoy hablando de la Potencia eléctrica consumida en el circuito, que en el caso de las resistencias se transforma íntegramente en calor.

Se dispone de resistencias de 1/8 de watio, 1/4 y 1/2, que son las más habituales (se pueden adquirir por lotes completos de valores en Amazon o eBay a precios muy asequibles), y a partir de ahí: 1 W, 2W… hasta donde queramos. Pero a mayor potencia, mayor coste económico y mayor tamaño. Este segundo valor que define a una resistencias, nos indica su máxima capacidad de disipación de potencia en forma de calor sin que llegue a destruirse como la del siguiente video.

“La potencia disipada en un circuito eléctrico es directamente proporcional al voltaje y la corriente que circula.”

Por lo tanto:

W (watios) = V (voltios) x I (amperios)

Y aplicando la Ley de Ohm, podemos integrar la potencia en el siguiente gráfico que facilita la selección de la fórmula que necesitemos aplicar.

Grafico de Formulas de la Ley de Ohm con Potencia

Así, por ejemplo, en el circuito más sencillo del primer ejemplo, la potencia de la resistencia deberá ser de al menos:

W = V x I = 12v x 1,2A = 120 W

Como seguramente no dispongamos de ninguna resistencia de esa potencia, y además sería muy voluminosa, lo mejor será utilizar para las pruebas resistencias de más de 1000Ω = 1 KiloOhmio = 1KΩ, de manera que en el ejemplo anterior:

W = V x I = V x  V / R  = V2 / R = 122 / 1000 = 0,144 W

Podríamos utilizar una resistencia de 1KΩ y al menos 1/4 W (0,250 W). Y este mismo cálculo sería necesario realizarlo para cada una de las resistencias empleadas.

Por cierto, que la unidad de resistencia eléctrica sea el Ohmio no es casualidad, recibe este nombre como homenaje a George Simon Ohm.

Si quieres prácticar un poco más por tu cuenta, puedes descargar el siguiente documento de ejercicios resueltos y resumen de fórmulas (Formato PDF / 10 páginas / 689KB).

EjerciciosResueltosLeyOhmPulsa sobre imagen para descargar: https://mega.nz/#!j4JBWJaS

9 thoughts on “La Ley de Ohm con ejemplos prácticos

  1. la verdad, que para la persona que quiere aprender o refrescar agol sobre el tema, esto esta perfecto, felicitaciones….

  2. Hola, esta muy bueno el blog. Tienen muy buena información y no es tan difícil de entender.
    Los felicito por eso.

    Estudio Ingeniería de Sistemas y estoy viendo una materia que se llama
    simulación digital y pues ahí el profesor nos menciono la Ley de Ohm entre otras.

    La razón por la cual le digo esto, es porque tal vez usted (si es tan amable) pueda darme algunas ideas de proyectos que yo pueda hacer (estoy sola en esto, es decir, es individual). Tengo que presentar uno para el final del semestre y no tengo ni idea de que hacer.
    El proyecto puedo hacerlo en base a sistemas eléctricos y electrónica digital.
    Para serle sincera no tengo mucho conocimiento de estos temas, con decirle que para pasar esas materias bueno me las vi negras. Aun así estoy muy interesada en presentar este proyecto, seria bueno para mi aprender un poco mas sobre el tema y ademas el profesor me dijo que si es un buen proyecto el puede interceder por mi para que lo tomen en cuenta como propuesta para la tesis (y eso es muy importante).
    Se que esto es mi problema, pero le agradecería mucho mucho su ayuda. Gracias y disculpe mi atrevimiento.

    Saludos…

    1. Hola Marvi Castilo, tal vez te interese el Indicador Electrónico de Nivel de Agua ( https://tallerelectronica.com/2015/03/10/indicador-electronico-de-nivel-de-agua/ ). Mezcla física midiendo la conductividad del agua, electrónica analógica muy sencilla, y si sustituyes los leds de salida, o incluso conservándolos, tomas estas señales de encendido y apagado como señales digitales para arrancar una bomba de llenado, abrir una electroválvula de vaciado, activar alarmas sonoras de desborde o niveles, etc… o combinaciones usando compuertas lógicas digitales, ya tendrían un proyecto que a mi me parace interesante. Saludos y suerte.

      1. Hola Sr Hernandez.
        Muchas gracias por responder y por la idea, estuve viendo la información y si esta bien interesante y no es tan complicado. Aparte nadie a presentado aun este proyecto en la universidad, así que es una idea muy original.
        Le agradezco mucho su ayuda. Cualquier cosa estare pasanso por aqui. Saludos

  3. Bueno hermano muchas gracias estaba un poco perdido atraves del tiempo, y ya lo actualize gracias por colaborar con la muchachada, que dios te bendiga a ti y los tuyos hermano

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