Leyes de Ohm y Kirchhoff, circuitos serie y paralelo, efecto Joule: resumen y ejercicios

Fundamentos de Medición y Leyes Eléctricas

Medición y Conceptos Básicos

• Con el amperímetro, la intensidad se mide en serie.
• Ley de Ohm: La intensidad ($I$) es igual a la tensión ($V$) dividida por la resistencia ($R$). $I = V/R$.
• Potencia Eléctrica: La potencia ($P$) de una resistencia ($R$) se calcula como $P = V \times I$.
• Unidad de Energía Eléctrica: Se mide en $kW \cdot h$ (kilovatio-hora).
• Potencia de Motores Eléctricos: Se expresa en Vatios (W).
• Unidad de Potencia (SI): El Vatio (W).

Leyes de Kirchhoff

• Primera Ley de Kirchhoff (Nudos): La suma algebraica de las intensidades que concurren en un nudo es cero ($\sum I = 0$).
• Principio del Nudo: La suma de las intensidades ($I$) que entran en un nudo es igual a la suma de las intensidades que salen. (Ejemplo: Si $I_1$ e $I_2$ son entrantes e $I_3$ es saliente, entonces $I_1 + I_2 = I_3$).
• Definición de Nudo: Punto de confluencia de tres o más conductores.

Circuitos de Resistencias: Serie y Paralelo

Circuitos en Serie

• Resistencia Total ($R_t$): La resistencia total es la suma de las resistencias individuales: $R_t = R_1 + R_2 + R_3 + \dots$
• Intensidad: En un circuito serie de resistencias, la intensidad es igual para todas.
• Tensión: En un circuito en serie, la tensión se reparte proporcionalmente en todas las resistencias ($R$).
• Resistencia Equivalente: La resistencia equivalente de varias resistencias en serie es la suma de las resistencias.

Circuitos en Paralelo

• Tensión: En un circuito paralelo de resistencias, la tensión es igual en todas las resistencias.
• Resistencia Total (Dos Resistencias): $R_t = (R_1 \times R_2) / (R_1 + R_2)$.
• Resistencia Equivalente (Varias Resistencias): La resistencia equivalente ($R_{eq}$) es la inversa de la suma de las inversas de las resistencias: $1/R_{eq} = 1/R_1 + 1/R_2 + \dots$
• Resistencias en Paralelo: Tienen la misma tensión.

Propiedades de la Corriente y los Conductores

Definiciones de Corriente

• Corriente Convencional: Circula desde los puntos de mayor potencial hacia los de menor potencial.
• Corriente Continua (CC): La corriente circula en el mismo sentido. (Ejemplo: Batería de coche entrega corriente continua).
• Corriente Alterna (CA): Circula en ambos sentidos y su magnitud (tensión/intensidad) es variable.
• Sentido Real de la Corriente Eléctrica: Desde el polo negativo al positivo.
• Circulación de los Electrones: Polo negativo (-) al polo positivo (+).
• Átomo Cargado Negativamente: Anión.
• Elementos para Mantener Corriente Eléctrica: Generador, receptor y conductor.

Resistencia y Conductividad

• Resistencia Eléctrica ($R$): Es la dificultad al paso de la corriente eléctrica.
• Factores de la Resistencia: La resistencia de un conductor depende de la longitud, la resistividad y la sección.
• Relación Longitud-Resistencia: La resistencia eléctrica ($R$) de un conductor es mayor cuando tiene más longitud.
• Mejor Conducción: Un conductor permite mejor paso de corriente si su longitud es pequeña.
• Conductividad y Resistividad: La conductividad es la inversa de la resistividad.

Efecto Joule y Energía

Fórmulas y Aplicaciones

• Efecto Joule (Calor): $Q = 0,24 \times R \times I^2 \times t$.
• Energía Eléctrica: $E = P \cdot t$.
• Aplicación del Efecto Joule: El fusible se basa en el efecto Joule.

Definición de la Ley de Ohm

En un circuito eléctrico, la intensidad de la corriente que lo recorre es directamente proporcional a la tensión ($V$) e inversamente proporcional a la resistencia ($R$).

Cálculos y Ejemplos Prácticos

Conversión de Intensidad

• ¿Cuántos $mA$ son $2A$? 2000 $mA$.

Cálculos de Resistencia Equivalente

• 1000 resistencias de $1\Omega$ en serie: $R_{total} = 1000\Omega$.
• Resistencia en paralelo de $100k\Omega$ y $10\Omega$: $R_{equivalente} \approx 9,999\Omega$.
• Tres resistencias de $10\Omega$ en serie con $360V$: Caída de tensión en cada resistencia: $120V$.
• $3\Omega$ en serie con dos de $6\Omega$ en paralelo: $R_{equivalente} = 3\Omega + (6\Omega || 6\Omega) = 3\Omega + 3\Omega = 6\Omega$.

Cálculos de Potencia e Intensidad

• Calefacción $220V$, circulan $5A$: $P = 1,1kW$.
• $P=2,5kW$, $V=125V$: $I=20A$.
• $R=1,1k\Omega$, $V=220V$: $I=0,2A$.

Cálculos de Carga y Calor

• Carga $Q=2050C$, tiempo $t=1025s$: $I = 2A$.
• $P=60W$, $V=220V$, $t=5min$: $Q = 4320cal$.
• $Q=1,8kcal$, $I=5A$, $t=10min$: $R=0,5\Omega$.

Cálculo de Resistencia de Conductor

• $L=2km$, $S=20mm^2$, $\rho=0,017$: $R=0,17\Omega$.

Nota sobre Lámparas

• Lámparas de misma potencia: Para que circule la misma intensidad, da igual si están en serie o en paralelo (dependiendo del diseño del circuito).

Cálculo de Coste (Información Incompleta)

• Costo de 3 horas de funcionamiento (a 0,16€/kWh): 0,52€.