Qué es un circuito eléctrico y la ley de Ohm

Los circuitos eléctricos son la base de todos los dispositivos que tenemos: smartphones, computadores, televisores, entre otros. Antes de seguir no está demás que revisen las dos publicaciones anteriores (las pueden ver aquí y aquí), les servirán para complementar lo que expondré en esta publicación.Bien, tenemos la siguiente pregunta ¿que es un circuito eléctrico? Pues un circuito eléctrico es un conjunto de componentes conectados entre si para permitir el paso de una corriente eléctrica. Estos componentes son fuentes de energía, cargas o resistencias y conductores.

Para que la corriente eléctrica circule por un circuito, no debe haber interrupciones en su recorrido.

Un circuito eléctrico puede ser sencillo como los mostrados en las figuras anteriores, o micho mas complicado como el que está presente en los hogares como el mostrado en la figura, el cual es un ejemplo simplificado de un circuito eléctrico residencial, ya que en realidad son mas complicados en la realidad. Como ven, los circuitos eléctricos están presentes en todos lados, incluyendo nuestras casas

En los circuitos eléctricos están presentes los siguientes elementos, de los que se hablaron en la publicación anterior y los nombraré nuevamente:

• Intensidad eléctrica o corriente eléctrica: Es un flujo de electrones que circula a través de un cuerpo o material. Se le puede llamar simplemente intensidad o corriente.
• Diferencia de potencial eléctrico o tensión eléctrica: Es la fuerza que hace que circule una corriente eléctrica. Se le puede llamar simplemente diferencia de potencial o tensión
• Resistencia eléctrica: Es la oposición que presenta algún material al paso de la corriente eléctrica. Se le puede llamar simplemente resistencia.

En un circuito eléctrico:

• La tensión o diferencia de potencial está presente en la fuente de energía.
• La corriente o intensidad sale de la fuente de energía y pasa por los conductores  y la carga.
• La carga también es una resistencia
• Cuando una corriente pasa por una carga o resistencia, se genera una diferencia de potencial entre sus extremos.
• Cuando una corriente pasa por una carga o resistencia, se disipa energía, ya sea en forma de calor, luz, movimiento.

Asimismo se tienen que:

• La corriente o intensidad se mide en amperios (A), es por eso que a veces la intensidad es llamada amperaje.
• La tensión o diferencia de potencial se mide en voltios (V), de allí que también se llame voltaje, nombre que comúnmente se usa.
• La resistencia se mide en ohmios (Ω), por eso que algunas personas (en realidad pocas) llamen también a la resistencia ohmiaje.

También se tiene que:

• La intensidad o corriente se denota por la letra I.
• La diferencia de potencial o tensión se denota por la letra E o por la letra V, ya que también se le llama voltaje a la diferencia de potencial o tensión.
• La resistencia se denota por la letra R.

Se asume y es lo que voy a hacer que en una fuente de energía, también llamada fuente de tensión o fuente de voltaje la corriente sale por el terminal positivo de la misma y regresa por el terminal negativo. El terminal positivo se indica por + y el terminal negativo por -

En los circuitos eléctricos, la intensidad, la diferencia de potencial y la resistencia están relacionados a través de la ley de Ohm, la cual es una de las esenciales de la electricidad a pesar de su simplicidad y que procedo a explicar.

Ley de Ohm

Fue postulada por el físico alemán George Simon Ohm en el año 1827, y la misma dice así:

"La intensidad de la corriente eléctrica que circula por un conductor eléctrico es directamente proporcional a la diferencia de potencial aplicada e inversamente proporcional a la resistencia del mismo"

También se puede decir así, en caso que no hayan entendido lo anterior:"La intensidad de corriente que pasa por una resistencia es directamente proporcional a la diferencia de potencial aplicada a la misma e inversamente proporcional al valor de dicha resistencia." Esto puede entenderse así, a mayor diferencia de potencial (o tensión o voltaje) aplicada a una resistencia, mayor sera la intensidad que pasa por la misma y a mayor valor de resistencia, menor será el valor de la intensidad que pasa por la misma, Matemáticamente se puede decir así, la intensidad es igual a la división de la tensión entre la resistencia:

Si queremos hallar el valor, ya sea de la resistencia o la diferencia de potencial:

Otro concepto importante, es el de potencia eléctrica, la cual explico a continuación:

Potencia eléctrica

Es la cantidad de energía (que es la capacidad que tiene un dispositivo cualquiera para realizar un trabajo). entregada ó absorbida por un elemento en un tiempo determinado. Esta energía es transformada ya sea en luz, calor o movimiento.

Se tiene que:

• La potencia eléctrica se mide en vatios (w)
• La potencia eléctrica se denota por la letra P

La potencia eléctrica se calcula por la ley de Joule, la cual fue postulada por el físico ingles James Prescott Joules en el año 1840 cuando observó que al pasar una corriente eléctrica a través de un conductor, este se calentaba. Dicha ley dice así:
"La cantidad de calor que desarrolla una corriente eléctrica al pasar por un conductor es directamente proporcional a la resistencia del conductor y al cuadrado de la intensidad de la corriente que pasa por el conductor y el tiempo que dura la corriente."

La cantidad de calor es el trabajo realizado por la corriente al pasar por un conductor. Esto se expresa matemáticamente con esta formula:

Se que van a decir "pero ibas a hablar de potencia y nos sales con trabajo", tranquilos, una cosa lleva a la otra, ya vamos para allá  Se tiene que la potencia es igual al trabajo realizado dividido entre el tiempo transcurrido, esto es:

Ahora vamos a hacer unas operaciones matemáticas con las formulas antes vistas, las cuales se muestran en la siguiente imagen:

¿Lo ven? Partiendo de la formula de trabajo, obtuvimos la potencia, por lo que ahora podemos expresar la ley de Joule de otra forma:

"La potencia entregada por una carga o resistencia conectado a un circuito es directamente proporcional al cuadrado de la corriente que circula a través del mismo y directamente proporcional a su resistencia"

Esto es lo mismo que decir que la potencia es igual al producto del cuadrado de la corriente que pasa por una carga o resistencia multiplicado por el valor de su resistencia. Esto se expresa en la siguiente formula, que es la misma que dedujimos anteriormente:

Para terminar, haré un ejemplo donde vamos a emplear todo lo explicado aquí: Se tiene una fuente de tensión de 12 voltios a la cual se le conecta una resistencia de 2 ohmios. Calcular la corriente que circula por la resistencia y la potencia disipada por la misma.

La solución se detalla en la siguiente imagen:

Esto, a pesar de su simplicidad, es la base todo lo que vemos actualmente, del avance tecnológico de hoy en día. Vamos a dejarlo hasta para no ponerme fastidioso. Cualquier cosa pueden expresarla por medio de un comentario.