Presión, resistencia y flujo
El fin de semana pasado, estaba en el jardín regando las flores cuando de repente el flujo de agua casi se detuvo. Miré hacia atrás y me di cuenta de que había un nudo en la manguera que restringía el flujo de agua. Después de enderezar la torcedura, el flujo de agua volvió y reanudé el riego. Pero, unos minutos después, el flujo de agua volvió a disminuir. Busqué otro doblez en la manguera, pero esta vez no pude encontrar uno. Entré en la casa y descubrí que mi compañero de cuarto se estaba duchando mientras encendía la lavadora y el lavavajillas al mismo tiempo. Nuestra bomba de agua no podía satisfacer tanta demanda de agua y, como resultado, la presión del agua en la manguera de mi jardín había bajado, lo que redujo el flujo de agua. Esto me hizo pensar en lo similar que es el agua que fluye a través de una manguera a la corriente eléctrica en un circuito. Al igual que el flujo de agua se determina por la cantidad de presión y resistencia en la manguera, la corriente eléctrica está determinada por la cantidad de voltaje y resistencia en un circuito eléctrico.
Ley de Ohm
La relación entre voltaje, corriente y resistencia se describe mediante la ley de Ohm . Esta ecuación, i = v / r , nos dice que la corriente, i , que fluye a través de un circuito es directamente proporcional al voltaje, v , e inversamente proporcional a la resistencia, r . En otras palabras, si aumentamos el voltaje, la corriente aumentará. Pero, si aumentamos la resistencia, la corriente disminuirá. Vimos estos conceptos en acción con la manguera de jardín. El aumento de la presión hizo que el flujo aumentara, pero la torcedura de la manguera aumentó la resistencia, lo que provocó que el flujo disminuyera.
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De la forma en que se escribe aquí la ecuación, sería fácil usar la ley de Ohm para calcular la corriente si conocemos el voltaje y la resistencia. Pero, ¿y si quisiéramos resolver el voltaje o la resistencia? Una forma de hacer esto sería reorganizar los términos de la ecuación para resolver los otros parámetros, pero hay una manera más fácil. El diagrama de arriba nos dará la ecuación apropiada para resolver cualquier parámetro desconocido sin usar álgebra. Para usar este diagrama, simplemente cubrimos el parámetro que estamos tratando de encontrar para obtener la ecuación adecuada. Esto tendrá más sentido una vez que comencemos a usarlo, así que hagamos algunos ejemplos.
Ley de Ohm en acción
A continuación se muestra un circuito eléctrico simple que usaremos para hacer nuestros ejemplos. Nuestra fuente de voltaje es una batería que está conectada a una bombilla, que proporciona resistencia a la corriente eléctrica. Para empezar, digamos que nuestra batería tiene un voltaje de 10 voltios, la bombilla tiene una resistencia de 20 ohmios y necesitamos averiguar la corriente que fluye a través del circuito. Usando nuestro diagrama, cubrimos el parámetro que estamos tratando de encontrar, que es la corriente, o i , y eso nos deja con el voltaje, v , sobre la resistencia, r . En otras palabras, para encontrar la corriente, necesitamos dividir el voltaje por la resistencia. Haciendo los cálculos, 10 voltios divididos por 20 ohmios dan como resultado medio amperio de corriente que fluye en el circuito.
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A continuación, aumentemos el voltaje para ver qué pasa con la corriente. Usaremos la misma bombilla, pero cambiaremos a una batería de 20 voltios. Usando la misma ecuación que antes, dividimos 20 voltios por 20 ohmios y obtenemos 1 amperio de corriente. Como podemos ver, duplicar el voltaje hizo que la corriente también se duplicara. Esto tiene sentido cuando pensamos en la manguera de jardín. Si aumentamos la presión en la manguera, esperaríamos que el flujo de agua también aumentara. Siempre es bueno volver a verificar su trabajo preguntando si los resultados coinciden con lo que esperaba que sucediera. Si aumentamos la resistencia de la bombilla, ¿qué esperaría que le ocurriera a la corriente? Para averiguarlo, cambiemos nuestra bombilla existente por una diferente que tenga una resistencia de 40 ohmios. Como todavía estamos buscando la corriente, usamos la misma ecuación que antes. Dividir 20 voltios por 40 ohmios nos da medio amperio de corriente. Este resultado nos dice que duplicar la resistencia redujo la corriente a la mitad. ¿Es esto lo que esperabas? Pensando en nuestra manguera, tiene sentido que si se dobla la manguera se reduciría el flujo de agua, al igual que aumentar la resistencia en el circuito reduciría la corriente. Hasta ahora, solo hemos calculado la corriente en el circuito, pero ¿y si alguien hubiera cambiado nuestra bombilla cuando no estábamos mirando y necesitáramos averiguar la resistencia de la nueva? Bueno, sabemos que el voltaje de nuestra batería es de 20 voltios y podemos medir la corriente en el circuito con una herramienta llamada amperímetro, así que todo lo que queda es hacer algunos cálculos. Usando nuestro diagrama, cubrimos el parámetro que estamos tratando de encontrar, que es la resistencia, r . El diagrama ahora nos muestra que necesitamos dividir el voltaje por la corriente. Si nuestro amperímetro mide una corriente de 5 amperios que fluye a través del circuito, entonces la resistencia es igual a 20 voltios dividida por 5 amperios, que es 4 ohmios.
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Finalmente, imagine que alguien reemplazó nuestra batería y necesitáramos averiguar su voltaje. El proceso es prácticamente el mismo. Sabemos que nuestra nueva bombilla tiene 4 ohmios de resistencia y podemos medir la corriente en el circuito con el amperímetro. Usando el diagrama, cubrimos el voltaje, v , lo que nos dice que necesitamos multiplicar la corriente por la resistencia. Si el amperímetro mide una corriente de 3 amperios, entonces el voltaje sería de 3 amperios multiplicado por 4 ohmios, que son 12 voltios. Eso es todo al respecto. Al conocer dos de los tres parámetros, siempre podemos calcular el tercero utilizando la ley de Ohm.
Resumen de la lección
La ley de Ohm define la relación entre voltaje, corriente y resistencia en un circuito eléctrico: i = v / r . La corriente es directamente proporcional al voltaje e inversamente proporcional a la resistencia. Esto significa que aumentar el voltaje hará que la corriente aumente, mientras que aumentar la resistencia hará que la corriente disminuya. Conocer dos de los tres parámetros nos permite calcular el tercer parámetro desconocido. Podemos hacer esto reordenando los términos en la ecuación de la ley de Ohm o usando el diagrama que se encuentra arriba en la lección. Cubrir el parámetro que estamos tratando de encontrar nos muestra la ecuación apropiada usando los dos parámetros conocidos.
Los resultados del aprendizaje
Al final de esta lección, podrá:
- Describe la relación entre voltaje, corriente y resistencia usando la ley de Ohm.
- Escribe la ecuación para la ley de Ohm.
- Explique cómo puede encontrar cualquiera de las tres variables en la ecuación de la ley de Ohm si conoce las otras dos
- Calcule cualquiera de las tres variables usando la ecuación de la ley de Ohm
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