Chavez s1act1

Nombre de la materia Electrnica.

Nombre de la Licenciatura Ing. en Sistemas Computacionales.

Nombre del alumno Luis Eduardo Chvez Gamboa. Matrcula 000005491 Nombre de la Tarea Ley de Ohm.Unidad # Unidad 1, Conceptos. Nombre del Profesor Guillermo Basilio Rodrguez. Fecha 19 de enero de 2014

Unidad 1: Conceptos.

Electrnica, Ley de Ohm, s1act1

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Ley de Ohm.

Introduccin.

Este resumen se revisa una breve resea de la creacin de la ley de Ohm, se hace una revisin de las

relaciones entre los valores de corriente, voltaje y resistencia en los circuitos elctricos que se estipulan

en ella, se plantean las condiciones y situaciones en que es aplicable, se revisa igualmente las

caractersticas y comportamiento de las tres variables, la forma en que interactan de forma lineal y no

lineal unas con otras, se muestra una representacin grafica de esta ley como herramienta que facilita

su interpretacin, as como la utilizacin y ejemplos de clculos utilizando prefijos en las unidades de

medida de la intensidad de corriente elctrica, de la diferencia de potencial y de la resistencia elctrica,

con la finalidad de simplificar su interpretacin al utilizar valores muy altos o muy bajos entre las

variables; igualmente se revisan los conceptos bsicos de deteccin de fallas, y como esta tcnica

utiliza la Ley de Ohm como herramienta terica y prctica, se enfatiza adems la diferencia entre un

procedimiento de deteccin de fallas basado en la experiencia en comparacin con uno sustentado

cientficamente y se revisa la importancia de contar con las competencias profesionales necesarias para

sustentar de forma cientfica el estudio de casos de fallas en los circuitos elctricos y electrnicos, las

caractersticas que diferencias las distintas formas de hacer mediciones de resistencia, voltaje o

intensidad en el momento de disear, desarrollar o detectar fallas en los circuitos, y finalmente, se

expone una conclusin con las ideas clave de los temas abordados en el presente documento y 3

ejercicios que demuestran la aplicacin de la Ley de Ohm para la determinacin de parmetros en los

circuitos elctricos.

La relacin entre corriente, voltaje y resistencia en los circuitos elctricos.

El Fsico alemn George Simon Ohm, atreves de la experimentacin, determino las relaciones

existentes y el comportamiento de las variables de diferencia de potencial (Voltaje), la oposicin del

flujo de electrones de los materiales (Resistencia) y el lujo de electrones en ellos (Corriente elctrica)

prevaleciente en un circuito elctrico, que si bien, en cierto momento se cuestiono y considero si serian

aplicables nicamente a condiciones de voltaje, resistencia e intensidad bajo condiciones normales, se

ha comprobado que la denominada Ley de Ohm permite la determinacin y explicacin de estos

fenmenos elctricos tanto a condiciones elevadas de estos tres factores, como a niveles atmicos, con

la salvedad de excluir a aquellos que utilizan materiales denominados no Ohmicos y condiciones

extremas del medio en que se encuentra el circuito elctrico, como pueden ser la temperatura y

humedad entre otras, que alteran las caractersticas conductivas de los materiales y que no son

tomadas en cuenta en esta ley, motivo por el cual, los clculos deben ser considerados en condiciones

ideales para su aplicacin.

La Ley de Ohm establece que el voltaje en un circuito elctrico, es directamente proporcional a la

intensidad del flujo de electrones y en consecuencia, el flujo de electrones es directamente proporcional

al voltaje, con lo que tenemos que si se aumenta el voltaje en un circuito elctrico, la intensidad

aumentara en la misma proporcin que este y viceversa; igualmente encontr que esta relacin entre

voltaje e intensidad se mantiene para la resistencia en el caso del voltaje y es inversa en el caso de la

intensidad, entonces si la resistencia se reduce en un circuito elctrico, la intensidad o corriente



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aumenta, derivndose la formula general que establece la Ley de Ohm (donde las unidades del voltaje

son el Volt = V, de la intensidad son el Amperio = A y el de la resistencia es el Ohm = ):

I = V /R V = I * R R = V / I

Entendiendo entonces que la intensidad del flujo de electrones que circulan atreves de los conductores

de un circuito elctrico cerrado es directamente proporcional a la presin elctrica o diferencia de

potencial que prevalece determinada por la fuente de ese voltaje y a su vez, es inversamente

proporcional a la resistencia que tienen los conductores del mismo al paso de los electrones por sus

elementos elctricos o electrnicos, es muy utilizada una tcnica para analizar las condiciones

prevalecientes en un circuito, que segn las preferencias personales, puede aplicarse indistintamente

de la forma algebraica, para identificar y calcular los tres parmetros involucrados; con lo que se

presenta una representacin grafica de la Ley de Ohm que puede ser muy til segn sea el caso, como

se muestra a continuacin (figura 1).

Figura 1,- representacin grafica de la ley de Ohm.

Analizando este modelo de la Ley de Ohm, podemos visualizar las relaciones entre I, V y R:

La I es igual al V entre la R.

El V es igual a la I por la R.

La R es igual a el V entre la I.

Cuando afirmamos que el voltaje o presin elctrica es directamente proporcional a la intensidad del

flujo de electrones en un circuito, estamos estableciendo una relacin lineal, en la cual, si la resistencia

de un circuito es constante en todo momento, la intensidad varia directamente en funcin del voltaje,

con lo que tenemos que si el voltaje se duplica, la intensidad igualmente se duplicara, si el voltaje se

triplica, la intensidad har lo propio y as sucesivamente (figura 2).

R = 2.5

V I

5 V 2 A

10 V 4 A

15 V 6 A

20 V 8 A

25 V 10 A

30 V 12 A

35 V 14 A

40 V 16 A

45 V 18 A

Figura 2.- relacin lineal entre voltaje y corriente en un circuito con r = 2.5

V

I R



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Y la relacin inversa entre la Intensidad y la Resistencia en un circuito cuando el voltaje es constante,

determina que cada vez que la Resistencia aumenta, la Intensidad de corriente disminuir (figura 3).

V = 5 V

R I

5 R

1.00 A

10 R

0.50 A

15 R

0.33 A

20 R

0.25 A

25 R

0.20 A

30 R

0.17 A

35 R

0.14 A

40 R

0.13 A

45 R

0.11 A

Figura 3.- relacin no lineal entre la Resistencia y la corriente en un circuito con V = 5 V

Calculo de corriente para un circuito elctrico.

En virtud del comportamiento directo e inverso entre la corriente y los valores del voltaje y resistencia

respectivamente, se han acuado prefijos para estos valores, con la finalidad de simplificar la

numeracin de los mismos, con lo que tenemos que:

Para valores de voltaje expresado en Volts (V) y valores de resistencia muy altos tales como miles o

millones, utilizamos Kilo (k) para los miles y Mega (M) para los millones de Ohms, lo que da como

resultado que la corriente resultante se expresara en unidades de miliamperes (mA) para el primer caso

y microamperes (uA) para el segundo (tabla 1).

Calculo de corriente.

Voltaje Unidad Resistencia Unidad Corriente Unidad

3 Volts (V) 5 Ohms 0.6 Amperes (A)

3 Volts (V) 5 Kilo Ohms (kOhms) 0.6 mili Amperes (mA)

3 Volts (V) 5 Mega Homs (MOhms) 0.6 micro Amperes (uA)

Tabla 1.- Ejemplos del uso de prefijos en el clculo de corriente.

Calculo de voltaje para un circuito elctrico.

Siguiendo esta misma dinmica, en el caso de valores de resistencia expresados en Ohms, kOhms y

MOhms, y valores de corriente expresados en Amperios (A), miliamperes (mA) y microamperes (uA), al

encontrarse la intensidad y la resistencia en una relacin directa con el voltaje, podemos observar el

comportamiento de las unidades en la siguiente tabla (tabla 2).



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Calculo de voltaje.

Corriente Unidad Resistencia Unidad Voltaje Unidad

0.6 Amperes (A) 5 Ohms 3 Volts (V)

0.6 mili Amperes (mA) 5 Ohms 3 mili Volts (mV)

0.6 micro Amperes (uA) 5 Ohms 3 micro Volts (uV)

0.6 mili Amperes (mA) 5 Kilo Ohms (kOhms) 3 Volts (V)

0.6 micro Amperes (uA) 5 Mega Homs (MOhms) 3 Volts (V)

Tabla 2 Ejemplos del uso de prefijos en el clculo de voltaje.

Calculo de resistencia para un circuito elctrico.

Al igual que para el clculo de corriente, en el caso de la resistencia en un circuito con valores de voltaje

expresado en Volts (V) y la corriente expresada en unidades de miliamperes (mA) y microamperes (uA)

podemos ver el comportamiento de las unidades resultantes en la siguiente tabla (tabla 3).

Calculo de resistencia.

Voltaje Unidad Corriente Unidad Resistencia Unidad

3 Volts (V) 0.6 Amperes (A) 5 Ohms

3 Volts (V) 0.6 mili Amperes (mA) 5 Kilo Ohms (kOhms)

3 Volts (V) 0.6 micro Amperes (uA) 5 Mega Homs (MOhms)

Tabla 3.- Ejemplos del uso de prefijos en el clculo de la resistencia.

La localizacin de fallas.

Histricamente, desde el desarrollo e implementacin de los circuitos elctricos a partir del siglo XVIII,

se ha recurrido a la experiencia para la localizacin y solucin de fallas en los circuitos elctricos, lo que

sin duda alguna, ha funcionado por mucho tiempo, pero ante la modernizacin tecnolgica y la

evolucin de la ciencia, se han desarrollado formulas, herramientas y procedimientos que le dan

certidumbre y consistencia al accin de recuperar y mantener el funcionamiento de los circuitos

elctricos.

Ley de Ohm considera su aplicacin en un ambiente controlado sin tomar en cuenta factores tales como

la temperatura y la humedad, que afectan el comportamiento de la resistencia y la corriente en los

componentes de los circuitos elctricos, estas tcnicas permiten que esta prctica se realice de manera

ms acertada y en un menor periodo de tiempo, y en cierta forma, refleja las competencias de los

ingenieros, al contar con un pensamiento tecnolgico ms capacitado que el que supone el de un

tcnico en la materia.

Un ingeniero es capaz de entender problemas complejos, considerar mas variables, usar herramientas

de las ciencias y la ingeniera, y experimentar para confirmar o rechazar sus hiptesis ante un problema

planteado.



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Para lograr lo anterior, analiza la problemtica, plantea varias soluciones, elige de manera mental la

solucin ms viable, argumenta sus razones, experimenta y llega a conclusiones para la resolucin del

problema.

El mtodo bsico para la localizacin de fallas, se basa en la tcnica del Anlisis, Planificacin y

Medicin (APM); al analizar se formula preguntas (ya funcionaba el circuito?, Si ya funcionaba, en

qu condiciones fall el circuito?, Cules son los sntomas de la falla?, etc.), en la planeacin elabora

una estrategia lgica para localizar la falla (teniendo previamente conocimiento amplio del

funcionamiento del circuito) y en la medicin, evala y reduce las posibles causas de la falla mediante

mediciones (tomando en cuenta sus conocimientos del circuito y checando con esto las lecturas

esperadas a encontrar en los elementos del circuito).

Otro punto a tomar en cuenta, es partir siempre de lo bsico a lo complejo, y de las fallas ms lgicas a

las ms improbables, una simple pregunta o revisin de algo tan simple como lo seria, est conectado

x dispositivo?, si bien pudiera parecer irrisorio y obvio, en algunas ocasiones ha demostrado ser una de

las principales causas de una falla.

A medida que se analizan circuitos y dispositivos ms complejos, se incrementa la necesidad de conocer y atender ms puntualmente lo intrincado de la naturaleza de las mediciones que habr que realizar para localizar una falla; contar con los conocimientos acerca de la naturaleza de los componentes que se analizan, y el correcto uso de los aparatos de demisin que se utilizan, son parte fundamental para la localizacin y futura solucin de fallas. El conocimiento que la medicin del voltaje se puede realizar conectando en paralelo al componente el aparato de medida mientras esta energizado, o que para medir la resistencia es necesario hacer la demisin con el componente retirado del circuito y que para determinar la corriente es necesario conectar el medidor en serie con el elemento a evaluar, son destrezas y habilidades necesarias para una correcta y eficaz localizacin de fallas.

Juicio crtico del caso.

La Ley de Ohm proporciona las bases necesarias para identificar las fallas relacionadas a los circuitos elctricos y electrnicos, adems de ser una herramienta indispensable en el diseo y anlisis de circuitos y forma parte fundamental de las competencias de un ingeniero.

Conclusin.

La Ley de Ohm determina las relaciones entre la corriente, el voltaje y la resistencia en los circuitos elctricos y electrnicos y sus unidades de medida son el Amperio (A), el Volt (V) y el Ohm () respectivamente, esta ley es aplicable a situaciones ideales y no toma en cuenta factores tales como la temperatura, la humedad o el ruido electroesttico externo, para lo cual, es necesario recurrir a otras tcnicas que involucren este tipo de factores, las relaciones que describe son la base para el diseo, desarrollo y mantenimiento de los circuitos elctricos, la localizacin de fallas es una tcnica con mtodos y teoras cientficas que se apoyan en la Ley de Ohm para llevar a cabo su cometido, es necesario aplicar una lgica y un juicio crtico sustentado tericamente para una correcta deteccin de fallas y tener las competencias y habilidades necesarias para poder analizar, planificar y hacer las mediciones correspondientes en el proceso de deteccin de fallas en los circuitos elctricos.



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Ejercicios.

22. El potencimetro conectado a un restato se utiliza para controlar la corriente suministrada a un elemento calentador. Cuando el restato se ajusta a un valor de 8 ohms o menos, el elemento calentador puede quemarse. Cul es el valor nominal del fusible requerido para proteger el circuito si el voltaje a travs del elemento calentador en el punto de corriente mxima es de 100 V, y el voltaje a travs del restato es la diferencia entre el voltaje del elemento calentador y el voltaje de la fuente? Derivado del planteamiento del problema, se tiene que el voltaje atreves del restato es de 20 volts y la resistencia en que se produce la falla es igual a 8 ohms, con lo cual podemos calcular la intensidad de corriente del circuito en el momento en que se registra la falla. Datos: V = 20 V R = 8 Incgnita: I = ?

Solucin: I = V / R I = 20 V / 8 I = 2.5 A Una vez obtenida la intensidad de corriente en que se presenta la falla, podemos calcular la resistencia del elemento calentador, ya que conocemos que su voltaje es igual a 100 volts y si intensidad, por tratarse de un circuito en serie, es igual a 2.5 amperios. Datos: V = 1000 V I = 2.5 A Incgnita: R = ?

Solucin: R = V / I R = 100 V / 2.5 A R = 40 Ahora conocemos todos los valores del circuito elctrico, y sabemos que al llegar a 2.5 A de corriente, el elemento calentador puede quemarse, por lo tanto, el valor nominal del fusible requerido para proteger al circuito de una falla, debe ser menor a 2.5 A Una vez determinado el resultado, se procedi a medir y experimentar los resultados utilizando un simulador de circuitos elctricos y electrnicos, que para este caso, se utilizo la herramienta Electronics



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educational modelling tool y se demostraron los resultados como se muestra en las ilustraciones siguientes.

a) Circuito en operacin mostrando que al incorporar un fusible con valor nominal de 2.5 A no protege el sistema de una falla ya que sigue en operacin.

b) Circuito en operacin con un fusible con valor nominal menor a 2.5 A (2.49 A) mostrando que el

circuito si se protege de no producir una posible falla en el elemento calentador segn se especifica en el planteamiento del problema.

c) Circuito con el reporte de proteccin por parte del fusible con valor nominal de 2.49 A que

demuestra la respuesta encontrada mediante los clculos.



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26. Asigne un valor de voltaje a cada una de las fuentes que aparecen en los circuitos de la figura para obtener las cantidades de corriente indicadas.

a) Datos: R = 27 k I = 3 mA

Incgnita: V = ?

Solucin: V = I x R V = 3 mA * 27 k V = 81 V

Demostracin atreves del simulador de circuitos elctricos que muestra el circuito abierto con el valor de la fuente de voltaje a 81 V y la medicin 3 mA de corriente en un ampermetro conectado en serie una vez cerrado el circuito por medio de un botn de pulso.



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b) Datos: R = 100 M I = 5 nA

Incgnita: V = ?

Solucin: V = I x R V = 5 nA * 100 M V = 500 V

Demostracin atreves del simulador de circuitos elctricos que muestra el circuito abierto con el valor de la fuente de voltaje a 500 V y la medicin 5 nA de corriente en un ampermetro conectado en serie una vez cerrado el circuito por medio de un botn de pulso.

c) Datos: R = 47 I = 2.5A

Incgnita: V = ?

Solucin: V = I x R V = 2.5 A * 47 V = 117.5 V

Demostracin atreves del simulador de circuitos elctricos que muestra el circuito abierto con el valor de la fuente de voltaje a 117.5 V y la medicin 2.5 A de corriente en un ampermetro conectado en serie una vez cerrado el circuito por medio de un botn de pulso.



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31. En el circuito de la figura (a), el filamento de una lmpara tiene cierta cantidad de resistencia, la cual est representada por una resistencia equivalente en la figura. Si la lmpara opera con 120 V y 0.8 A de corriente, cul es la resistencia de su filamento cuando est encendida?

Datos: V = 120 V I = 0.8 A

Incgnita: R = ?

Solucin: R = I / R V = 120 V / 0.8 A R = 150

Demostracin atreves del simulador de circuitos elctricos que muestra el circuito abierto con el valor de la resistencia a 150 y la medicin 0.8 A de corriente en un ampermetro conectado en serie una vez cerrado el circuito por medio de un botn de pulso.

Fuentes: UTEL, 2014, Lectura 2, Principios de circuitos elctricos. http://gc.initelabs.com/syllabus/cloud/visor.php?container=L1IS105_699_233_19971_0&object=Lectura_2_Principios_de_circuitos_electricos.pdf , recuperado el 13 de enero de 2014. Crocodile Clips Ltd. Yenka Electronics educational modelling tool, 2014. http://www.yenka.com/technology/ recuperado en enero el 18 de enero de 2014.

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