ESTÁNDAR
Entorno físico (Procesos físicos)
- Explico las fuerzas entre objetos como interacciones debidas a la carga eléctrica y a la masa.
Ciencia, tecnología y sociedad:
- Utilizo modelos biológicos, físicos y químicos para explicar la transformación y conservación de la energía.
- Identifico aplicaciones de diferentes modelos biológicos, químicos y físicos en procesos industriales y en el desarrollo tecnológico; analizo críticamente las implicaciones de sus usos.
COMPONENTE
- Entorno físico (Procesos físicos)
- Ciencia, tecnología y sociedad
INDICADOR DE DESEMPEÑO
De Conocimiento:
- Conozco los elementos involucrados en un circuito eléctrico para optimizarlo.
De Desempeño:
- Resuelvo problemas que incluyan circuitos en paralelo, en serie y mixtos.
METODOLOGÍA/ SECUENCIA DIDÁCTICA
- Unidad didáctica
- Electricidad, conductores, aislantes, corriente, voltaje, resistencia, componentes, nodo, malla, rama, fuente. Ley de Ohm, Ley de Kirchhoff.
- Propósito
- Resolver problemas sobre leyes de Kirchhoff.
- Desarrollo cognitivo instruccional
La terminología de los circuitos
Rama: Las ramas son las conexiones entre los nodos. Una rama es un elemento (resistor, capacitor, fuente, etc.). El número de ramas en un circuito es igual al número de elementos.
Circuito cerrado: Un circuito cerrado es cualquier trayectoria cerrada que pasa a través de los elementos del circuito. Para dibujar un circuito cerrado, selecciona cualquier nodo como punto de inicio y dibuja una trayectoria a través de los elementos y nodos hasta llegar de regreso al nodo en donde empezaste. Hay una única regla: un circuito cerrado solo puede visitar (pasar) una sola vez cada nodo. Está bien si los circuitos cerrados contienen otros circuitos cerrados. Aquí se muestran algunos circuitos cerrados en nuestro circuito. (También puedes encontrar otros. Si conté bien, hay seis).
Malla: Una malla es un circuito cerrado que no tiene otros circuitos cerrados dentro de ella. Puedes pensar sobre esto como una malla para cada "ventana abierta" de un circuito.
Nodo de referencia: Durante el análisis de un circuito, solemos escoger uno de los nodos en el circuito para que sea el nodo de referencia. El voltaje en los otros nodos se mide en relación al nodo de referencia. Cualquier nodo puede ser el de referencia, pero dos opciones comunes que simplifican el análisis de circuitos son:
- la terminal negativa de la fuente de voltaje o de corriente que alimenta al circuito, o
- el nodo conectado al mayor número de ramas.
Las leyes de Kirchhoff
Las leyes de Kirchhoff describen el comportamiento de la corriente en un nodo y del voltaje alrededor de una malla. Estas dos leyes son las bases del análisis de circuitos avanzados.
Las leyes de Kirchhoff del voltaje y la corriente están en el corazón del análisis de circuitos. Con estas dos leyes, más las ecuaciones para cada componente individual (resistor, capacitor, inductor), tenemos el conjunto de herramientas básicas que necesitamos para comenzar a analizar circuitos.
Las leyes de Kirchhoff junto con la ley de Ohm son las tres leyes básicas para el análisis de circuitos en electricidad y electrónica, con ellas se puede entender el comportamiento de los tres parámetros más utilizados en estas áreas que son la resistencia, el voltaje y la corriente.
Para el caso de las leyes de Kirchhoff estas fueron dos leyes planteadas por el físico Gustav Kirchhof en las cuales describe el comportamiento del voltaje y la corriente en los circuitos eléctricos.
Ley de corrientes de Kirchhoff (LCK)
La ley de corrientes de Kirchhoff o también llamada primera ley de Kirchhoff y denotada por la sigla “LCK” describe cómo se comportan las corrientes presentes en un nodo de un circuito eléctrico.
Esta ley dice lo siguiente:
“En cualquier nodo, la suma de las corrientes que entran en ese nodo es igual a la suma de las corrientes que salen. De forma equivalente, la suma algebraica de todas las corrientes que pasan por el nodo es igual a cero.”
Por lo tanto, si tenemos el siguiente nodo:
En el nodo anterior están presentes cuatro corrientes, de las cuales solamente una de ellas ingresa al nodo (I1), las otras tres (I2, I3, I4) salen del nodo, por lo tanto, siguiendo el planteamiento de la ley de corrientes de Kirchhoff que dice que la suma de las corrientes que salen debe ser igual a la suma de las corrientes que entran al nodo, se tendría lo siguiente:
I1 = I2 + I3 + I4
O lo que es igual:
I1 - I2 - I3 - I4 = 0
Ley de voltajes de Kirchhoff (LVK)
La ley de voltajes de Kirchhoff o también llamada segunda ley de Kirchhoff y denotada por su sigla “LVK” describe cómo se comporta el voltaje en un lazo cerrado o malla, por lo tanto, con esta ley es posible determinar las caídas de voltaje de cada elemento que compone a la malla que se esté analizando.
Esta ley dice lo siguiente:
“En un lazo cerrado, la suma de todas las caídas de tensión es igual a la tensión total administrada. De forma equivalente, la suma algebraica de las diferencias de potencial eléctrico en un lazo es igual a cero.”
Por lo tanto, si tenemos el siguiente circuito:
La fuente de voltaje (Vf) va a estar suministrando una tensión de 12 V y en cada una de las resistencias (R1, R2, R3 y R4) se va a presentar una caída de tensión que va a ser el valor de voltaje de esas resistencias y la suma de dichas caídas de tensión debe ser igual al valor entregado por la fuente:
Vf = VR1 + VR2 + VR3 + VR4
Donde:
VR1, VR2, VR3 y VR4 son las caídas de tensión en cada una de las resistencias.
O lo que es igual:
Vf - VR1 - VR2 - VR3 - VR4 = 0
Observe el siguiente video que resume las leyes de Kirchhoff: https://www.youtube.com/watch?v=Ni37_i656RI
- Desarrollo Metodológico
Ejemplo.
Calcular la corriente por la rama 3, sabiendo que I1 = 4 A e I2 = 3 A. Recuerde que por la ley de nodos:
I1 = entrante, entonces es positiva
I2 = saliente, entonces es negativa
Actividad:
- A través de las leyes de Kirchhoff se obtiene:
- Intensidad de Corriente
- Diferencia de Potencial
- A y B son correctas
- No aplica
- En cualquier nodo, la suma de las corrientes que entran en ese nodo es igual a la suma de las corrientes que salen. De forma equivalente, la suma de todas las corrientes que pasan por el nodo es igual a cero
- Ley de tensiones
- Ley de conservación
- Ley de corrientes
- Ley de watt
- En un lazo cerrado, la suma de todas las caídas de tensión es igual a la tensión total suministrada. De forma equivalente, la suma algebraica de las diferencias de potencial eléctrico en un lazo es igual a cero.
- Ley de ohm
- Ley de conservación
- Ley de corrientes
- Ley de tensiones
- Son dos igualdades que se basan en la conservación de la energía y la carga en los circuitos eléctricos.
- Ley de ohm
- Ley de Kirchhoff
- Ley de watt
- Ley de la conservación
- En cada afirmación determinar si es falsa o verdadera.
- La ley de corrientes de Kirchhoff o también llamada primera ley de Kirchhoff y denotada por la sigla “LCK” describe cómo se comportan las resistencias de un circuito eléctrico. ( )
- La ley de corrientes de Kirchhoff establece “En un lazo cerrado, la suma de todas las caídas de tensión es igual a la tensión total administrada. De forma equivalente, la suma algebraica de las diferencias de potencial eléctrico en un lazo es igual a cero.” ( )
- Calcular la corriente por la rama 3, sabiendo que I1 = 6 A e I2 = 4 A.
Recuerde que por la ley de nodos: I1 +I2 + I3 = 0
- Hallar la corriente en I3.
