Leyes de Kirchhoff para corriente y voltaje

En 1845, el f√≠sico alem√°n Gustav Kirchhoff describi√≥ por primera vez dos leyes que se convirtieron en fundamentales para la ingenier√≠a el√©ctrica. La ley de la corriente de Kirchhoff, tambi√©n conocida como la ley de la uni√≥n de Kirchhoff y la primera ley de Kirchhoff, definen la forma en que se distribuye la corriente el√©ctrica cuando atraviesa una uni√≥n, un punto donde se encuentran tres o m√°s conductores. Dicho de otra manera, las leyes de Kirchhoff establecen que la suma de todas las corrientes que salen de un nodo en una red el√©ctrica siempre es igual a cero.

Estas leyes son extremadamente √ļtiles en la vida real porque describen la relaci√≥n de los valores de las corrientes que fluyen a trav√©s de un punto de uni√≥n y los voltajes en un circuito el√©ctrico. Describen c√≥mo fluye la corriente el√©ctrica en todos los miles de millones de aparatos y dispositivos el√©ctricos, as√≠ como en hogares y negocios, que se utilizan continuamente en la Tierra.

Leyes de Kirchhoff: lo b√°sico

Específicamente, las leyes establecen: La suma algebraica de la corriente en cualquier unión es cero.

Dado que la corriente es el flujo de electrones a través de un conductor, no puede acumularse en una unión, lo que significa que la corriente se conserva: lo que entra debe salir. Imagine un ejemplo bien conocido de un empalme: una caja de empalmes. Estas cajas se instalan en la mayoría de las casas. Son las cajas que contienen el cableado por el que debe circular toda la electricidad del hogar.

Al realizar cálculos, la corriente que entra y sale de la unión suele tener signos opuestos. También puede establecer la ley actual de Kirchhoff de la siguiente manera: La suma de la corriente en una unión es igual a la suma de la corriente fuera de la unión.

Puede desglosar a√ļn m√°s las dos leyes de manera m√°s espec√≠fica.

Ley actual de Kirchhoff

En la imagen, se muestra una unión de cuatro conductores (cables). Las corrientes v 2 y v 3 fluyen hacia la unión, mientras que v 1 y v 4 fluyen fuera de ella. En este ejemplo, la regla de unión de Kirchhoff produce la siguiente ecuación:

2 + 3 = 1 + 4

Ley de voltaje de Kirchhoff

La ley de voltaje de Kirchhoff describe la distribuci√≥n de voltaje el√©ctrico dentro de un bucle, o camino conductor cerrado, de un circuito el√©ctrico. La ley de voltaje de Kirchhoff establece que:La suma algebraica de las diferencias de voltaje (potencial) en cualquier bucle debe ser igual a cero.

Las diferencias de voltaje incluyen aquellas asociadas con campos electromagn√©ticos (EMF) y elementos resistivos, como resistencias, fuentes de energ√≠a (bater√≠as, por ejemplo) o dispositivos (l√°mparas, televisores y licuadoras) conectados al circuito. Imag√≠nese esto como el voltaje que sube y baja a medida que avanza alrededor de cualquiera de los bucles individuales del circuito.

La ley del voltaje de Kirchhoff surge porque el campo electrostático dentro de un circuito eléctrico es un campo de fuerza conservador. El voltaje representa la energía eléctrica en el sistema, así que considérelo como un caso específico de conservación de energía. 

A medida que recorre un bucle, cuando llega al punto de partida tiene el mismo potencial que tenía cuando comenzó, por lo que cualquier aumento y disminución a lo largo del bucle debe cancelarse para un cambio total de cero. Si no lo hicieran, entonces el potencial en el punto de inicio / finalización tendría dos valores diferentes.

Signos positivos y negativos en la ley de voltaje de Kirchhoff

El uso de la regla de voltaje requiere algunas convenciones de signos, que no son necesariamente tan claras como las de la regla de corriente. Elija una dirección (en el sentido de las agujas del reloj o en el sentido contrario a las agujas del reloj) para seguir el bucle. Cuando se viaja de positivo a negativo (+ a -) en un EMF (fuente de alimentación), el voltaje cae, por lo que el valor es negativo. Al pasar de negativo a positivo (- a +), el voltaje sube, por lo que el valor es positivo.

Recuerde que cuando viaje alrededor del circuito para aplicar la Ley de Voltaje de Kirchhoff, aseg√ļrese de ir siempre en la misma direcci√≥n (en sentido horario o antihorario) para determinar si un elemento dado representa un aumento o disminuci√≥n en el voltaje. Si comienza a saltar, movi√©ndose en diferentes direcciones, su ecuaci√≥n ser√° incorrecta.

Al cruzar una resistencia, el cambio de voltaje está determinado por la fórmula:I * R

donde I es el valor de la corriente y R es la resistencia de la resistencia. Cruzar en la misma direcci√≥n que la corriente significa que el voltaje baja, por lo que su valor es negativo. Al cruzar una resistencia en la direcci√≥n opuesta a la corriente, el valor del voltaje es positivo, por lo que aumenta.

Aplicación de la ley de voltaje de Kirchhoff

Las aplicaciones m√°s b√°sicas de las leyes de Kirchhoff se relacionan con los circuitos el√©ctricos. Tal vez recuerde de la f√≠sica de la escuela secundaria que la electricidad en un circuito debe fluir en una direcci√≥n continua. Si apaga un interruptor de luz, por ejemplo, est√° interrumpiendo el circuito y, por lo tanto, apagando la luz. Una vez que acciona el interruptor de nuevo, vuelve a activar el circuito y las luces se vuelven a encender.

O piense en colocar luces en su casa o árbol de Navidad. Si solo una bombilla se apaga, toda la cadena de luces se apaga. Esto se debe a que la electricidad, detenida por la luz rota, no tiene adónde ir. Es lo mismo que apagar el interruptor de la luz y romper el circuito. 

El otro aspecto de esto con respecto a las leyes de Kirchhoff es que la suma de toda la electricidad que entra y sale de una unión debe ser cero. La electricidad que entra en la unión (y fluye alrededor del circuito) debe ser igual a cero porque la electricidad que entra también debe salir.

Por lo tanto, la pr√≥xima vez que est√© trabajando en su caja de conexiones u observando a un electricista que lo hace, encendiendo luces navide√Īas el√©ctricas o encendiendo o apagando su televisor o computadora, recuerde que Kirchhoff describi√≥ por primera vez c√≥mo funciona todo, marcando as√≠ el comienzo de la era de electricidad.

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