COMPROBACIN DE LAS LEYES DE KIRCHHOFF
FACULTAD DE INFORMATICA Y CIENCIAS APLICADAS
Materia:Fsica III
Seccin:02
Docente:Ing. Ulises Zelaya
Practica de Fsica # 4:
COMPROBACIN DE LAS LEYES DE KIRCHHOFF
Estudiantes:Carnet:Herrera Guillen, Jonathan
Edward22-4157-2013
Lunes, 04 de mayo del 2015
ndice
ndice2Introduccin3Objetivos3El circuito elctrico
elemental.4Nodo, rama y malla de un circuito elctrico4Fuerza
electromotriz5Corriente elctrica6Resistencia elctrica7Circuito de
mallas mltiples7Principio de la conservacin de la carga
elctrica8Principio de la conservacin de la energa9Las leyes de
kirchhoff10La primera Ley de Kirchhoff11Enunciado de la primera Ley
de Kirchhoff12Segunda Ley de
Kirchhoff12Conclusin13Bibliografa14
Introduccin
Un circuito elctrico es una serie de elementos o componentes
elctricos, tales como resistencias, inductancias, condensadores y
fuentes, o electrnicos, conectados elctricamente entre s con el
propsito de generar, transportar o modificar seales elctricas.En
este trabajo se da a conocer aspectos fundamentales sobre el
funcionamiento de un circuito, as como tambin conocimientos
elementales referentes a la continuidad elctrica y el voltaje.A
continuacin realizaremos una apreciacin ms completa con respecto al
tema de los circuitos elctricos y a la aplicacin de las Leyes de
Kirchhoff como medio de resolucin de dichos circuitos.
Objetivos
Estudiar los conceptos bsicos relacionados con los Circuitos
elctricos. Interpretar la aplicacin de las leyes de Kirchhoff en
asuntos ingenieriles. Identificar las formas en que se puede
presentar un circuito elctrico (arreglos).
El circuito elctrico elemental.
El circuito elctrico es el recorrido preestablecido por el que
se desplazan las cargas elctricas. Las cargas elctricas que
constituyen una corriente elctrica pasan de un punto que tiene
mayor potencial elctrico a otro que tiene un potencial inferior.
Para mantener permanentemente esa diferencia de potencial, llamada
tambin voltaje o tensin entre los extremos de un conductor, se
necesita un dispositivo llamado generador (pilas, bateras, dinamos,
alternadores...) que tome las cargas que llegan a un extremo y las
impulse hasta el otro. El flujo de cargas elctricas por un
conductor constituye una corriente elctrica.
Se denomina circuito elctrico a una serie de elementos o
componentes elctricos o electrnicos, tales como resistencias,
inductancias, condensadores, fuentes, y/o dispositivos electrnicos
semiconductores, conectados elctricamente entre s con el propsito
de generar, transportar o modificar seales electrnicas o
elctricas.
Nodo, rama y malla de un circuito elctrico
Nodo: Punto de un circuito donde concurren ms de dos
conductores. A, B, C, D, E son nodos. Ntese que C no es considerado
como un nuevo nodo, puesto que se puede considerar como un mismo
nodo en A, ya que entre ellos no existe diferencia de potencial o
tener tensin 0 (VA - VC = 0).
Rama: Conjunto de todas las ramas comprendidos entre dos nodos
consecutivos. En la figura 1 se hallan siete ramales: AB por la
fuente, BC por R1, AD, AE, BD, BE y DE. Obviamente, por un ramal
slo puede circular una corriente.
Malla: Cualquier camino cerrado en un circuito elctrico.
Diferencia de potencial.
La diferencia de potencial (ddp) es el impulso que necesita una
carga elctrica para que pueda fluir por el conductor de un circuito
elctrico, esta corriente cesar cuando ambos puntos igualen su
potencial elctrico.Si la energa (E) que el generador cede al
circuito durante su funcionamiento es directamente proporcional a
su dpp (V) y a la carga, q (C), que pone en movimiento.
Por lo tanto la d.d.p o diferencia de potencial es:
Su unidad en el S.I. es el voltio V:
Fuerza electromotriz
La fuerza electromotriz (FEM) es toda causa capaz de mantener
una diferencia de potencial entre dos puntos de un circuito abierto
o de producir una corriente elctrica en un circuito cerrado. Es una
caracterstica de cada generador elctrico.
Con carcter general puede explicarse por la existencia de un
campo electromotorcuya circulacin,, define la fuerza electromotriz
del generador.Se define como el trabajo que el generador realiza
para pasar por su interior la unidad decargapositiva del polo
negativo al positivo, dividido por el valor en Culombios de dicha
carga.
Esto se justifica en el hecho de que cuando circula esta unidad
de carga por el circuito exterior al generador, desde el polo
positivo al negativo, es necesario realizar untrabajoo consumo de
energa (mecnica, qumica, etctera) para transportarla por el
interior desde un punto de menor potencial (el polo negativo al
cual llega) a otro de mayor potencial (el polo positivo por el cual
sale).
La FEM se mide en voltios, al igual que el potencial elctrico.
Por lo que queda que:
No hay que confundir el concepto fem con el de diferencia de
potencial. La fem es la causa del movimiento de las cargas dentro
del propio generador, mientras que la diferencia de potencial es la
causa del movimiento de las cargas en el resto del circuito. Por
tanto, un generador o fuente de fem es un dispositivo que
transforma energa elctrica.Est se presenta manteniendo constante
una diferencia de potencial entre los bornes del generador. Esta
diferencia se denomina tensin, se simboliza por U.
Corriente elctrica
En un conductor metlico aislado como, por ejemplo, un trozo de
cobre, los electrones ms externos de cada tomo se mueven libremente
por el metal, es decir, no tienen una direccin privilegiada. Pero
si los extremos de ese trozo de cobre los conectamos a una pila
elctrica, aparece un campo elctrico en su interior y dichos
electrones se mueven en la direccin del campo en el sentido de
menor a mayor potencial.Los efectos de la corriente elctrica son:
Efecto calorfico, por el paso de corriente. ,, magntico, ,, ,, ,,
luminoso, por el paso de gases y semiconductores. ,, qumico, por el
paso de disoluciones conductoras. ,, fisiolgico, que afecta a
hombres y animales.
Resistencia elctrica
Resistencia elctrica es toda oposicin que encuentra la corriente
a su paso por un circuito elctrico cerrado, atenuando o frenando el
libre flujo de circulacin de las cargas elctricas o electrones.
Cualquier dispositivo o consumidor conectado a un circuito elctrico
representa en s una carga, resistencia u obstculo para la
circulacin de la corriente elctrica.
Normalmente los electrones tratan de circular por el circuito
elctrico de una forma ms o menos organizada, de acuerdo con la
resistencia que encuentren a su paso. Mientras menor sea esa
resistencia, mayor ser el orden existente en el micromundo de los
electrones; pero cuando la resistencia es elevada, comienzan a
chocar unos con otros y a liberar energa en forma de calor. Esa
situacin hace que siempre se eleve algo la temperatura del
conductor y que, adems, adquiera valores ms altos en el punto donde
los electrones encuentren una mayor resistencia a su paso.
Circuito de mallas mltiples
Cuando analizamos a tales circuitos es til considerar sus nodos
y ramas. En un circuito de mallas mltiples, el nodo es un punto del
circuito en el que se renen tres o ms segmentos de alambre. Una
rama es cualquier trayectoria del circuito que comienza en un nodo
y contina a lo largo del circuito hasta el siguiente nodo; esto es,
existen tres trayectorias que conectan a los nodos b y d: la rama
izquierda bad, la rama derecha bcd y la rama central bd.En
circuitos de una sola malla,, existe nicamente una corriente por
determinar.
Existen diversos mtodos para analizar circuitos; uno de los ms
sencillos, aunque laborioso, es el mtodo de las mallas que consiste
en estudiar cada una de las mallas que componen el circuito
considerando la influencia de otras mallas en las ramas comunes a
dos o ms mallas.
Antes de entrar en el proceso de clculo debemos distinguir entre
las corrientes de rama, que son las corrientes que atraviesan cada
una de las ramas, y las corrientes de malla, que son las corrientes
que recorren cada malla; su valor coincide con el de la corriente
de rama en las ramas no comunes a otras mallas y, en las ramas
comunes a otras mallas, su suma vectorial con el resto de las
corrientes de malla comunes da la corriente de la rama
estudiada.
Principio de la conservacin de la carga elctrica
Algunos datos histricos presentados en artculos anteriores,
muestran que de hecho, realizar experiencias para demostrar la
existencia de cargas elctricas y fuerzas elctricas es bastante
simple.
Enunciaremos aqu a modo de resumen la conclusin a la cual arrib
Franklin, la cual es:La carga elctrica es una propiedad fsica de la
materiaTanto cuanto la masa, la carga elctrica es una propiedad
intrnseca de la materia. Y las observaciones experimentales
permitieron el descubrimiento de importantes propiedades que la
carga elctrica posee (en comn con la masa).
Las cargas elctricas crean y estn sujetas a fuerzas elctricas,
lo cual fcilmente se observa en los experimentos de electrizacin.
Las cargas elctricas no pueden ser creadas ni destruidas.En relacin
a las afirmaciones anteriores, cuando un cuerpo es electrizado por
friccin, por ejemplo, el estado de electrizacin final se debe a la
transferencia de cargas de un objeto hacia el otro, no existiendo
creacin de cargas en el proceso.
Por tanto si uno de los objetos cede una carga negativa al otro,
quedar cargado positivamente, con la misma cantidad de carga cedida
al otro. Esta observacin es coherente con la observacin de que la
materia es neutra, esto es, sin exceso de cargas, conteniendo el
mismo nmero de cargas positivas (ncleo atmico) y negativas
(electrones).
Estableceremos entonces el principio de conservacin de la carga
elctricaComo ejemplo podemos citar al llamado proceso de
aniquilacin entre un electrn, carga -e y su antipartcula, el
positrn, con carga +e. Cuando se aproximan, estas dos partculas
pueden desaparecer originando un par de rayos , partculas sin masa
y sin carga pero con altas energas.
Observemos que la carga total antes y luego del proceso es nula,
por lo tanto conservndose.
Otro ejemplo interesante sucede en las estrellas y es conocido
como fusin. En ese caso, dos ncleos de deuterio (hidrgeno pesado
2H), compuesto por 1p y 1n se funden con dos posibilidades finales
a saber:
En la primera el resultado es un ncleo de tritio 3H, que posee
1p y 2n. En la segunda, resulta el istopo del Helio 3He que posee
2p y 1n. En las dos posibilidades la suma final de cargas es +2e,
idntica a la situacin inicial.
Principio de la conservacin de la energa
El Principio de conservacin de la energa indica que la energa no
se crea ni se destruye; slo se transforma de unas formas en otras.
En estas transformaciones, la energa total permanece constante; es
decir, la energa total es la misma antes y despus de cada
transformacin.
Por ejemplo:Estando en la mxima altura en reposo una pelota solo
posee energa potencial gravitatoria. Su energa cintica es igual a 0
J.
Una vez que comienza a rodar su velocidad aumenta por lo que su
energa cintica aumenta pero, pierde altura por lo que su energa
potencial gravitatoria disminuye. Finalmente al llegar a la base de
la pendiente su velocidad es mxima por lo que su energa cintica es
mxima pero, se encuentra a una altura igual a 0 m por lo que su
energa potencial gravitatoria es igual a 0 J.
En el caso de la energa mecnica se puede concluir que, en
ausencia de rozamientos y sin intervencin de ningn trabajo externo,
la suma de las energas cintica y potencial permanece constante.
Este fenmeno se conoce con el nombre de Principio de conservacin de
la energa mecnica.
Las leyes de kirchhoff
Las leyes (o Lemas) de Kirchhoff fueron formuladas por Gustav
Kirchhoff en 1845, mientras an era estudiante. Son muy utilizadas
en ingeniera elctrica para obtener los valores de la corriente y el
potencial en cada punto de un circuito elctrico. Surgen de la
aplicacin de la ley de conservacin de la energa. Estas leyes nos
permiten resolver los circuitos utilizando el conjunto de
ecuaciones al que ellos responden.
La primera Ley de Kirchhoff
En un circuito elctrico, es comn que se generen nodos de
corriente. Un nodo es el punto del circuito donde se unen ms de un
terminal de un componente elctrico. Si lo desea pronuncie nodo y
piense en nudo porque esa es precisamente la realidad: dos o ms
componentes se unen anudados entre s (en realidad soldados entre
s). En la figura 1 se puede observar el ms bsico de los circuitos
de CC (corriente continua) que contiene dos nodos.
Observe que se trata de dos resistores de 1Kohms (R1 y R2)
conectados sobre una misma batera B1. La batera B1 conserva su
tensin fija a pesar de la carga impuesta por los dos resistores;
esto significa cada resistor tiene aplicada una tensin de 9V sobre
l. La ley de Ohm indica que cuando a un resistor de 1 Kohms se le
aplica una tensin de 9V por el circula una corriente de 9 mAI = V/R
= 9/1.000 = 0,009 A = 9 mA
Por lo tanto podemos asegurar que cada resistor va a tomar una
corriente de 9mA de la batera o que entre ambos van a tomar 18 mA
de la batera. Tambin podramos decir que desde la batera sale un
conductor por el que circulan 18 mA que al llegar al nodo 1 se
bifurca en una corriente de 9 mA que circula por cada resistor, de
modo que en el nodo 2 se vuelven a unir para retornar a la batera
con un valor de 18 mA.
Enunciado de la primera Ley de Kirchhoff
La corriente entrante a un nodo es igual a la suma de las
corrientes salientes. Del mismo modo se puede generalizar la primer
ley de Kirchhoff diciendo que la suma de las corrientes entrantes a
un nodo son iguales a la suma de las corrientes salientes.
Segunda Ley de Kirchhoff
Cuando un circuito posee ms de una batera y varios resistores de
carga ya no resulta tan claro como se establecen las corrientes por
el mismo. En ese caso es de aplicacin la segunda ley de Kirchhoff,
que nos permite resolver el circuito con una gran claridad.
En un circuito cerrado, la suma de las tensiones de batera que
se encuentran al recorrerlo siempre ser igual a la suma de las
cadas de tensin existente sobre los resistores.
Conclusin
A travs de la presente investigacin, hemos podido interpretar el
concepto que se encierra en los circuitos elctricos, as como las
formas en que se pueden presentar los arreglos y los elementos
involucrados en ellas, como nodos, mallas, y ramas.
Podemos comprender que los problemas ingenieriles relaciones a
la rama de la electricidad son muy complejos, pero al aplicar las
leyes de Kirchhoff, estos problemas se pueden solucionar de una
forma ms factible.
Finalmente, se entiende que para poder manejar estas leyes de
una forma adecuada, es recomendable la prctica al resolver
problemas asociados con circuitos elctricos.
Bibliografa
http://www.quimicaweb.net/grupo_trabajo_fyq3/tema8/index8.htm
http://www.monografias.com/trabajos82/circuito-electrico/circuito-electrico.shtml#ixzz3Z2gqX0ii
http://es.wikipedia.org/wiki/Circuito
http://recursostic.educacion.es/secundaria/edad/3esofisicaquimica/3quincena11/3q11_contenidos_5c1.htm
http://www.parro.com.ar/definicion-de-diferencia+de+potencial
http://es.wikipedia.org/wiki/Fuerza_electromotriz
http://html.rincondelvago.com/fuerza-electromotriz.html
http://www.asifunciona.com/electrotecnia/ke_resistencia/ke_resistencia_1.htm
http://michoacanas.blogspot.com/2011/06/circuito-de-mallas-multiples.html
http://quimica.laguia2000.com/conceptos-basicos/transferencia-electronica-principio-de-conservacion-de-carga-electrica
http://newton.cnice.mec.es/materiales_didacticos/energia/conservacion.htm
http://contenidosdigitales.ulp.edu.ar/exe/fisica/principio_de_conservacin_de_la_energa.html
http://electronicacompleta.com/lecciones/leyes-de-kirchhoff/2
