Ley de Ohm, potencia eléctrica y energía
Conecte voltaje, corriente, resistencia, potencia y energía; convertir unidades; y verifique sus resultados con ejemplos de circuitos de CC.
Escrito y revisado técnicamente porEquipo de ingeniería de ElectroDesignForge
Ver el proceso editorialPunto clave: en un circuito de CC resistivo, la ley de Ohm conecta el voltaje V, la corriente I y la resistencia R. Potencia P es la tasa de transferencia de energía; la energía E también depende del tiempo.
Referencia rápida
| Cantidad | Símbolo | unidad SI | Significado |
|---|---|---|---|
| Voltaje | V | voltios (V) | Diferencia potencial entre dos puntos. |
| Actual | I | amperio (A) | Tasa de flujo de carga eléctrica |
| Resistencia | R | ohmios (Ω) | Oposición al flujo de corriente |
| Fuerza | P | vatio (W) | Energía transferida o convertida por segundo |
| Energía | E | julio (J) | Energía total transferida o consumida |
Las ecuaciones siguientes suponen una carga CC resistiva o valores RMS en CA. Las cargas reactivas, los convertidores de modo conmutado y las señales no sinusoidales requieren una consideración adicional del factor de potencia y la forma de onda.
Ley de Ohm: relaciones V, I y R
V = I × R
I = V / R
R = V / I
| Valores conocidos | Calcular | Ecuación |
|---|---|---|
| corriente y resistencia | Voltaje | V = I × R |
| voltaje y resistencia | corriente | I = V / R |
| voltaje y corriente | resistencia | R = V / I |
Con una resistencia fija, un voltaje más alto produce más corriente. A un voltaje fijo, una resistencia más alta limita la corriente.
Potencia eléctrica: relaciones P, V, I y R
La potencia describe la rapidez con la que una carga recibe o disipa energía.
P = V × I
P = I² × R
P = V² / R
| Valores conocidos | Fuerza |
|---|---|
| voltaje y corriente | P = V × I |
| corriente y resistencia | P = I² × R |
| voltaje y resistencia | P = V² / R |
Al seleccionar una resistencia, compare su potencia nominal con la disipación calculada. Un margen inicial práctico común es al menos ×2, luego verifique la curva de reducción de temperatura del fabricante.
Energía eléctrica: P, E y tiempo
La potencia por sí sola no indica cuánta energía se utilizó; debe multiplicarse por la duración.
E = P × t
P = E / t
t = E / P
En unidades SI, 1 W = 1 J/s, por lo tanto E (J) = P (W) × t (s).
Para baterías y uso de electricidad, los vatios-hora son más convenientes:
E (Wh) = P (W) × t (h)
1 Wh = 3,600 J
1 kWh = 1,000 Wh = 3.6 MJ
Conversiones útiles
| Prefijo | Símbolo | Factor | Ejemplo |
|---|---|---|---|
| micro | µ | 10⁻⁶ | 250 µA = 0.000250 A |
| mili | m | 10⁻³ | 470 mW = 0.470 W |
| kilo | k | 10³ | 4.7 kΩ = 4,700 Ω |
| mega | M | 10⁶ | 2 MΩ = 2,000,000 Ω |
| Conversión | Resultado |
|---|---|
| 12 V × 2 A | 24W |
| 24W durante 30min | 12 Wh |
| 12 Wh | 43.200J |
| 2,5 A durante 4 h | 10 Ah |
Los amperios-hora (Ah) cuantifican la carga. Para comparar baterías con diferentes voltajes, compare vatios-hora: Wh ≈ nominal V × Ah.
Ejemplos resueltos
1. Una resistencia suministrada desde 12 V
Una resistencia de 120 Ω se suministra desde 12 V.
I = V / R = 12 / 120 = 0.1 A = 100 mA
P = V × I = 12 × 0.1 = 1.2 W
La resistencia disipa 1,2 W. Una resistencia de 1 W no es adecuada; elija una clasificación más alta, como 3 W en condiciones térmicas normales, después de verificar su curva de reducción.
2. LED con resistencia en serie
Un LED tiene un voltaje directo de 2 V y necesita 20 mA de un suministro de 5 V.
V_R = 5 − 2 = 3 V
R = V_R / I = 3 / 0.02 = 150 Ω
P_R = V_R × I = 3 × 0.02 = 0.06 W = 60 mW
Una resistencia de 150 Ω, 0,125 W cumple con el requisito de alimentación; una pieza de 0,25 W deja más margen. Siempre verifique la tolerancia del suministro y el rango de voltaje directo del LED.
3. Energía utilizada por los equipos
El equipo consume 18 W durante 8 h.
E = P × t = 18 × 8 = 144 Wh = 0.144 kWh
Es la energía facturable o suministrada por batería antes de pérdidas del convertidor y margen de autonomía.
Método de verificación
- Trabajar en unidades básicas: V, A, Ω, W, so h.
- Elija dos cantidades independientes para la ley de Ohm; sigue el tercero.
- Calcula la potencia de cada componente que puede calentarse.
- Multiplica la potencia por el tiempo para encontrar energía.
- Verifique la cordura de la magnitud y aplique los límites de voltaje, corriente y temperatura de cada componente.
Límites y seguridad
- La ley de Ohm por sí sola no modela diodos, transistores, lámparas de incandescencia o convertidores: su resistencia efectiva puede cambiar con el voltaje, la corriente o la temperatura.
P = V × Ise aplica a CC. En CA, la potencia activa también depende del factor de potencia:P = V_RMS × I_RMS × cos φpara una onda sinusoidal.- Una potencia calculada baja no hace que un circuito sea seguro. La tensión de red o una batería capaz de suministrar alta corriente requieren protección y procedimientos adecuados.
Herramienta asociada
Abra la calculadora de la ley de Ohm para resolver V, I, R y P a partir de dos valores, con una recomendación de potencia de resistencia y clasificación de fusible.
Fuentes
- IEC 80000-6 — Cantidades y unidades: electromagnetismo.
- BIPM — El Sistema Internacional de Unidades (Folleto SI).
- IEC 60364-1 — Instalaciones eléctricas de baja tensión: principios fundamentales y seguridad.