Física 1B: Circuitos y ley de Ohm

Corriente — carga en movimiento

Una corriente eléctrica es la rapidez con la que la carga fluye a través de un punto de un circuito. Formalmente:

I = ΔQ / Δt

Donde I es la corriente en amperios (A), ΔQ es la carga que pasó en culombios (C) y Δt es el intervalo de tiempo en segundos. Un amperio equivale a un culombio por segundo — una corriente considerable. Una bombilla incandescente típica consume unos 0,5 A; un cargador de portátil puede consumir 2 A.

Un convenio importante: la corriente convencional se define como el flujo de carga positiva (de + a − a través del circuito externo). En los cables metálicos reales, quienes se mueven físicamente son los electrones (con carga negativa) — desde − hacia +. Todos los resultados de este curso salen bien con cualquiera de los dos convenios, pero el CBE y todos los diagramas que verás usan la corriente convencional. Cuando un problema dice "la corriente fluye en este sentido", se refiere a la dirección de la corriente positiva.

Voltaje — el impulsor

El voltaje, también llamado diferencia de potencial, es la "presión" eléctrica que impulsa a la corriente a través de un circuito. Mide la energía por unidad de carga:

V = Energía / Carga         unidad: voltio (V) = julio/culombio (J/C)

Una batería de 9 voltios realiza 9 julios de trabajo sobre cada culombio de carga que pasa por ella. Un enchufe de pared a 120 voltios realiza 120 julios de trabajo por cada culombio. El alto voltaje es la razón por la que las líneas de transmisión pueden transportar la misma potencia a lo largo de grandes distancias con menor corriente (y menores pérdidas resistivas).

Piensa en un circuito como un sistema de tuberías: el voltaje es la diferencia de presión entre dos puntos, la corriente es el caudal de agua y la resistencia es una sección estrecha que se opone al flujo. Comprender esta analogía te mantendrá orientado en todos los problemas de circuitos.

Resistencia y ley de Ohm

La resistencia mide cuánto se opone un componente al paso de la corriente cuando se le aplica un voltaje. La unidad es el ohmio (Ω, omega mayúscula). Un cable típico de un experimento de laboratorio puede tener una resistencia despreciable; una resistencia diseñada deliberadamente para controlar la corriente puede ir desde unos pocos ohmios hasta millones de ohmios.

Para muchos conductores — los que cumplen la ley de Ohm — el voltaje, la corriente y la resistencia están relacionados de forma sencilla:

V = I · R

O en formas reordenadas: I = V/R, R = V/I. La ley de Ohm es una relación lineal: al duplicar el voltaje a través de una resistencia, se duplica la corriente que la atraviesa. Muchos componentes reales (los semiconductores, los filamentos de las bombillas antiguas) NO cumplen la ley de Ohm de forma exacta, pero todos los problemas que verás en el CBE de Física 1B suponen un comportamiento óhmico.

Potencia en los circuitos

La potencia disipada por un elemento de un circuito — la rapidez con la que convierte energía eléctrica en calor, luz o trabajo — es:

P = I · V

Unidad: vatio (W) = julio/segundo. Con la ley de Ohm puedes reescribir esta expresión en tres formas útiles:

• P = IV — úsala cuando conozcas la corriente y el voltaje.
• P = I²R — úsala cuando conozcas la corriente y la resistencia. (Sustituye V = IR en IV.)
• P = V²/R — úsala cuando conozcas el voltaje y la resistencia. (Sustituye I = V/R.)

Las tres dan el mismo resultado para el mismo problema. Elige la forma que utilice las dos magnitudes de las que realmente dispones.

Resistencias en serie

En un circuito en serie, las resistencias están conectadas una detrás de otra, de modo que la misma corriente pasa por todas. La corriente solo tiene un camino posible.

Datos clave para los circuitos en serie:

• Resistencia total: R_total = R₁ + R₂ + R₃ + … (basta con sumarlas)
• La corriente es la misma en todas las resistencias: I₁ = I₂ = I₃ = I.
• Los voltajes se suman: V_total = V₁ + V₂ + V₃, y cada V_n = I·R_n. Las resistencias mayores "caen" más voltaje.

Consecuencia práctica: añadir más resistencias en serie reduce la corriente del circuito (mayor resistencia total). Las luces navideñas antiguas cableadas en serie se apagan por completo cuando una bombilla se funde — porque una bombilla fundida crea una resistencia infinita y rompe el único camino disponible.

Resistencias en paralelo

En un circuito en paralelo, las resistencias se conectan entre los mismos dos puntos, de modo que se les aplica el mismo voltaje. La corriente dispone de varios caminos entre los que repartirse.

Datos clave para los circuitos en paralelo:

• Resistencia total: 1/R_total = 1/R₁ + 1/R₂ + 1/R₃ + … La resistencia total siempre es MENOR que la más pequeña de las resistencias individuales.
• El voltaje es el mismo en todas las ramas: V₁ = V₂ = V₃ = V.
• Las corrientes se suman: I_total = I₁ + I₂ + I₃, y cada I_n = V/R_n. Las resistencias más pequeñas conducen más corriente.

Consecuencia práctica: al añadir más ramas en paralelo DISMINUYE la resistencia total y, por tanto, la corriente total aumenta. Si una bombilla de una lámpara cableada en paralelo se funde, las demás siguen funcionando — porque cada una tiene su propio camino.

Dónde pierden puntos los estudiantes

• Aplicar las reglas de la serie a los circuitos en paralelo. La resistencia total en paralelo NO es la suma. Utiliza la fórmula de los recíprocos.
• Suponer que la corriente es la misma en todas partes. En serie lo es. En paralelo se reparte. Identifica siempre primero qué configuración tienes delante.
• Olvidar las unidades. Voltios, amperios, ohmios, vatios — cada una tiene un significado y una unidad concretos. No las confundas.
• Mezclar P = IV, P = I²R, P = V²/R. Son equivalentes, pero utilizan variables distintas. Elige la forma que se corresponda con los datos que tienes.

Ejemplo resuelto — tres resistencias, configuración mixta

Dos resistencias de 6 Ω cada una se conectan en paralelo. Esa combinación se conecta en serie con una tercera resistencia de 4 Ω. Una batería de 10 V alimenta el circuito. Halla la resistencia total, la corriente que suministra la batería y la potencia disipada por la resistencia de 4 Ω.

Paso 1 — Combinación en paralelo: 1/R_p = 1/6 + 1/6 = 2/6, así que R_p = 3 Ω.

Paso 2 — Total: R_p en serie con 4 Ω = 3 + 4 = 7 Ω.

Paso 3 — Corriente de la batería: I = V/R_total = 10/7 ≈ 1,43 A.

Paso 4 — Potencia en la resistencia de 4 Ω: P = I²R = (1,43)² × 4 ≈ 8,16 W.

Comprueba lo aprendido

1. Define en una sola frase corriente, voltaje y resistencia.
2. Enuncia la ley de Ohm y reescríbela en sus tres formas algebraicas.
3. Escribe las tres fórmulas equivalentes de la potencia eléctrica.
4. Escribe las fórmulas de resistencia total para los circuitos en serie y en paralelo.
5. Explica por qué la resistencia total en paralelo siempre es menor que cualquier resistencia individual del grupo.
6. Una batería de 12 V se conecta a una resistencia de 6 Ω. Halla la corriente y la potencia disipada.

(Respuesta al n.º 6: I = 12/6 = 2 A. P = IV = 2 × 12 = 24 W. También P = I²R = 4 × 6 = 24 W o P = V²/R = 144/6 = 24 W — los tres coinciden.)

Practica con preguntas de estilo CBE

El análisis de circuitos es un tema central en el CBE de Física del semestre B y aparece en casi todos los filtros del banco de práctica. Trabaja el banco de práctica filtrado por Circuitos y ley de Ohm — cada pregunta incluye una solución paso a paso.

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