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Tema 10: Ley de Ohm — criterios, objetivos y saberes previos

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Respuesta rápida

Ley de Ohm: $I = V/R$ .

Los electrodomésticos exigen cables según su corriente $I = P/V$ : mayor sección ⇒ menor resistencia ⇒ menor calentamiento de Joule y riesgo de incendio.
Situaciones cotidianas: encender luces, proteger cables, corriente residual de cargadores, rayos y calefactores.

fisica ⭐ Dificultad 1/5 ⏱ 4 min lectura

Solución — Página 135

Fisica 2° · 2024

Ejercicio 1

Página de apertura del Tema 10: Ley de Ohm

Esta página no contiene ejercicios de cálculo: es la presentación del tema. Incluye los criterios de evaluación, los objetivos y una sección de "Saberes previos" con dos preguntas de activación que sí se responden de forma orientativa.

Contenido de la página

TEMA 10: Ley de Ohm

La imagen de cabecera muestra tres ideas: (1) una corriente eléctrica produce un campo magnético a su alrededor (regla de la mano derecha); (2) una corriente que atraviesa un campo magnético experimenta una fuerza; (3) en un conductor, la relación entre voltaje $V$ , intensidad $I$ y resistencia $R$ se resume en la Ley de Ohm:

$I = \frac{V}{R}$

CRITERIOS DE EVALUACIÓN

CE.CN.F.5.11. Demostrar mediante la experimentación el voltaje, la intensidad de corriente eléctrica, la resistencia (considerando su origen atómico-molecular) y la potencia (comprendiendo el calentamiento de Joule), en circuitos sencillos alimentados por baterías o fuentes de corriente continua (considerando su resistencia interna).

OBJETIVOS

OG.CN.10. Apreciar la importancia de la formación científica, los valores y actitudes propios del pensamiento científico, y adoptar una actitud crítica y fundamentada ante los grandes problemas que hoy plantean las relaciones entre ciencia y sociedad.

Ejercicio 1

¿Por qué los electrodomésticos necesitan un cableado específico?

Respuesta orientativa:

Cada electrodoméstico absorbe una corriente $I$ distinta según su potencia $P$ y el voltaje de la red (en Ecuador, $V = 110 \, \text{V}$ ): de $P = V \cdot I$ se obtiene $I = \frac{P}{V}$ .
Un horno eléctrico de $2200 \, \text{W}$ consume $I = \frac{2200 \, \text{W}}{110 \, \text{V}} = 20 \, \text{A}$ , mientras que una lámpara de $60 \, \text{W}$ solo $I = \frac{60 \, \text{W}}{110 \, \text{V}} \approx 0{,}55 \, \text{A}$ .
El cable tiene resistencia $R_{cable} = \rho \cdot \frac{L}{A}$ , donde $ho$ es la resistividad del cobre, $L$ su longitud y $A$ el área de la sección. Al circular la corriente se disipa potencia $P_{cable} = I^{2} \cdot R_{cable}$ (efecto Joule), que se convierte en calor.
Por eso, mayor sección $A$ ⇒ menor $R_{cable}$ ⇒ menor calentamiento. Un cable inadecuadamente fino se sobrecalienta, degrada el aislante y puede provocar un incendio; además, un calentamiento elevado altera las condiciones del aislamiento y excede las normas de seguridad (por ejemplo, la Norma Técnica Ecuatoriana INEN para instalaciones eléctricas).

Respuesta

porque cada aparato demanda una corriente distinta y el cable debe tener la sección suficiente para mantener baja su resistencia y evitar el sobrecalentamiento (calentamiento de Joule) y el riesgo de incendio.

Ejercicio 2

Situaciones diarias donde intervienen el flujo de corriente y la resistencia

Respuesta orientativa:

Encender un artefacto eléctrico: al cerrar el interruptor, el voltaje de la red ( $110 \, \text{V}$ ) impulsa la corriente $I = \frac{V}{R_{total}}$ a través del circuito, donde $R_{total}$ incluye la resistencia interna de la fuente y la de los conductores.
Bajarse las luces del hogar o del aula: se reduce la intensidad de corriente porque la resistencia efectiva del circuito aumenta, según la Ley de Ohm $I = \frac{V}{R}$ .
Desconectar un cargador de celular sin usar: aunque parezca inerte, el transformador mantiene una resistencia muy alta y una corriente mínima de fuga; por eso se recomienda desenchufarlo (energía consumida por el efecto Joule y por la resistencia interna).
Un relámpago durante una tormenta: la resistencia del aire se vence y descarga corriente enorme entre la nube y el suelo, generando calor e iluminación intensa (el rayo es un ejemplo extremo de corriente superando la resistencia dieléctrica).
El calentador de agua eléctrico: la resistencia interna del calentador transforma la energía eléctrica en calor según $P = I^{2} \cdot R$ .

Idea central del tema

La Ley de Ohm, $I = \frac{V}{R}$ , describe cómo el voltaje $V$ aplicado a un conductor determina la corriente $I$ que lo atraviesa, siendo $R$ la resistencia que se opone al paso de esa corriente. Esta relación será la base para calcular voltaje, corriente, resistencia y potencia en los circuitos sencillos de corriente continua del Tema 10.

Respuesta

el encendido de luces y artefactos, la protección contra sobrecalentamiento de los cables, el consumo residual de cargadores enchufados, el rayo durante tormentas y el calentamiento de resistencias en calefactores.

Contenido de la página

TEMA 10: Ley de Ohm

Criterios de evaluación

CE.CN.F.5.11. Demostrar mediante la experimentación el voltaje, la intensidad de corriente eléctrica, la resistencia (considerando su origen atómico-molecular) y la potencia (comprendiendo el calentamiento de Joule), en circuitos sencillos alimentados por baterías o fuentes de corriente continua (considerando su resistencia interna).

Objetivos

OG.CN.10. Apreciar la importancia de la formación científica, los valores y actitudes propios del pensamiento científico, y adoptar una actitud crítica y fundamentada ante los grandes problemas que hoy plantean las relaciones entre ciencia y sociedad.

Saberes previos

¿Alguna vez te has preguntado por qué los electrodomésticos necesitan un cableado específico?
¿Puedes pensar en situaciones diarias donde el flujo de corriente eléctrica y la resistencia estén involucrados?

Imagen de cabecera

Tres ideas ilustradas:

Una corriente eléctrica que circula por un conductor genera un campo magnético circular a su alrededor ("Corriente como fuente de campo magnético").
Una corriente que atraviesa un campo magnético entre los polos de un imán experimenta una fuerza perpendicular ("Fuerza sobre una corriente en un campo magnético").
En un conductor con resistencia $R$ sometido a un voltaje $V$ , la corriente resultante obedece la Ley de Ohm: $I = \frac{V}{R}$ .

Fuente de la imagen: https://h9.cl/t2jiq

Texto de Física — 2.º de Bachillerato, página 134.

Ejemplos resueltos

Un horno eléctrico de $2200 \, \text{W}$ opera a $110 \, \text{V}$ . ¿Qué corriente consume y por qué debe tener un cable de gran sección?

Despejar la corriente de la fórmula de potencia: $I = \frac{P}{V}$ .
Sustituir: $I = \frac{2200 \, \text{W}}{110 \, \text{V}} = 20 \, \text{A}$ .
El cable de instalación tiene resistencia $R_{cable} = \rho \cdot \frac{L}{A}$ . Una mayor sección $A$ reduce $R_{cable}$ .
La potencia disipada en el cable es $P_{cable} = I^{2} \cdot R_{cable} = (20)^{2} \cdot R_{cable} = 400 \, R_{cable}$ : al ser $I$ grande, el calentamiento sería muy intenso si $R_{cable}$ no fuera suficientemente baja.
Respuesta: $I = 20 \, \text{A}$ ; el cable debe tener sección amplia para que su resistencia sea baja y no se sobrecaliente.

Tabla

Magnitud	Símbolo	Unidad SI	Definición breve
Voltaje	$V$	voltio (V)	Diferencia de potencial entre dos puntos
Intensidad de corriente	$I$	amperio (A)	Carga que pasa por sección por unidad de tiempo
Resistencia	$R$	ohmio ( $\Omega$ )	Oposición al paso de la corriente
Potencia	$P$	vatio (W)	Energía transformada por unidad de tiempo

Diagrama

flowchart LR
  V[Voltaje V (voltios)] --> I[Intensidad I (amperios)]
  R[Resistencia R (ohmios)] --> I
  I --> P[Potencia P (vatios)]
  I -- efecto Joule --> Q[Calor disipado I^2·R]

Fórmulas y ecuaciones

Ley de Ohm: $I = \frac{V}{R}$

Potencia eléctrica: $P = V \cdot I$

Efecto Joule: $P = I^{2} \cdot R$

I = $\frac{V}{R}$

V = I $\cdot$ R

R = $\frac{V}{I}$

P = V $\cdot$ I

P = $I^{2}$ $\cdot$ R

R = $\rho$ $\cdot$ $\frac{L}{A}$

Glosario (7)

Ley de Ohm: Relación que establece que la corriente $I$ que circula por un conductor es directamente proporcional al voltaje $V$ aplicado e inversamente proporcional a su resistencia $R$: $I = \frac{V}{R}$.
Voltaje: Diferencia de potencial eléctrico entre dos puntos, expresada en voltios (V); es la "presión" que impulsa la corriente.
Intensidad de corriente: Cantidad de carga eléctrica que pasa por una sección del conductor por unidad de tiempo, medida en amperios (A).
Resistencia eléctrica: Oposición que presenta un conductor al paso de la corriente, en ohmios ($\Omega$); surge del choque de los electrones con los iones de la red cristalina.
Potencia eléctrica: Ritmo al que se transforma energía eléctrica en otras formas, $P = V \cdot I$, medida en vatios (W).
Calentamiento de Joule: Disipación de energía en forma de calor cuando la corriente atraviesa una resistencia: $P = I^{2} \cdot R$.
Resistencia interna: Resistencia equivalente que posee cualquier fuente (batería, generador) y que reduce el voltaje útil entregado al circuito.

Preguntas para practicar

¿Alguna vez te has preguntado por qué los electrodomésticos necesitan un cableado específico?

Cada aparato demanda una corriente distinta según su potencia: de $P = V \cdot I$ se obtiene $I = \frac{P}{V}$. Un horno de $2200 \, \text{W}$ a $110 \, \text{V}$ consume $20 \, \text{A}$, mientras que una lámpara de $60 \, \text{W}$ consume apenas $0{,}55 \, \text{A}$. El cable tiene una resistencia $R = \rho \cdot \frac{L}{A}$; si su sección $A$ es pequeña, $R$ crece y se disipa potencia $P = I^{2} \cdot R$ como calor (efecto Joule), lo que puede fundir el aislante y provocar un incendio. Por eso la sección del conductor debe calcularse según la corriente máxima prevista, según las normas eléctricas.

¿Puedes pensar en situaciones diarias donde el flujo de corriente eléctrica y la resistencia estén involucrados?

Al encender una lámpara, el voltaje de la red impulsa la corriente $I = \frac{V}{R_{total}}$ a través del circuito. Cambiar una bombilla por otra de mayor resistencia reduce la corriente y el brillo. Un cargador de celular enchufado pero sin usar mantiene una corriente de fuga mínima por su resistencia interna; por eso conviene desenchufarlo. En un calefector, la resistencia interna transforma la energía eléctrica en calor ($P = I^{2} \cdot R$). Durante una tormenta, el rayo es la descarga de corriente que supera la enorme resistencia del aire.

Temas y conceptos clave

Ley de OhmVoltaje, intensidad de corriente, resistencia y potencia en circuitos de corriente continuaCalentamiento de JouleResistencia interna de las fuentes de corriente continuaPensamiento científico y actitud crítica en ciencia y sociedadLey de Ohm: $I = \frac{V}{R}$Voltaje (diferencia de potencial) en voltiosIntensidad de corriente eléctrica en amperiosResistencia eléctrica en ohmios y su origen atómico-molecularPotencia eléctrica en vatiosEfecto o calentamiento de JouleResistencia interna de una fuenteSección del conductor y riesgo de sobrecalentamiento

Fuentes y referencias

https://h9.cl/t2jiq (fuente de la imagen de cabecera)

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Figuras de la página (2)

Ilustración con tres partes: (izquierda) una mano que sostiene un conductor con corriente $I$ y líneas de campo magnético circular $B$ a su alrededor, con la etiqueta 'Corriente como fuente de campo magnético'; (centro) un conductor recto entre los polos N y S de un imán, con la fuerza $F$ perpendicular indicada, y el rótulo 'Fuerza sobre una corriente en un campo magnético'; (derecha) el símbolo de un resistor $R$ con el voltaje $V$ y la corriente $I$ señalados, junto a la expresión $I = \frac{V}{R}$ bajo el título 'Corriente en ley de Ohm'. — Figura 1 image

Ilustración de dos manos sosteniendo una bombilla encendida, símbolo de ideas o preguntas de activación. — Figura 2 image

Preguntas que la gente también hace

¿Qué establece la Ley de Ohm y cómo se expresa matemáticamente?

Consulta la solución completa arriba o explora el libro entero para temas relacionados.

¿Por qué los electrodomésticos de mayor potencia necesitan cables de mayor sección?

Consulta la solución completa arriba o explora el libro entero para temas relacionados.

¿Qué es la resistencia interna de una fuente de corriente continua y cómo afecta el circuito?

Consulta la solución completa arriba o explora el libro entero para temas relacionados.

📌 Antes de leer esto

• Concepto de voltaje (diferencia de potencial eléctrico) en voltios
• Concepto de corriente eléctrica y su unidad el amperio
• Notión de resistencia y de resistividad de un material
• Relación potencia-energía: $P = V \cdot I$
• Ley de Ohm $I = \frac{V}{R}$ y sus despejes $V = I \cdot R$ y $R = \frac{V}{I}$
• Efecto Joule: $P = I^{2} \cdot R$

Siguiente tema sugerido

Desarrollo del Tema 10: unidades y definición operativa de voltaje, corriente, resistencia y potencia, con el origen atómico-molecular de la resistencia y el experimento de Ohm.

📝 Transcripción de la página (texto seleccionable) 1048 caracteres

TEMA 10:

Ley de Ohm

Corriente en Fuerza sobre una corrie nte en un ley de Ohm campo magnético R

. o Corriente como fuente de campo magnétic o.

Fuente: httpsi//n9.clt2jiq

CRITERIOS DE EVALUACIÓN

OBJETIVOS

OG.CN.10. Apreciar la importancia de la formación científica, los valores y actitudes propios del pensamiento científico, y, adoptar una actitud crítica y fundamentada ante los grandes problemas que hoy plantean las relaciones entre ciencia y sociedad.

Saberes previos ¿Alguna vez te has preguntado por qué los electrodomésticos necesitan un cableado específico? ¿Puedes pensar en situaciones diarias donde el flujo de corriente eléctrica y la resistencia estén involucrados?

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