Tensión, intensidad, resistencia y Ley de Ohm

Doña Marta enciende la plancha, la licuadora y el abanico a la vez, y de pronto se va la luz en media casa. «Se quemó algo», dice. No se quemó nada: el interruptor automático del tablero se disparó porque entre los tres aparatos pedían más corriente de la que ese circuito puede dar. Para entender por qué pasó, y poder calcularlo antes de que pase, necesitas cuatro magnitudes y una ley que las une.

Las cuatro magnitudes#

Magnitud	Símbolo	Unidad	Instrumento
Tensión	V	voltio (V)	voltímetro
Intensidad	I	amperio (A)	amperímetro
Resistencia	R	ohmio (Ω)	óhmetro
Potencia	P	vatio (W)	vatímetro (o se calcula)

Piensa en una tubería con agua. La tensión es como la presión que empuja el agua: es la «fuerza» que mueve las cargas eléctricas. La intensidad es el caudal: cuántas cargas pasan por segundo. La resistencia es lo angosto o lleno de obstáculos que está el tubo: mientras más resistencia, menos corriente pasa. La potencia es el trabajo por segundo que hace la electricidad, de ella depende cuánta energía gasta cada aparato y, al final, cuánto sale en el recibo.

En las casas de Costa Rica la tensión normal de los tomacorrientes es de 120 voltios, con una frecuencia de 60 hertz. Hay circuitos de 240 V para aparatos grandes, como algunas cocinas o termoduchas, pero los tomas comunes son de 120.

La Ley de Ohm#

Esta única relación sirve para calcular cualquiera de las tres si conoces las otras dos. Si tapas la letra que buscas en el triángulo V sobre I y R, lo que queda te dice la operación: V arriba, I y R abajo.

Ejemplo. Una resistencia de 30 Ω se conecta a 120 V. ¿Qué corriente circula? Solución. I = V ÷ R = 120 ÷ 30 = 4 A.

Ejemplo. Por un aparato de 20 Ω pasan 3 A. ¿Qué tensión tiene? Solución. V = I × R = 3 × 20 = 60 V.

Un error típico es usar milivoltios o kiloohmios sin convertir. Antes de multiplicar o dividir, pasa todo a voltios, amperios y ohmios.

Potencia eléctrica#

La potencia se mide en vatios (W). Un vatio es un voltio multiplicado por un amperio. Las otras dos formas salen de combinar P = V × I con la Ley de Ohm.

Ejemplo. La plancha de doña Marta dice 1 200 W y se conecta a 120 V. ¿Cuánta corriente toma y cuál es su resistencia? Solución. I = P ÷ V = 1 200 ÷ 120 = 10 A. R = V ÷ I = 120 ÷ 10 = 12 Ω.

Ahora entiendes el apagón del inicio. Si el circuito está protegido con un interruptor de 20 A, el máximo es 120 V × 20 A = 2 400 W. Plancha (1 200 W) más licuadora (600 W) más abanico (100 W) suman 1 900 W, que parecen caber. Pero si el circuito es de 15 A (1 800 W), ya está pasado, y el breaker corta. El cálculo se hace antes de enchufar.

Ley de Joule: la electricidad se convierte en calor#

Cuando la corriente atraviesa una resistencia, parte de la energía se transforma en calor. Es lo que aprovechan la plancha, la tostadora y la resistencia de la termoducha. También es lo que calienta, de forma peligrosa, un cable demasiado delgado para la corriente que lleva.

Ejemplo. La resistencia de una termoducha de 24 Ω se conecta a 120 V durante 10 minutos. ¿Cuánto calor produce? Solución. I = 120 ÷ 24 = 5 A. t = 10 × 60 = 600 s. Q = 5² × 24 × 600 = 25 × 24 × 600 = 360 000 J, o sea 360 kJ.

Circuitos: simple, en serie y en paralelo#

Circuito simple#

Tiene una fuente, un conductor y una sola carga, por ejemplo una bombilla conectada a 120 V. Aquí basta con aplicar Ohm y la potencia directamente.

Circuito en serie#

Las cargas se conectan una detrás de otra. Por todas pasa la misma corriente, la tensión se reparte entre ellas y las resistencias se suman: R total = R1 + R2 + R3. Si una se corta, se interrumpe todo el circuito, como esas series de luces de Navidad donde un foco malo apaga la hilera.

Ejemplo. Tres resistencias de 10 Ω, 20 Ω y 30 Ω van en serie a 120 V. Solución. R total = 60 Ω. I = 120 ÷ 60 = 2 A (la misma en las tres). Las tensiones: 2 × 10 = 20 V, 2 × 20 = 40 V y 2 × 30 = 60 V, que suman 120 V.

Circuito en paralelo#

Las cargas se conectan cada una directo a la fuente. Todas reciben la misma tensión, la corriente total se reparte y la resistencia total es menor que la más pequeña de ellas: 1 ÷ R total = 1 ÷ R1 + 1 ÷ R2 + …. Si una se desconecta, las demás siguen funcionando. Así está conectada tu casa: cada toma recibe 120 V, y apagar la luz de la sala no apaga el refrigerador.

Ejemplo. Dos resistencias de 60 Ω y 30 Ω van en paralelo a 120 V. Solución. 1 ÷ R = 1/60 + 1/30 = 1/60 + 2/60 = 3/60, así que R total = 20 Ω. Corrientes: 120 ÷ 60 = 2 A y 120 ÷ 30 = 4 A. Total: 6 A, que coincide con 120 ÷ 20 = 6 A.

	Serie	Paralelo
Corriente	Igual en todas	Se reparte
Tensión	Se reparte	Igual en todas
Resistencia total	Suma de las resistencias	Menor que la más pequeña
Si una falla	Se apaga todo	Las otras siguen

Cómo se mide cada magnitud#

• Tensión: el voltímetro (o multímetro en voltios) se conecta en paralelo con el elemento que quieres medir.
• Intensidad: el amperímetro se conecta en serie, abriendo el circuito para que la corriente pase por el aparato. Hay pinzas amperimétricas que miden rodeando el cable sin cortarlo.
• Resistencia: el óhmetro se usa con el circuito sin energía y con el elemento desconectado.

Conectar un amperímetro en paralelo, como si fuera un voltímetro, hace un cortocircuito y puede quemar el instrumento. Es el accidente más común de quien empieza con un multímetro.

Errores frecuentes#

• Confundir voltio (tensión) con amperio (corriente).
• Sumar resistencias en paralelo como si fueran en serie.
• Olvidar pasar los minutos a segundos en la Ley de Joule.
• Usar la fórmula de potencia con valores de la placa del aparato que no corresponden a la tensión de tu toma.

Ponte a prueba#

Una resistencia de 15 Ω se conecta a una tensión de 120 V. Calcula la corriente y la potencia.#

Una licuadora de 600 W funciona a 120 V. ¿Qué corriente consume?#

Tres resistencias de 5 Ω, 10 Ω y 15 Ω se conectan en serie a 60 V. ¿Cuánto vale la corriente y la caída de tensión en la de 10 Ω?#

Dos resistencias iguales de 40 Ω se conectan en paralelo a 120 V. ¿Cuál es la resistencia total y la corriente total?#

Una resistencia de 10 Ω está conectada a 120 V durante 2 minutos. ¿Cuánta energía en calor se produce?#

Fuentes#

• Ministerio de Educación Pública — Programa de estudio de Artes Industriales, III ciclo (MEP, Costa Rica) (PDF)