Circuitos eléctricos: la ley de Ohm

Este cuestionario de Física de 2º de Bachillerato cierra el bloque de electricidad con el estudio de los circuitos de corriente continua: ley de Ohm, asociación de resistencias, ley de Joule y el comportamiento de generadores reales, contenidos habituales en la PAU (Selectividad) junto con la electrostática.

Se parte de la ley de Ohm, V = I·R, aplicada a conductores óhmicos (resistencia constante e independiente de la corriente), y se trabajan las dos asociaciones fundamentales de resistencias: en serie, donde la resistencia equivalente es la suma de las individuales y la intensidad es común a todas ellas; y en paralelo, donde el voltaje es común y la resistencia equivalente resultante es siempre menor que la menor de las resistencias del conjunto —un resultado que sorprende a quienes esperan una media aritmética.

Se introduce la ecuación del generador real, V = ε - I·r, que distingue la fuerza electromotriz (fem) ideal de la diferencia de potencial realmente disponible en los bornes, reducida por la caída de tensión en la resistencia interna r. Se resuelve un problema completo: un generador de 12 V y 2 Ω de resistencia interna conectado a una carga externa de 4 Ω, calculando primero la intensidad del circuito (2 A) y después la tensión en bornes (8 V).

La ley de Joule, Q = I²Rt, se aplica tanto en sentido directo (cálculo del calor disipado) como inverso (despejar la resistencia a partir del calor, la corriente y el tiempo medidos), y se conecta con la potencia eléctrica mediante las tres expresiones equivalentes P = VI = I²R = V²/R, ejemplificadas con el cálculo de la resistencia de una bombilla de 60 W a 220 V (≈806,7 Ω).

Se estudia la ley de Pouillet, R = ρL/A, que relaciona la resistencia de un conductor con su resistividad, longitud y sección, y el efecto de la temperatura sobre la resistividad de los metales (aumenta con la temperatura, al contrario que en los semiconductores). Finalmente se analiza el caso límite del cortocircuito, donde una resistencia externa nula produce una intensidad teóricamente infinita.

Las 12 preguntas combinan problemas numéricos completos (divisor de tensión, generador real, ley de Joule, ley de Pouillet) con preguntas conceptuales sobre la naturaleza escalar de las magnitudes eléctricas fundamentales. Las 12 flashcards recogen todas las fórmulas del bloque, incluidas las leyes de Kirchhoff, para el repaso final.

• Aplicar la ley de Ohm y calcular resistencias equivalentes en asociaciones serie y paralelo
• Resolver circuitos con generadores reales distinguiendo fuerza electromotriz de tensión en bornes
• Aplicar la ley de Joule para calcular el calor disipado o despejar la resistencia, la corriente o el tiempo
• Relacionar potencia, tensión, intensidad y resistencia mediante las tres expresiones equivalentes de la potencia eléctrica
• Aplicar la ley de Pouillet para determinar cómo influyen la resistividad, la longitud y la sección en la resistencia de un conductor

"Un generador tiene una fuerza electromotriz (fem) de 12 V y una resistencia interna de 2 Ω. Conectado a una carga externa de 4 Ω, la intensidad total es I = ε/(R_ext+r) = 12/6 = 2 A, y la diferencia de potencial en bornes es V = ε - I·r = 12 - 4 = 8 V. Una bombilla de 60 W a 220 V tiene una resistencia R = V²/P ≈ 806,7 Ω."