Guía didáctica del módulo

Ley de Ohm: Guía didáctica para el docente

Guía para el uso didáctico del simulador Ohm's Law para explicar en clase la relación entre tensión, corriente y resistencia, el cálculo de la potencia disipada, las configuraciones en serie y en paralelo y la protección contra sobrecargas. Pensada para docentes de centros técnicos de secundaria, especialidades electrotécnica y electrónica.

Módulo: Ohm's Law & Power Management · Tres modos: Single · Series · Parallel

Fenómeno físico

La ley de Ohm describe la relación lineal entre tensión ( $V$ , en voltios), corriente ( $I$ , en amperios) y resistencia ( $R$ , en ohmios) en un conductor óhmico:

$V = R \cdot I$

En un material óhmico, la corriente que atraviesa el componente es directamente proporcional a la tensión aplicada en sus extremos, a temperatura constante. La constante de proporcionalidad es la resistencia, que depende del material, de la geometría del conductor y de la temperatura.

El módulo extiende el concepto a las dos conexiones fundamentales:

Serie: la misma corriente atraviesa todas las resistencias; las tensiones se suman. La resistencia equivalente es $R_{e q} = R_{1} + R_{2} + \dots$
Paralelo: la misma tensión se aplica a todas las resistencias; las corrientes se suman. La resistencia equivalente es $\frac{1}{R _{e q}} = \frac{1}{R _{1}} + \frac{1}{R _{2}} + \dots$

Conceptos clave

Tensión ( $V$ ): diferencia de potencial, el "empuje" que pone en movimiento las cargas.
Corriente ( $I$ ): flujo ordenado de cargas eléctricas por unidad de tiempo.
Resistencia ( $R$ ): oposición al paso de la corriente.
Proporcionalidad directa V↔I a R fija, inversa I↔R a V fija.
Divisor de tensión (serie), la tensión se reparte entre las resistencias en proporción a su valor.
Divisor de corriente (paralelo), la corriente se reparte de forma inversamente proporcional a la resistencia de cada rama.
Potencia disipada: $P = V \cdot I = R \cdot I^{2} = V^{2} / R$ .

Cómo usarlo en el aula

Apertura: modo Single. Fijar R y variar V con el deslizador: los alumnos observan que I crece de manera lineal. Luego fijar V y variar R: I disminuye al aumentar R. Hacer verbalizar la relación antes de escribir la fórmula en la pizarra.

Desarrollo: modo Series. Mostrar dos resistencias en serie con valores diferentes (p. ej. 100 Ω y 300 Ω). Pregunta guía: "¿Sobre cuál resistencia cae más tensión? ¿Por qué?" Que los alumnos calculen mentalmente la tensión esperada en cada rama antes de leerla en el simulador. Introducir el concepto de divisor.

Profundización: modo Parallel. Mismo esquema didáctico pero con resistencias en paralelo. Pregunta guía: "¿Por qué rama pasa más corriente?" Mostrar que la R equivalente es menor que la más pequeña de las dos, el punto contraintuitivo a fijar bien.

Ejercicio final. Asignar valores numéricos y pedir a los alumnos que predigan V, I y P antes de verificarlos en el simulador. El error de predicción es el momento didácticamente más rico.

Ejemplos reales

Resistencias limitadoras para LEDs. Cálculo de la resistencia en serie con un LED alimentado por una pila, aplicación directa de la ley de Ohm.
Instalación doméstica. Las tomas de una habitación están en paralelo a la tensión de red (230 V): cada electrodoméstico recibe la misma tensión y absorbe la corriente que necesita.
Fusibles y secciones de cable. La sección del cable determina su resistencia y por tanto la corriente máxima que puede soportar sin sobrecalentarse ( $P = R I^{2}$ ).
Divisores de tensión en sensores. Termistores, fotorresistencias y potenciómetros se usan en serie con una resistencia fija para obtener una tensión proporcional a la magnitud medida.
Cadenas fotovoltaicas. Los paneles se conectan en serie para aumentar la tensión, en paralelo para aumentar la corriente.

Preguntas guía para la clase

Si duplico la tensión manteniendo R constante, ¿qué pasa con la corriente? ¿Y con la potencia disipada?
En un circuito serie con dos resistencias, ¿es posible que la tensión sobre una resistencia supere la del generador? ¿Por qué?
En un circuito paralelo, ¿por qué la resistencia equivalente es siempre menor que la más pequeña?
Dos resistencias iguales en paralelo: ¿cuál es la R equivalente? ¿Y en serie?
Un cable se calienta: ¿qué me dice esto sobre su resistencia y sobre la corriente que lo atraviesa?

Módulos relacionados

Capacitor Charge & Discharge: el condensador introduce la dimensión temporal ausente del circuito óhmico puro, con un transitorio exponencial gobernado por $τ = R C$ .
AC Behaviour (R, L, C): la extensión de la ley de Ohm al régimen sinusoidal, donde la resistencia se convierte en impedancia y aparece el desfase entre tensión y corriente.