Las leyes de Kirchhoff son postulados o igualdades que ayudan en la resolución de circuitos eléctricos. Principalmente, cuando se tiene una cantidad considerable de elementos en serie o en paralelo en un circuito, nos ayudarán en su solución.
Con su adecuada aplicación, podremos encontrar las variables básicas de cualquier circuito. Es decir, nos ayudan en encontrar valores de voltaje y corriente, principalmente. Cabe señalar que para el análisis de circuitos basados en dispositivos como diodos, transistores, amplificadores operacionales, entre otros, es esencial el manejo adecuado de estas leyes.
El alemán Gustav Robert Kirchoff (1824 – 1887), fue un físico que hizo varias aportaciones a la ciencia. Cabe resaltar que, entre otras aportaciones, resaltan las que hizo a la espectroscopía, teoría de placas y por supuesto, análisis de circuitos.
En esta última área generó dos leyes que no son mas que una forma distinta de enunciar y analizar la ley de la conservación de la energía. Es decir, sus postulados se basan en considerar que la energía que se aplica a un sistema o circuito se debe conservar en cada uno de los elementos que lo componen. Y que no se puede perder o eliminar, simplemente sufre cambios o transformaciones.
La Ley de Ohm
Aunque, como su nombre lo indica, no fue postulada por Kirchhoff si no por otro alemán, Georg Simon Ohm, es fundamental para el análisis de circuitos. No se puede hablar de la leyes de Kirchhoff sin recordar y explicar la ley de Ohm.
Esta ley indica que la diferencia de potencial o voltaje (V), en los extremos de un conductor es directamente proporcional a la corriente eléctrica (I), que circula a través de él. Asimismo, ese voltaje, es directamente proporcional a la resistencia eléctrica (R) de dicho conductor. Lo anterior se puede expresar: V = I * R .
También, si se conocen dos variables de la ecuación anterior, mediante un despeje se podrá calcular la faltante. Es decir, si se conoce el voltaje y resistencia eléctrica a través de un conductor o elemento, se puede encontrar su corriente de la siguiente forma: I = V / R . Ahora, si lo que conocemos es el voltaje y corriente eléctrica, podrá conocerse la resistencia del conductor o elemento así: R = V / R.
Deben considerarse las fórmulas que se acaban de presentarse para incorporarse al análisis basado en las leyes de Kirchhoff.
Primera Ley de Kirchhoff
A esta ley también se le conoce como ley de los nodos. Cabe señalar que se aplica principalmente en circuitos que contienen elementos en paralelo.
La ley dice que las suma de las corrientes que entran a un nodo son igual a la suma de las corrientes que salen de él. Otra manera de enunciarla es decir que la suma de las corrientes entrantes y corrientes salientes de un nodo debe de ser cero.
Cabe señalar que una forma de entender esta ley es considerar que la corriente que entra a un nodo, compuesto por ejemplo por tres dispositivos, se dividirá en tres. O que si entran dos corriente a un nodo de 5 elementos, las dos corrientes se sumarán y su total se dividirá entre los cinco elementos. La corriente en cada elemento del nodo se debe determinar mediante el apoyo de la ley de Ohm.
Como se mencionó, la energía o en este caso la corriente, se conserva en un circuito. Asimismo, en un equipo o dispositivo electrónico, la corriente total que consume, se divide en tantas partes como elementos tenga. Esa corriente total es la suma de las corrientes que consume cada elemento.
Segunda Ley de Kirchhoff
Esta segunda ley habla sobre el voltaje o diferencia de potencial aplicado a un circuito eléctrico. También se le conoce como ley de mallas. Cabe señalar que así se le conoce al conjunto de dispositivos que al conectarse en serie, generan una ruta cerrada para la corriente eléctrica.
Entonces, esta ley indica que la suma de los voltajes aplicados a una malla es igual a la suma de los voltajes de cada uno de los elementos o dispositivos que la integran. Otra forma de enunciarla es diciendo que la suma de los voltajes de cada uno de los elementos que integran una malla es cero.
Para entender mejor esta ley podemos considera como ejemplo una fuente de voltaje que se conecta a dos elementos en serie. Donde dicho voltaje se va a dividir en cada elemento.
Cabe señalar que el voltaje que tendrá cada elemento se puede calcular por la ley de Ohm. Asimismo, si se tiene tres fuentes de voltaje en serie, dentro de un circuito con diez elementos. El voltaje total de la suma de las tres fuentes se dividirá entre esos diez elementos.
Uso de las Leyes de Kirchhoff
Cuando se requiere resolver algún circuito con dos o mas mallas se aplica una de las leyes de Kirchhoff. Ya sea mediante análisis de nodos o de mallas se establece un sistema de ecuaciones lineales.
Si se aplica la primera ley de Kirchhoff las variables de las ecuaciones serán los voltajes de los elementos conectados al nodo. Por otro lado, si se utiliza la segunda ley, se obtiene un sistema de ecuaciones donde las corrientes de malla son las incógnitas.
Al resolver los sistemas de ecuaciones y obtener, ya sean las corrientes o voltajes, que eran las incóginitas, será posible encontrar la otra variable. Es decir, si encontramos corrientes podremos conocer voltajes y si encontramos voltajes, encontraremos corrientes. Como resultados, aplicando la ley de Ohm, podremos conocer voltajes y corrientes en cada uno de los elementos que integran el circuito.
Conclusiones sobre las leyes de Kirchhoff
Ahora conoces las Leyes de Kirchhoff y que se utilizan para la solución de circuitos eléctricos principalmente. La primera ley habla sobre las corrientes en un nodo. Por otro lado, la segunda ley habla sobre los voltajes dentro de una malla.
Al aplicar cualquiera de las dos leyes se obtendrá un sistema de ecuaciones lineales, que al resolverse, nos permitirá conocer voltaje y corriente en cada elemento del circuito. Asimismo, sabes que la ley de Ohm es esencial para la resolución de circuitos eléctricos y de gran apoyo al utilizar la leyes de Kirchhoff.