Ley de ohm

Introducción

     Como primer punto a tratar, se explicara el tema: “la ley de Ohm”, la cual fue postulada por el físico y matemático Alemán Georg Simon Ohm, quien estableció lo que es la tensión eléctrica (también denominado como diferencia de potencial o voltaje).

V = R I

     ¿Pero que es el voltaje? El voltaje es una magnitud física, con la cual podemos cuantificar o “medir” la diferencia de potencial eléctrico o la tensión eléctrica entre dos puntos, y es medible mediante un aparato llamado voltímetro. El símbolo con el cual es representado el voltaje o tensión eléctrica es V, que representa a la unidad de medida que es el voltio o volt.

     El voltaje que aparece entre los extremos de un conductor es proporcional a la intensidad de la corriente. La intensidad no es más que la cantidad de electricidad que circula por un circuito en la unidad de tiempo.  Para denominar la Intensidad se utiliza la letra I y su unidad es el amperio.

     Ohm completo la ley introduciendo la resistencia eléctrica. Una resistencia (también llamado resistor) es un elemento que causa oposición al paso de la corriente, causando que en sus terminales aparezca una diferencia de tensión (un voltaje). Las resistencias se representan con la letra R.

Las unidades de estas magnitudes son:

1.     Voltios: el voltaje es la magnitud física que, en un circuito eléctrico, impulsa a los electrones a lo largo de un conductor.  Es decir,  conduce la energía eléctrica con mayor o con una menor potencia.  Voltaje y voltio son términos en homenaje a Alessandro Volta, que en 1800 invento la pila voltaica y la primera batería química.

2.    Ohmios: el Ohm es la unidad de medida de la resistencia en la que se oponen los materiales al paso de la corriente eléctrica y se representa con la letra griega "" (omega).  La razón por la cual se acordó utilizar esta letra y no la “O” del alfabeto, fue para evitar que se confundiera con el número cero.

3.    Amperes: son la unidad de la intensidad de una corriente eléctrica cuyo símbolo es A.

Estas unidades están definidas por el sistema internacional (SI).

     George Simon Ohm (1787-1854),  físico y profesor alemán, utilizo en sus experimentos instrumentos de medición bastante confiables y observo que si aumenta la diferencia de potencial en un circuito, mayor es la intensidad de la corriente eléctrica; también comprobó que al incrementar la resistencia del conductor, disminuye la intensidad de la corriente eléctrica. Con base en sus observaciones, en 1827 enuncio la siguiente ley que lleva su nombre: la intensidad de la corriente eléctrica que pasa por un conductor en un circuito es directamente proporcional a la diferencial de potencia aplicado a sus extremos e inversamente proporcional a la resistencia del conductor.

Matemáticamente esta ley se expresa de la siguiente manera:

                                                                  V=  diferencia de potencia, aplicado a los extremos del conductor en volts (V)

I=   donde V= IR            R= resistencia del conductor en ohms

                                                                  I= intensidad de la corriente que circula por el conductor en amperes (A)

     Al despejarla resistencia de la expresión matemáticamente de la ley de Ohm, tenemos que:

R=

     Con base en esta ecuación la ley de Ohm define a la unidad de resistencia eléctrica de la siguiente manera: la resistencia de un conductor es de 1 ohm si existe una corriente de un Amper, cuando se mantiene una diferencia de potencial de un volt a través de la resistencia.

R (en ohms) =  V (en volts) / I (en amperes)

Es decir: 1 ohm =

Cabe señalar que la ley de Ohm presenta algunas limitaciones, como son:

a)    Se puede aplicar en los metales, mismos que reciben el nombre de conductores óhmicos, pero no así al carbón o a los materiales utilizados en los transistores, es decir, a los semiconductores, que se llaman conductores no óhmicos, pues no siguen la ley de Ohm, ya que su resistencia no permanece constante cuando se aplican voltajes diferentes.

b)    Al utilizar esta ley se debe recordarse que la resistencia cambia con la temperatura, pues todos los materiales se calientan por el paso de la corriente.

c)    Algunas aleaciones conducen mejor las cargas en una dirección que en otra.

En la ley de ohm, se encuentra un diagrama que es de gran utilidad para entender cómo aplicar la formula en situaciones de la vida real.

     La elección de la fórmula a utilizar dependerá del contexto en el que se aplique. Por ejemplo, si se trata de la curva característica I-V de un dispositivo eléctrico como un calefactor, se escribiría como: I = V/R. Si se trata de calcular la tensión V en bornes de una resistencia R por la que circula una corriente I, la aplicación de la ley sería: V= R I. También es posible calcular la resistencia R que ofrece un conductor que tiene una tensión V entre sus bornes y por el que circula una corriente I, aplicando la fórmula R = V/ I.

     Una de las consecuencias de la ley de Ohm es el Efecto Joule.

Cuando circula corriente eléctrica en un conductor, parte de la energía cinética de los electrones se transforma en calor y eleva la temperatura de esté con lo que se origina el fenómeno que recibe el nombre de efecto Joule.

    El enunciado de la ley de Joule es el siguiente: el calor que produce una corriente eléctrica al circular por un conductor es directamente proporcional al cuadrado de la intensidad de la corriente, a la resistencia y al tiempo que dura circulando la corriente.

Matemáticamente se expresa de la siguiente manera:

Q= 0.24I²Rt

Donde:

0.24 calorías de energía térmica (constante)= 1 Joule de trabajo

I²Rt= es la potencia eléctrica multiplicada por el tiempo.

     Existen varios aparatos y dispositivos electrónicos que producen calor como consecuencia del efecto Joule, por ejemplo: planchas, radiadores, tostadores, calentadores o parrillas eléctricas. En estos utensilios una corriente relativamente alta circula por una bobina de varios ohms de resistencia. El alambre de la bobina se fabrica con una aleación especial y de tamaño apropiado, de tal manera que el calor generado no eleve la temperatura hasta el punto de fusión. Para la iluminación se usan los focos eléctricos que tienen una resistencia consistente a un filamento de tungsteno, cuando pasa la corriente por el filamento, este se calienta y lo vuelve incandescente. 

Mas preguntas de elctricidad

CUESTIONARIO

1.    ¿Qué ocurre si se conecta un capacitor a una fuente de corriente alterna?

R= se cargará y descargará continuamente conforme el voltaje de C.A. cambia de dirección.

2.    ¿Por qué los electrones no pasan a través del capacitor?

R= porque sus placas están separadas por material aislador

3.    ¿Que produce la capacitancia en un circuito de C.A.?

R= una fuerza contra electromotriz cuyo efecto es limitar la corriente en un circuito de C.A.

4.    ¿Cómo se mide la capacitancia (cuál es su magnitud)?

R= Omhs de reactancia capacitiva

5.    ¿Qué es la reactancia capacitiva?      

R= es una propiedad de un capacitor al circular por él una corriente alterna y se refleja como una oposición a la circulación de la C.A  a través del mismo.

6.    ¿Cuál es la fórmula con la que se calcula la reactancia capacitiva?

R=

7.    ¿Qué se usa para determinar la corriente en amperes de un circuito de C.A con reactancia capacitiva?

R= una adaptación especial de la ley de ohm y la fórmula es:

8.    ¿Cómo se comporta la corriente con respecto al voltaje en un circuito con reactancia capacitiva?

R= la corriente adelanta al voltaje aplicado 90º eléctricos.

9.    ¿Cómo podemos calcular los vars magnetizantes para la capacitancia pura?

vars= -E*I             vars= -I² xc          vars=-

10. ¿Qué significa el signo “menos” (-) en el resultado de los vars de la reactancia capacitiva?

R= denota que los vars del capacitor son opuestos a los de la inductancia.

11. ¿Cómo se da la impedancia en un circuito de C.A en serie con una resistencia y reactancia capacitiva?

R=, la impedancia es la combinación resultante de la resistencia y la reactancia capacitiva, siguiendo la fórmula:

12. ¿Cuándo se dice que un circuito eléctrico es resonante?

R= cuando la reactancia inductiva y la capacitiva son iguales, de manera que se anulan entre sí

13. ¿Qué indica la fórmula para calcular la reactancia capacitiva (Xc=1/2πfC)?

R= Demuestra que los ohms de la reactancia capacitiva son inversamente proporcionales a la capacitancia en faradios y a la frecuencia del voltaje aplicado de C.A

14. ¿Qué es la relación de potencia en un circuito serie con resistencia y reactancia capacitiva?

R=  es la relación de su potencia real en watts con los voltamperes consumidos

15. ¿En circuito en serie con reactancia inductiva mayor que la reactancia capacitiva, como sería su factor de potencia?

R= su factor de potencia seria de atraso

Preguntas varias de electricidad

v ¿Qué es la corriente alterna?

R=corriente que cambia continuamente con el tiempo, elevándose de cero a un valor máximo en una dirección, disminuyendo a cero, elevándose al mismo valor máximo en la dirección opuesta, disminuyendo de nuevo a cero, repitiendo estos valores a intervalos de tiempos iguales.

v ¿Qué es una senoide?

Es la representación gráfica de la onda que nota una variación de tención de corriente en el estudio de la corriente alterna, se dice que la corriente es sinusoidal o senoidal.

v ¿Qué es una alternancia?

La división de un ciclo en dos siendo cada alternancia igual a 180°electricos de tiempo.

v ¿Qué es un ciclo?

Es cuando un voltaje alterno o corriente alterna se eleva de cero a su valor máximo en una dirección, vuelve a cero, luego aumenta su valor máximo en la dirección opuesta, y de nuevo a cero, el grupo completo de valores recorridos se llama ciclo.

v ¿Qué es la frecuencia?

Es el número de ciclos completos por segundo, de voltaje o corriente alterno. Su fórmula:

F: frecuencia en ciclos por segundo

P: números de pares de polos.

S: velocidad en r.p.m.

60: números de segundos que tiene un minuto.

v ¿Qué es una armónica?

Son ondas de mayor frecuencia que la frecuencia del circuito, que se suspenden a ala onda fundamental.

v ¿Qué valores se generan en C.A?

v Características de funcionamiento de I y E en C.A  puramente resistivo:

v Característica de funcionamiento de I y E en C.A puramente inductivo:

v Características de funcionamiento de I y E en C.A puramente capacitivo:

v Define que es la reactancia inductiva:

v ¿Qué es la reactancia capacitiva?

La oposición que ofrece al flujo de la corriente un capacitor recibe el nombre  de reactancia capacitiva y se abrevia: XC

Su fórmula es:

                 2π: 6.28 y representa la rapidez de cambio de corriente.

                                    F: frecuencia de la tención aplicada en ciclos/segundos

                                    C: capacitancia en faradios.

v ¿Qué es la impedancia?

Oposición al paso de la corriente alterna. A diferencia de la resistencia en la impedancia se incluyen los efectos de acumulación y eliminación de carga y/o inducción magnética. Obviamente, este efecto es solo apreciable ante cambios en el tiempo de la corriente eléctrica. Su símbolo es “z” y es la suma vectorial de la resistencia y las reactancias.

v ¿Qué es el factor de potencia?

Es el coseno del ángulo de desplazamiento entre tenciones y la corriente en un cirulo de C.A.

v ¿Define que es el factor de forma?

La relación entre los valores eficaces y medio de la intensidad.

v ¿Qué es un circuito resonante?

v ¿De dónde se deduce el poder calorífico de la corriente?

El valor calorífico varía con el cuadro de la corriente.

v Menciona la ley de Lenz

En todos los casos de inducción electromagnética, la F.E.M.  Inducida, y la I resultante tiene una dirección que se opone al efecto que la produce.

v En un circuito inductivo, que nos indica la regla de la mano izquierda:

Es una ley nemotécnica utilizada en electromagnetismo que determina el movimiento de un conductor que está inmerso en un campo magnético o el sentido en el que se genera la fuerza dentro de él.

El dedo in dice hacia adelante representa la dirección del campo magnético, el medio apuntado a la derecha señala la dirección de circulación de la corriente eléctrica a través del conductor y el pulgar hacia arriba indica la dirección de la fuerza ejercida sobre la corriente por el campo magnético.

v En un circuito inductivo, que nos indica la regla de la mano derecha.