Si alguna vez te has preguntado cómo funcionan los circuitos eléctricos y por qué tus dispositivos electrónicos funcionan como lo hacen, estás en el lugar correcto. En el mundo de la electricidad, la Ley de Ohm es una piedra angular.
Descubierta por el físico alemán Georg Simon Ohm, en 1827, esta ley es uno de los pilares fundamentales de la electricidad. La ley de Ohm establece una relación directa entre la corriente eléctrica que fluye a través de un conductor y la diferencia de potencial aplicada, lo que permite comprender y predecir el comportamiento de los circuitos eléctricos. ¿Quieres saber más sobre esta ley y cómo se aplica en la vida cotidiana? ¡Sigue leyendo!
- En este artículo aprenderemos qué es la ley de Ohm.
- A continuación, sabremos cuál es la fórmula de la ley de Ohm.
- Una vez tengamos claros estos conceptos, diferenciaremos entre conductores óhmicos y no óhmicos.
- Finalmente, haremos juntos algunos ejercicios de la ley de Ohm y estudiaremos algunas de las aplicaciones de la ley de Ohm en la vida.
¿Qué es la ley de Ohm?
La ley de Ohm es el nombre que recibe la relación matemática entre la tensión y la corriente en un conductor metálico a temperatura constante.
La ley de Ohm establece que para un conductor metálico, a temperatura constante, la cantidad de corriente que fluye a través de él es proporcional a la tensión a través del conductor.
Esta ley es fundamental para calcular las magnitudes esenciales de un circuito y, también, puede ser útil en situaciones prácticas cuando se trabaja con electrónica.
La ley de Ohm fue formulada en 1827 por el físico alemán Georg Simon Ohm, a partir de experimentos que realizó con circuitos eléctricos sencillos, que contenían diversas longitudes de cable.
Fig. 1: Simon Ohm.
Fórmula de la ley de Ohm
La constante de proporcionalidad de la ley de Ohm es la resistencia: es una condición que la resistencia permanezca constante para diferentes corrientes y tensiones. Esto se expresa, matemáticamente, como:
\[V=I\cdot R\]
Donde:
\(V\) es la tensión a través de un conductor
\(I\) es la corriente que pasa a través del conductor
\(R\) es la resistencia eléctrica del conductor.
La ley de Ohm incorpora tres de las magnitudes fundamentales para trabajar con circuitos:
- Voltaje: la presión que empuja a los electrones por el circuito; es decir, lo que hace que fluya la corriente.
- Corriente: velocidad del flujo de electrones por el circuito.
- Resistencia: medida de la resistencia de un circuito, o conductor, al flujo de corriente.
De las definiciones anteriores se deduce que, a voltaje constante, la resistencia de un conductor está relacionada con la corriente que circula por él:
- A medida que la resistencia aumente, el flujo de corriente disminuirá.
- A medida que la resistencia disminuya, la corriente aumentará.
En otras palabras: si \(V\) se mantiene constante, entonces \(I\) y \(R\) son inversamente proporcionales.
Una relación inversamente proporcional es de la forma \(x= k/y\), donde \(x\) e \(y\) son variables y \(k\) es una constante.
Fig. 2: Este triangulo es muy util para recordar la fórmula de la ley de Ohm: solo es necesario situarnos en la magnitud que queremos calcular y ver cómo interactuan las otras dos magnitudes.
Conductores óhmicos
Los conductores óhmicos son aquellos que cumplen con la ley de Ohm.
La gráfica del voltaje vs. corriente de un conductor óhmico tiene una relación lineal, lo que no ocurre con los conductores no óhmicos.
Fig. 3: Gráfica de voltaje vs. corriente para un material óhmico y para uno no óhmico.
Un ejemplo de conductor óhmico es un alambre de cobre, utilizado a menudo para los cables de los circuitos:
El hilo de cobre no se calienta demasiado cuando circula corriente a través de él en las condiciones de trabajo habituales, por lo que sigue obedeciendo la ley de Ohm. A menudo, en preguntas prácticas sobre circuitos, la resistencia de los hilos es despreciable. Esto suele ser cierto; pero, la ley de Ohm se sigue aplicando a los hilos de cobre, aunque la resistencia sea baja.
La ley de Ohm también dice que el conductor debe permanecer a una temperatura constante, porque la resistencia aumenta con la temperatura.
Otro ejemplo de conductor óhmico es una resistencia fija. Es obvio, por su nombre, que obedece la ley de Ohm, ya que su resistencia es una constante. Sin embargo, no todos los tipos de resistencias son óhmicas, puesto que algunas no tienen una resistencia constante para diferentes valores de corriente y tensión.
Conductores no óhmicos
Los conductores no óhmicos son aquellos que no obedecen la ley de Ohm, porque La relación entre tensión y corriente para un conductor no óhmico es no lineal.
El comportamiento de los conductores no óhmicos no es necesariamente el mismo que se muestra en la figura anterior. La característica importante es que existe una relación no lineal entre la corriente y la tensión, lo que significa que el gráfico de tensión frente a corriente no es una línea recta.
Algunos ejemplos de conductores no óhmicos son los filamentos de las bombillas o algunos semiconductores, como los transistores o los diodos.
Ejercicios de la ley de Ohm
La ley de Ohm es muy útil en situaciones prácticas. Como La resistencia de un circuito en funcionamiento no puede medirse directamente, la Ley de Ohm permite medir la resistencia de un circuito sin detener el flujo de corriente. Asimismo, La ley de Ohm puede utilizarse para detectar fallos en un circuito.
Por ejemplo, supongamos que un instrumento detecta una corriente elevada, en comparación con el valor normal. En ese caso, se puede identificar el problema en el circuito, ya que se sabe por la ley de Ohm que una corriente más alta significa que la resistencia ha disminuido o que la tensión ha aumentado.
La ley de Ohm también puede emplearse en problemas con circuitos sencillos para hallar tensiones, corrientes y resistencias desconocidas. ¡Practiquemos con un ejemplo!
Una resistencia de \(5\,\,\mathrm{ \Omega}\) está conectada a una pila. El voltímetro da una lectura de \(10\,\,\mathrm{V}\) para el voltaje, a través de la resistencia. ¿Qué lectura da el amperímetro para la corriente?
Fig. 4: Diagrama de un circuito simple por una resistencia conectada a una pila.
Solución:
Necesitamos utilizar la ley de Ohm para este problema:
\[V=I\cdot R\]
Primero, reorganizaremos esta ecuación para obtener la corriente, en función del voltaje y la resistencia:
\[I=\dfrac{V}{R}\]
Ahora, introducimos los valores de la resistencia y el voltaje para encontrar la corriente:
\[I=\dfrac{10\,\,\mathrm{V}}{5\,\,\mathrm{\Omega}}=2A\]
Recuerda que la corriente se mide en amperios \(A\).
Resolvamos otro:
Considera que en el circuito anterior, la pila deja de funcionar y se sustituye por una nueva. La lectura del amperímetro es \(0,5 \,\,\mathrm{A}\) cuando se conecta al circuito. ¿Cuál es la lectura del voltímetro?
Solución:
Del primer ejemplo, sabemos que la resistencia es \(5\,\,\mathrm{\Omega}\). Por lo tanto, podemos introducir los valores de la corriente y la resistencia en la ley de Ohm, para hallar la tensión:
\[V=IR=(0,5\,\,\mathrm{A})(5\,\,\mathrm{\Omega})=2,5\,\,\mathrm{V}.\]
Aplicaciones de la ley de Ohm
Algunas de las aplicaciones más comunes de la ley de Ohm son las siguientes:
- La ley de Ohm se aplica en el diseño de circuitos eléctricos, para calcular la resistencia necesaria en función de la corriente y la tensión requerida.
- Esto es esencial en el diseño de sistemas electrónicos, como dispositivos electrónicos, circuitos de iluminación, sistemas de alimentación eléctrica, entre otros.
- La ley de Ohm se utiliza en el mantenimiento y diagnóstico de circuitos eléctricos, para determinar la resistencia de los componentes y la calidad del flujo de corriente en un circuito.
- Esto permite identificar posibles fallas o problemas en un sistema eléctrico y solucionarlos de manera eficiente.
- La ley de Ohm se aplica en la ingeniería de potencia, para calcular y optimizar la eficiencia de los sistemas de generación, distribución y consumo de energía eléctrica.
- Esto es muy útil en aplicaciones industriales, comerciales y residenciales.
- En la electrónica de potencia, la ley de Ohm se emplea para el diseño y control de dispositivos electrónicos de potencia.
- Algunos ejemplos comunes son los convertidores de energía, inversores y reguladores de voltaje.
Ley de Ohm - Puntos clave
- La ley de Ohm establece que para un conductor metálico a temperatura constante, la cantidad de corriente que fluye a través de él es proporcional a la tensión a través del conductor.
- La constante de proporcionalidad de la ley de Ohm es la resistencia. Esto significa que una condición para la ley de Ohm es que la resistencia permanezca constante para diferentes corrientes y tensiones.
- Los conductores óhmicos cumplen la ley de Ohm; los no óhmicos no la cumplen.
- Un gráfico de corriente frente a tensión para un conductor óhmico da una línea recta; así muestra una relación directamente proporcional.
- Ejemplos de conductores óhmicos son los hilos de cobre y las resistencias fijas.
- Ejemplos de conductores no óhmicos son las bombillas de filamento y los termistores.
- Las bombillas de filamento son óhmicas para corrientes bajas, pero se vuelven no óhmicas a medida que aumenta la corriente que las atraviesa.
- La resistencia de los termistores disminuye al aumentar su temperatura.
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