Ley de Ohm:cómo se relacionan el voltaje, la corriente y la resistencia

La primera, y quizás la más importante, la relación entre corriente, voltaje y resistencia se llama Ley de Ohm, descubierta por Georg Simon Ohm y publicada en su artículo de 1827, The Galvanic Circuit Investigated Mathematically.

Voltaje, corriente y resistencia

Un circuito eléctrico se forma cuando se crea una ruta conductora para permitir que la carga eléctrica se mueva continuamente. Este movimiento continuo de carga eléctrica a través de los conductores de un circuito se llama corriente , y a menudo se lo denomina en términos de "flujo", al igual que el flujo de un líquido a través de una tubería hueca.

La fuerza que motiva a los portadores de carga a "fluir" en un circuito se llama voltaje . El voltaje es una medida específica de energía potencial que siempre es relativa entre dos puntos.

Cuando hablamos de una cierta cantidad de voltaje presente en un circuito, nos referimos a la medición de cuánto potencial existe energía para mover los portadores de carga de un punto particular en ese circuito a otro punto particular. Sin referencia a dos puntos particulares, el término "voltaje" no tiene ningún significado.

La corriente tiende a moverse a través de los conductores con cierto grado de fricción u oposición al movimiento. Esta oposición al movimiento se llama más propiamente resistencia . La cantidad de corriente en un circuito depende de la cantidad de voltaje y la cantidad de resistencia en el circuito para oponerse al flujo de corriente.

Al igual que el voltaje, la resistencia es una cantidad relativa entre dos puntos. Por esta razón, las cantidades de voltaje y resistencia a menudo se indican como "entre" o "a través" de dos puntos en un circuito.

Unidades de medida:voltios, amperios y ohmios

Para poder hacer afirmaciones significativas sobre estas cantidades en los circuitos, necesitamos poder describir sus cantidades de la misma manera que podríamos cuantificar la masa, la temperatura, el volumen, la longitud o cualquier otro tipo de cantidad física. Para la masa, podríamos usar las unidades de "kilogramo" o "gramo".

Para la temperatura, podríamos usar grados Fahrenheit o grados Celsius. Estas son las unidades de medida estándar para corriente eléctrica, voltaje y resistencia:

El "símbolo" dado para cada cantidad es la letra alfabética estándar que se usa para representar esa cantidad en una ecuación algebraica. Las letras estandarizadas como estas son comunes en las disciplinas de la física y la ingeniería y son reconocidas internacionalmente.

La “abreviatura de la unidad” para cada cantidad representa el símbolo alfabético utilizado como notación abreviada para su unidad de medida particular. Y, sí, ese símbolo de "herradura" de aspecto extraño es la letra griega mayúscula Ω, solo un carácter en un extranjero alfabeto (disculpas a los lectores griegos aquí).

Cada unidad de medida lleva el nombre de un famoso experimentador en electricidad:el amp después del francés Andre M. Ampere, el voltio después del italiano Alessandro Volta, y el ohm después del alemán Georg Simon Ohm.

El símbolo matemático de cada cantidad también es significativo. La "R" para la resistencia y la "V" para el voltaje se explican por sí mismas, mientras que la "I" para la corriente parece un poco extraña. Se cree que la "I" estaba destinada a representar la "intensidad" (del flujo de carga), y el otro símbolo de voltaje, "E", significa "fuerza electromotriz". Por la investigación que he podido hacer, parece haber alguna disputa sobre el significado de "yo".

Los símbolos "E" y "V" son intercambiables en su mayor parte, aunque algunos textos reservan "E" para representar el voltaje en una fuente (como una batería o generador) y "V" para representar el voltaje en cualquier otra cosa.

Todos estos símbolos se expresan con letras mayúsculas, excepto en los casos en que una cantidad (especialmente voltaje o corriente) se describe en términos de un breve período de tiempo (llamado valor “instantáneo”). Por ejemplo, el voltaje de una batería, que es estable durante un largo período de tiempo, se simbolizará con una letra mayúscula "E", mientras que el pico de voltaje de un rayo en el mismo instante en que golpea una línea eléctrica probablemente sería estar simbolizado con una letra minúscula "e" (o "v" minúscula) para designar que ese valor se encuentra en un solo momento en el tiempo.

Esta misma convención de minúsculas también es válida para la corriente, la letra minúscula "i" representa la corriente en algún momento. Sin embargo, la mayoría de las mediciones de corriente continua (CC), al ser estables en el tiempo, se simbolizarán con letras mayúsculas.

Coulomb y carga eléctrica

Una unidad fundamental de medición eléctrica que a menudo se enseña en los inicios de los cursos de electrónica, pero que se usa con poca frecuencia después, es la unidad de coulomb , que es una medida de carga eléctrica proporcional al número de electrones en un estado desequilibrado. Un culombio de carga equivale a 6.250.000.000.000.000.000 de electrones.

El símbolo de la cantidad de carga eléctrica es la letra mayúscula "Q", con la unidad de culombios abreviada por la letra mayúscula "C". Sucede que la unidad para el flujo de corriente, el amperio, es igual a 1 culombio de carga que pasa por un punto dado en un circuito en 1 segundo de tiempo. En estos términos, la corriente es la tasa de movimiento de carga eléctrica a través de un conductor.

Como se indicó anteriormente, el voltaje es la medida de energía potencial por unidad de carga disponible para motivar el flujo de corriente de un punto a otro. Antes de que podamos definir con precisión qué es un "voltio", debemos entender cómo medir esta cantidad que llamamos "energía potencial". La unidad métrica general para la energía de cualquier tipo es el joule , igual a la cantidad de trabajo realizado por una fuerza de 1 newton ejercida a través de un movimiento de 1 metro (en la misma dirección).

En unidades británicas, esto es un poco menos de 3/4 de libra de fuerza ejercida sobre una distancia de 1 pie. En términos comunes, se necesita alrededor de 1 julio de energía para levantar un peso de 3/4 de libra 1 pie del suelo, o para arrastrar algo una distancia de 1 pie usando una fuerza de tracción paralela de 3/4 de libra. Definido en estos términos científicos, 1 voltio es igual a 1 julio de energía potencial eléctrica por (dividido por) 1 culombio de carga. Por lo tanto, una batería de 9 voltios libera 9 julios de energía por cada culombio de carga que se mueve a través de un circuito.

Será muy importante conocer estas unidades y símbolos para cantidades eléctricas a medida que comencemos a explorar las relaciones entre ellos en los circuitos.

Ecuación de la ley de Ohm

El principal descubrimiento de Ohm fue que la cantidad de corriente eléctrica a través de un conductor metálico en un circuito es directamente proporcional al voltaje que se imprime a través de él, para cualquier temperatura dada. Ohm expresó su descubrimiento en forma de una ecuación simple, que describe cómo el voltaje, la corriente y la resistencia se interrelacionan:

En esta expresión algebraica, el voltaje (E) es igual a la corriente (I) multiplicada por la resistencia (R). Usando técnicas de álgebra, podemos manipular esta ecuación en dos variaciones, resolviendo para I y para R, respectivamente:

Análisis de circuitos simples con la ley de Ohm

Veamos cómo podrían funcionar estas ecuaciones para ayudarnos a analizar circuitos simples:

En el circuito anterior, solo hay una fuente de voltaje (la batería, a la izquierda) y solo una fuente de resistencia a la corriente (la lámpara, a la derecha). Esto hace que sea muy fácil aplicar la ley de Ohm. Si conocemos los valores de dos de las tres cantidades (voltaje, corriente y resistencia) en este circuito, podemos usar la Ley de Ohm para determinar la tercera.

En este primer ejemplo, calcularemos la cantidad de corriente (I) en un circuito, dados los valores de voltaje (E) y resistencia (R):

¿Cuál es la cantidad de corriente (I) en este circuito?

En este segundo ejemplo, calcularemos la cantidad de resistencia (R) en un circuito, dados los valores de voltaje (E) y corriente (I):

¿Cuál es la cantidad de resistencia (R) que ofrece la lámpara?

En el último ejemplo, calcularemos la cantidad de voltaje suministrado por una batería, dados los valores de corriente (I) y resistencia (R):

¿Cuál es la cantidad de voltaje proporcionado por la batería?

Técnica del triángulo de la ley de Ohm

La ley de Ohm es una herramienta muy sencilla y útil para analizar circuitos eléctricos. Se usa con tanta frecuencia en el estudio de la electricidad y la electrónica que el estudiante serio debe memorizarlo. Para aquellos que aún no se sienten cómodos con el álgebra, hay un truco para recordar cómo resolver cualquier cantidad, dadas las otras dos.

Primero, coloque las letras E, I y R en un triángulo como este:

Si conoce E y I, y desea determinar R, simplemente elimine R de la imagen y vea lo que queda:

Si conoce E y R, y desea determinar I, elimine I y vea lo que queda:

Por último, si conoce I y R, y desea determinar E, elimine E y vea lo que queda:

Eventualmente, tendrás que estar familiarizado con el álgebra para estudiar seriamente la electricidad y la electrónica, pero este consejo puede hacer que tus primeros cálculos sean un poco más fáciles de recordar. Si se siente cómodo con el álgebra, todo lo que necesita hacer es memorizar E =IR y derivar las otras dos fórmulas de ahí cuando las necesite.

REVISAR:

• El voltaje se mide en voltios , simbolizado por las letras "E" o "V".
• La corriente se mide en amperios , simbolizado por la letra "I".
• La resistencia se mide en ohmios , simbolizado por la letra "R".
• Ley de Ohm:E =IR; I =E / R; R =E / I

HOJAS DE TRABAJO RELACIONADAS:

• Hoja de trabajo de la ley de Ohm
• Hoja de trabajo de práctica jurídica de Ohm con respuestas

Pruebe nuestra Calculadora de la ley de Ohm en nuestra sección de Herramientas.