Los circuitos eléctricos son omnipresentes en nuestra vida cotidiana. Desde los complejos circuitos integrados que controlan el dispositivo en el que está leyendo este artículo hasta el cableado que le permite cambiar un luz de tu casa encendida y apagada, toda tu vida sería radicalmente diferente si no estuvieras rodeado de circuitos por todas partes ir.
Pero la mayoría de la gente no aprende realmente el meollo de cómo funcionan los circuitos y las ecuaciones bastante simples, como Ley de Ohm: que explica las relaciones entre conceptos clave como resistencia eléctrica, voltaje y electricidad. Actual. Sin embargo, profundizar un poco más en la física de la electrónica puede brindarle una visión mucho más profunda de las reglas básicas que sustentan la mayoría de la tecnología moderna.
¿Qué es la ley de Ohm?
La ley de Ohm es una de las ecuaciones más importantes cuando se trata de comprender los circuitos eléctricos, pero si va a comprenderla, necesitará comprender bien los conceptos básicos que vincula:
Voltaje, Actualyresistencia. La ley de Ohm es simplemente la ecuación que describe la relación entre estas tres cantidades para la mayoría de los conductores.Voltaje es el término más comúnmente utilizado para la diferencia de potencial eléctrico entre dos puntos, y proporciona el "empuje" que permite que la carga eléctrica se mueva alrededor de un bucle conductor.
El potencial eléctrico es una forma de energía potencial, como la energía potencial gravitacional, y se define como la energía potencial eléctrica por unidad de carga. La unidad SI para voltaje es el voltio (V), y 1 V = 1 J / C, o un julio de energía por culombio de carga. A veces también se llamafuerza electromotrizo EMF.
La corriente eléctrica es la tasa de flujo de carga eléctrica que pasa por un punto dado en un circuito, que tiene la unidad SI del amperio (A), donde 1 A = 1 C / s (un culombio de carga por segundo). Viene en forma de corriente continua (CC) y corriente alterna (CA), y aunque la CC es más simple, los circuitos de CA son se utiliza para suministrar energía a la mayoría de los hogares en todo el mundo porque es más fácil y seguro de transmitir durante mucho tiempo distancias.
El concepto final que deberá comprender antes de abordar la ley de Ohm es la resistencia, que es una medida de la oposición al flujo de corriente en un circuito. La unidad SI para la resistencia es el ohmio (que usa la letra griega omega, Ω), donde 1 Ω = 1 V / A.
Ecuación de la ley de Ohm
El físico alemán Georg Ohm describió la relación entre voltaje, corriente y resistencia en su ecuación homónima. La fórmula de la ley de Ohm es:
V = IR
dóndeVes la diferencia de voltaje o potencial,Ies la cantidad de corriente y resistenciaRes la cantidad final.
La ecuación se puede reorganizar de una manera sencilla para producir una fórmula para calcular la corriente en función del voltaje y la resistencia, o la resistencia en función de la corriente y el voltaje. Si no se siente cómodo reordenando ecuaciones, puede buscar un triángulo de la ley de Ohm (ver Recursos), pero es bastante sencillo para cualquiera que esté familiarizado con las reglas básicas del álgebra.
Los puntos clave que muestra la ecuación de la ley de Ohm son que el voltaje es directamente proporcional a la corriente eléctrica (por lo que cuanto mayor sea el voltaje, mayor es la corriente), y esa corriente es inversamente proporcional a la resistencia (por lo que cuanto mayor es la resistencia, menor es la Actual).
Puede utilizar la analogía del flujo de agua para recordar los puntos clave, que se basa en una tubería con un extremo en la cima de una colina y un extremo en la parte inferior. El voltaje es como la altura de la colina (una colina más empinada y más alta significa más voltaje), el flujo de corriente es como el flujo de agua (el agua fluye más rápido por una colina más empinada) y la resistencia es como la fricción entre los lados de la tubería y el agua (una tubería más delgada crea más fricción y reduce la velocidad del flujo de agua, como lo hace una mayor resistencia a la corriente eléctrica flujo).
¿Por qué es importante la ley de Ohm?
La ley de Ohm es de vital importancia para describir circuitos eléctricos porque relaciona el voltaje con la corriente, y el valor de resistencia modera la relación entre los dos. Debido a esto, puede usar la ley de Ohm para controlar la cantidad de corriente en un circuito, agregando resistencias para reducir el flujo de corriente y eliminándolas para aumentar la cantidad de corriente.
También se puede ampliar para describir la energía eléctrica (la tasa de flujo de energía por segundo), porque la potencia P = IV, por lo que puede usarlo para asegurarse de que su circuito proporcione suficiente energía para, digamos, un aparato de 60 vatios.
Para los estudiantes de física, lo más importante de la ley de Ohm es que les permite analizar diagramas de circuitos, especialmente cuando la combinan con las leyes de Kirchhoff, que son su continuación.
La ley de voltaje de Kirchhoff establece que la caída de voltaje alrededor de cualquier circuito cerrado en un circuito es siempre igual a cero, y el La ley actual establece que la cantidad de corriente que fluye hacia una unión o nodo en un circuito es igual a la cantidad que fluye hacia afuera. de ella. Puede usar la ley de Ohm con la ley del voltaje en particular para calcular la caída de voltaje en cualquier componente de un circuito, que es un problema común que se plantea en las clases de electrónica.
Ejemplos de la ley de Ohm
Puede usar la ley de Ohm para encontrar cualquier cantidad desconocida de las tres, siempre que conozca las otras dos cantidades para el circuito eléctrico en cuestión. Trabajar con algunos ejemplos básicos le muestra cómo se hace esto.
Primero, imagine que tiene una batería de 9 voltios conectada a un circuito con una resistencia total de 18 Ω. ¿Cuánta corriente fluye cuando conecta el circuito? Al reorganizar la ley de Ohm (o usar un triángulo), puede encontrar:
\ begin {align} I & = \ frac {V} {R} \\ & = \ frac {9 \ text {V}} {18 \ text {Ω}} \\ & = 0.5 \ text {A} \ end {alineado}
Entonces, 0.5 amperios de corriente fluyen alrededor del circuito. Ahora imagine que esta es la cantidad perfecta de corriente para un componente que desea alimentar, pero solo tiene una batería de 12 V. ¿Cuánta resistencia debe agregar para asegurarse de que el componente reciba la cantidad óptima de corriente? Nuevamente, puede reorganizar la ley de Ohm y resolverla para encontrar la respuesta:
\ begin {align} R & = \ frac {V} {I} \\ & = \ frac {12 \ text {V}} {0.5 \ text {A}} \\ & = 24 \ text {Ω} \ end {alineado}
Entonces necesitaría una resistencia de 24 Ω para completar su circuito. Finalmente, ¿cuál es la caída de voltaje a través de una resistencia de 5 Ω en un circuito con 2 A de corriente fluyendo a través de él? Esta vez, la forma estándar V = IR de la ley funciona bien:
\ begin {alineado} V & = IR \\ & = 2 \ text {A} × 5 \ text {Ω} \\ & = 10 \ text {V} \ end {alineado}
Resistencias óhmicas y no óhmicas
Puede utilizar la ley de Ohm en una gran variedad de situaciones, pero su validez tiene limitaciones: no es una ley física verdaderamente fundamental. La ley describe una relación lineal entre voltaje y corriente, pero esta relación solo se cumple si la resistencia o el elemento del circuito resistivo con el que está trabajando tiene una resistencia constante bajo diferentes VoltajeVy actualIvalores.
Los materiales que obedecen esta regla se denominan resistencias óhmicas, y aunque la mayoría de los problemas físicos involucrarán resistencias óhmicas, estará familiarizado con muchas resistencias no óhmicas de su vida diaria.
Una bombilla es un ejemplo perfecto de una resistencia no óhmica. Cuando haces una gráfica deVvs.Ipara las resistencias óhmicas, muestra una relación completamente en línea recta, pero si lo hace con algo como una bombilla, la situación cambia. A medida que el filamento de la bombilla se calienta, la resistencia de la bombillaaumenta, lo que significa que el gráfico se convierte en una curva en lugar de una línea recta, y la ley de Ohm no se aplica.