Ohm: Definición y fórmula

El experimento de la bañera

La próxima vez que tenga agua en la bañera (asegúrese de que esté llena), comience a drenarla y vea cuántos segundos tarda el nivel en bajar exactamente una pulgada. Detenga el desagüe, vuelva a llenar la tina y cubra la mitad del desagüe. Míralo de nuevo. El nivel del agua debería tardar el doble en bajar una pulgada.

Bañera llena de drenaje de agua

Esto es lo que sucedió. La fuerza del agua es esencialmente constante durante este experimento y se debe al peso del agua que presiona el desagüe. Cuando cubre la mitad del desagüe, está duplicando la resistencia que el desagüe presenta al agua. Esto reduce a la mitad el caudal de agua a través del desagüe. Reducir a la mitad el caudal duplica el tiempo que se tarda en drenar.

Esto es precisamente lo que sucede con la carga eléctrica en un circuito. Una fuente eléctrica proporciona una fuerza constante (voltaje) al igual que el peso del agua. El flujo de carga eléctrica a través del circuito (corriente) es como el caudal del agua. Los cables o dispositivos en el circuito son como el drenaje, proporcionando una cierta cantidad de resistencia. Las cantidades y unidades que analizaremos se muestran en la siguiente tabla, con las unidades derivadas del Sistema Internacional (SI) y los símbolos eléctricos:

Cantidades eléctricas en un circuito

Averigüemos más sobre el ohmio y cómo funciona en circuitos eléctricos.

Definición de un ohmio

Un ohmio es una unidad de resistencia eléctrica que se ve entre dos puntos a través de una resistencia, conductor, dispositivo o circuito. Un ohmio significa que una diferencia de potencial (voltaje) de 1V entre estos dos puntos produce una corriente de 1A. Los siguientes diagramas muestran ejemplos de cómo podría ocurrir esto:

Ejemplos de resistencia en circuitos.

En general, esta relación entre cualquier voltaje, corriente y resistencia está modelada por la Ley de Ohm , que definiremos como una ecuación de la siguiente forma:

Ejemplo de ohmios en un circuito simple

Suponga que una ‘caja negra’ desconocida tiene dos terminales eléctricos. Conecta una batería de 6V y un amperímetro (que mide la corriente) en serie con la caja negra como se muestra. Suponga que el amperímetro y los cables tienen resistencia cero. En el circuito se mide una corriente de 60 mA (miliamperios o milésimas de amperio). ¿Cuál es la resistencia, en ohmios, de la caja negra?

Caja negra con resistencia desconocida

Aplicamos la ley de Ohm para encontrar:

Muy mal humor

Por lo general, no se sabe que los ingenieros y científicos sean particularmente graciosos, pero hay algunos ‘chistes ohmios’ que vale la pena compartir. Vea si puede descubrir las expresiones conocidas representadas por las siguientes imágenes (A, B y C):

¿Rendirse? A es ‘Ohm en el rango’; B es “sin ohmios”; C es ‘El estiramiento de ohmios’. ¡Te dije que era de muy mal humor! Bien, volvamos a la lección.

El ohmio y la potencia

La potencia eléctrica (vataje) es el producto del voltaje y la corriente, por lo que podemos sustituir la Ley de Ohm en la ecuación de potencia y llegar a una relación para la resistencia basada en la potencia (en vatios, W) y el voltaje o la corriente:

Por ejemplo, si sabemos que una bombilla de 75W consume 5 amperios de corriente, podemos encontrar la resistencia interna de la bombilla:

Otra fórmula para el ohmio

La resistencia está diseñada a propósito en resistencias y circuitos integrados utilizando la resistividad del material. La resistividad se define como el grado en que un material resiste el movimiento de los electrones, en función del volumen. Se mide en términos de ohmios por metro de longitud del material, por metro cuadrado de área de sección transversal del material. Esto se reduce simplemente a unidades de ohmios-metros. La fórmula de resistencia en términos de resistividad es:

A continuación se muestra un ejemplo de un bloque de silicio con resistividad de 20 ohmios-metros. Queremos encontrar la resistencia, en ohmios, medida de un lado del bloque al otro.

Barra de silicio para ejemplo de resistividad

La resistencia se encontraría de la siguiente manera:

Más mal humor

Probemos uno más. ¿Qué crees que es esto?

Sí, es la canción, ‘My Old Kentucky Ohm’.

Resumen

El ohmio es una unidad de resistencia eléctrica definida entre dos puntos en un circuito, o a través de un conductor, resistencia o dispositivo. Un ohmio significa que un voltaje de un voltio entre los dos puntos crea una corriente de un amperio. La relación matemática entre resistencia, voltaje y corriente viene dada por la Ley de Ohm , que establece que la resistencia (en ohmios) es igual al voltaje dividido por la corriente.

La resistencia eléctrica impide el flujo de corriente de la misma forma que un drenaje impide el flujo de agua. Cuanto más restrictivo es el drenaje, más lento fluye el agua dada una fuerza constante. Lo mismo ocurre con los circuitos eléctricos: cuanto mayor es la resistencia, menor es la corriente para una determinada fuerza electromotriz (voltaje).

La resistencia se puede relacionar con la energía eléctrica mediante un par de fórmulas adicionales. El primero establece que la resistencia es igual al voltaje al cuadrado dividido por la potencia. El segundo establece que la resistencia también es el poder dividido por la corriente al cuadrado.

La resistencia también se puede encontrar usando la resistividad de un material. La resistividad es el grado en que el material resiste el flujo de electrones, en función del volumen. La resistencia (en ohmios) es igual a la resistividad (en ohmios-m) multiplicada por la longitud del material dividida por su área de sección transversal.