Resistencia eléctrica: definición, unidad y variables

Resistencia eléctrica

Parece que cada temporada navideña espero hasta el último minuto para hacer todas mis compras navideñas. Invariablemente, no me queda otra opción que ir al centro comercial local para poder visitar todas las tiendas a la vez. Siempre es la misma situación: el lugar está lleno y tengo que luchar contra la multitud para ir de tienda en tienda. Quizás esto parezca una forma extraña de iniciar una discusión sobre la resistencia eléctrica, pero los dos escenarios son en realidad muy similares. Verá, un electrón que intenta abrirse camino a través de un cable se parece mucho a mí tratando de atravesar el centro comercial. De hecho, a medida que aprendamos más sobre las causas de la resistencia eléctrica, veremos qué tan similares son realmente estas situaciones.

En general, la palabra “resistencia” se usa para describir una fuerza impedida que actúa contra un objeto mientras intenta hacer algo. Cuando estaba en el centro comercial tratando de abrirme paso entre la multitud, seguía chocando con gente. Cada una de estas pequeñas colisiones me quitó algo de energía mientras luchaba contra las fuerzas que me impedían.

La resistencia eléctrica es cuando los átomos impiden el flujo de electrones.

Un electrón que fluye a través de un conductor enfrenta los mismos desafíos, pero en lugar de las personas, los átomos del material lo impiden. La cantidad que un objeto impide una corriente eléctrica, que es el flujo de electrones, se denomina resistencia eléctrica y se mide en unidades de ohmios. La resistencia general de un objeto se ve afectada por varios factores, de los que hablaremos en detalle. Lo principal a tener en cuenta es que cualquier cambio que haga que los electrones tengan más colisiones con los átomos aumentará la resistencia del objeto.

Factor de resistividad

La ‘resistividad’ suena mucho a ‘resistencia’, pero en realidad son dos cosas diferentes. La resistividad es una propiedad del material del que está hecho un objeto, mientras que la resistencia se ve afectada por varias otras características del objeto. Cada material tiene algunos electrones que pueden moverse libremente entre los átomos y otros electrones que están estrechamente unidos a los átomos. Cuando los electrones libres intentan fluir a través del conductor, tienden a chocar con los electrones más externos de los átomos, lo que impide su movimiento. Los materiales con más electrones estrechamente ligados y, por lo tanto, menos electrones libres, tienen una resistividad más alta.

Volviendo a mi tiempo en el centro comercial, había algunas personas que se movían entre la multitud, tratando de llegar a las tiendas, al igual que yo, así que realmente no estaban afectando mi progreso. Esta gente y yo éramos como los electrones libres. Luego había otras personas que estaban de pie, mirando por las ventanas, hablando con amigos o simplemente tomando un descanso. Fueron estas personas las que fueron difíciles de sobrevivir e impidieron mi progreso. Eran como los electrones externos fuertemente unidos de los átomos que simplemente no se movían. Si hubiera ido a otro centro comercial que tuviera menos gente parada y más gente moviéndose, entonces ese centro comercial habría tenido una resistividad menor que el primero.

Factor dimensional

Cuando se aumenta la longitud del cable, también aumenta la resistencia.

La resistividad es uno de los factores que afecta la resistencia general de un objeto, pero las dimensiones del objeto también juegan un papel. La resistencia de un alambre en particular se ve muy afectada por su longitud y diámetro. Aumentar la longitud de un cable aumenta su resistencia porque los electrones experimentarán más colisiones a medida que fluyen de un extremo al otro. De vuelta en el centro comercial, si tuviera que caminar una distancia más larga entre las tiendas, inevitablemente me encontraría con más de esas personas que estaban de pie y perdería más energía en el camino.

Por otro lado, la resistencia de un cable disminuye a medida que su diámetro aumenta porque los electrones tienen más área de sección transversal para moverse, lo que disminuye la posibilidad de colisiones. Si el centro comercial fuera renovado para hacerlo más ancho, entonces la gente podría dispersarse un poco más, lo que me daría más espacio para maniobrar en lugar de chocar con ellos.

Factor de temperatura

El aumento de la temperatura de un objeto conductor hará que aumente su resistencia. Para entender por qué sucede esto, revisemos mi viaje al centro comercial. ¿Recuerdas a todas esas personas que estaban de pie, mirando por las ventanas y hablando con sus amigos? Como no se estaban moviendo, pude esquivar a algunos de ellos y evitar una colisión. Pero, ahora imagina que por alguna razón todos empezaron a moverse un poco dando pasos únicos en direcciones aleatorias: un paso adelante, un paso atrás, un paso a la izquierda, un paso a la derecha. Ahora, cuando traté de pasar, ¡podrían chocar conmigo y terminaría teniendo más colisiones que antes!

Esto es bastante similar a lo que le sucede a un electrón que intenta moverse a través de un conductor calentado. Cuando se aumenta la temperatura de un conductor, los átomos comienzan a vibrar debido a la energía térmica agregada. Se mueven ligeramente en todas las direcciones, lo que provoca que se produzcan más colisiones con los electrones libres que intentan pasar. A medida que aumenta la temperatura, también aumenta el tamaño de las vibraciones y, por lo tanto, el número de colisiones.

Aplicaciones prácticas de la resistencia

Los elementos calefactores convierten la energía eléctrica en energía térmica.

La resistencia en un circuito no siempre es algo malo porque podemos aplicarla a propósito para hacer dispositivos útiles. Las bombillas incandescentes son un ejemplo común de esto. El filamento de la bombilla tiene una resistencia muy alta, lo que provoca que los electrones pierdan gran parte de su energía en esta parte del circuito. Esa energía se convierte en calor, lo que a su vez hace que el filamento brille al rojo vivo y emita luz.

Hablando de calor, su horno eléctrico, secador de pelo, calentador de espacio, secadora de ropa y plancha son ejemplos de dispositivos que usan elementos calefactores. Un elemento calefactor no es más que un conductor de alta resistencia que convierte la energía eléctrica en energía térmica. También podemos usar la resistencia para controlar cuánta corriente fluye en un circuito. ¿Alguna de las luces de su casa tiene un regulador de intensidad? Un interruptor de atenuación es una resistencia variable que se usa para cambiar la resistencia de un circuito eléctrico. El aumento de la resistencia reduce la cantidad de corriente que llega a la luz, lo que a su vez la hace menos brillante. Lo contrario es cierto si reducimos la resistencia, lo que permite que más corriente llegue a la luz y brille con más intensidad. La resistencia puede ser muy útil cuando se aplica de forma intencionada.

Resumen de la lección

La resistencia , dada en unidades de ohmios, es una medida de cuánto impide un objeto una corriente eléctrica, que es un flujo de electrones. La resistencia de un objeto se ve afectada por varios factores. Uno de esos factores es la resistividad del material que compone el objeto. Resistividades una propiedad del material y está relacionada con el número de electrones libres presentes. Las dimensiones de un objeto, y particularmente de un alambre, también afectan la resistencia. Aumentar la longitud que tienen que viajar los electrones aumentará la resistencia, mientras que aumentar el área de la sección transversal a través de la cual fluirán los electrones disminuirá la resistencia. El último factor que afecta la resistencia de un objeto es la temperatura. A medida que aumenta la temperatura de un conductor, también aumentará su resistencia. Muchos dispositivos útiles hacen uso deliberadamente de la resistencia para generar calor, luz o para controlar la corriente a otros dispositivos.

Los resultados del aprendizaje

Después de esta lección, podrá:

• Explica qué es la resistencia eléctrica.
• Identificar la unidad utilizada para medir la resistencia eléctrica.
• Diferenciar entre resistividad y resistencia.
• Describe cómo cada uno de los tres factores de resistencia aumenta o disminuye la resistencia.
• Resuma cómo los dispositivos cotidianos utilizan la resistencia para generar calor o luz