Unidad de resistencia eléctrica y variables
¿Qué es la resistencia eléctrica?
La resistencia, en general, se refiere a la capacidad de un objeto para resistir algo. En electrónica, la resistencia eléctrica de un conductor significa la resistencia del conductor hacia una corriente eléctrica que fluye a través de él. En términos científicos, la resistencia eléctrica {eq} R {/ eq} se define como la relación entre el voltaje {eq} V {/ eq} aplicado en el conductor y la corriente correspondiente {eq} I {/ eq} que fluye a través de él. .
{eq} R = \ frac {V} {I} {/ eq}
En el sistema SI, la resistencia eléctrica se mide en ohmios , que está representada por la letra griega {eq} \ Omega {/ eq}.
La propiedad de conductancia de un conductor significa el grado en que la corriente eléctrica puede fluir a través de él. La conductancia es lo opuesto a la resistencia y, de hecho, se denota por el recíproco de la resistencia. En términos científicos, la conductancia {eq} G {/ eq} viene dada por la relación entre la corriente {eq} I {/ eq} y el voltaje {eq} V {/ eq}.
{eq} G = \ frac {1} {R} = \ frac {I} {V} {/ eq}
La unidad SI de conductancia es siemens .
Causa de la resistencia eléctrica en conductores
Todos los materiales constan de un núcleo cargado positivamente y electrones orbitales cargados negativamente, que constituyen los átomos fijos del material. Además, los conductores tienen una cantidad de electrones libres que pueden moverse aleatoriamente dentro de la superficie del conductor. La resistencia eléctrica de un conductor se origina como resultado del movimiento aleatorio y las subsiguientes colisiones de estos electrones libres con los electrones externos de los átomos del conductor.
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Ley de Ohm
La ley de Ohm proporciona una relación simple y fundamental para la corriente, el voltaje y la resistencia de un conductor. Según la ley de Ohm, el voltaje {eq} V {/ eq} aplicado a través de un conductor es directamente proporcional a la corriente eléctrica {eq} I {/ eq} que lo atraviesa. Es decir,
{eq} V \ propto I \: \: \ Rightarrow V = RI {/ eq}
Aquí, la constante de proporcionalidad {eq} R {/ eq} es la resistencia del conductor, que es una propiedad inherente del conductor.
Todos los materiales que obedecen la ley de Ohm se denominan materiales óhmicos y sus resistencias son independientes del voltaje aplicado y la corriente correspondiente.
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Variables que afectan la resistencia eléctrica
La resistencia eléctrica {eq} R {/ eq} de un conductor está influenciada por las siguientes propiedades del conductor:
- {eq} R {/ eq} es directamente proporcional a la longitud {eq} l {/ eq} del conductor, es decir, {eq} R \ propto l {/ eq}
- {eq} R {/ eq} es inversamente proporcional al área de la sección transversal {eq} A {/ eq} del conductor, es decir, {eq} R \ propto \ frac {1} {A} {/ eq}
Las dos relaciones anteriores significan que un aumento en la longitud del conductor conduce a un aumento en la resistencia general del conductor, y un aumento en el área de la sección transversal del conductor causa una disminución en la resistencia del conductor.
Combinando las proporcionalidades anteriores, la expresión de {eq} R {/ eq} se convierte en
{eq} R \ propto \ frac {l} {A} {/ eq}
{eq} \ Flecha derecha R = \ rho \ frac {l} {A} {/ eq}
La constante de proporcionalidad {eq} \ rho {/ eq} se llama resistividad del conductor. Reordenando la expresión anterior para resistividad da
{eq} \ rho = R \, \ frac {A} {l} {/ eq}
A partir de esta expresión, la resistividad de un conductor se puede definir como la resistencia del conductor cuando su longitud y área de sección transversal son la unidad. La resistividad de un conductor es su propiedad inherente y no cambia con un cambio en las dimensiones del conductor (mientras que la resistencia sí). La unidad SI de resistividad es ohm-metro ({eq} \ Omega \, m {/ eq})
Efecto de la temperatura sobre la resistencia eléctrica
Otra propiedad del conductor que afecta la resistencia del conductor es la temperatura del conductor. La resistencia de un conductor es directamente proporcional a su temperatura, es decir, cuando la temperatura del conductor aumenta, su resistencia aumenta, y cuando la temperatura del conductor disminuye, su resistencia también disminuye.
Similar a la resistencia, la resistividad de un conductor también es función de la temperatura del conductor. La expresión correspondiente para la resistividad viene dada por
{eq} \ rho = \ rho _ {0} \, [1+ \ alpha \, (T-T_ {0})] {/ eq}
En la expresión anterior, {eq} \ rho {/ eq} es la resistividad del conductor a la temperatura {eq} T {/ eq}, {eq} \ rho _ {0} {/ eq} es la resistividad del conductor a una temperatura de referencia {eq} T_ {0} {/ eq}, y {eq} \ alpha {/ eq} se denomina coeficiente de temperatura de resistividad y su valor depende del material del conductor.
Tipos de resistencia eléctrica
Dependiendo del tipo de corriente que fluya a través de un material, la resistencia eléctrica puede ser de dos tipos.
Resistencia estática
Cuando la corriente continua (CC) fluye a través del material, la resistencia correspondiente ofrecida por el material se denomina resistencia estática o resistencia CC . La resistencia eléctrica discutida hasta ahora es la resistencia estática. Surge de la ley de Ohm, es igual a la relación entre el voltaje y la corriente que fluye a través del conductor y es constante a una temperatura dada.
La resistencia estática se representa matemáticamente como
{eq} R_ {estática} = \ frac {V_ {DC}} {I_ {DC}} {/ eq}
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Resistencia dinámica
Cuando la corriente alterna (CA) fluye a través del material, la magnitud, así como la dirección de la corriente, varía continuamente con el tiempo. La resistencia correspondiente se llama resistencia dinámica o resistencia AC . La resistencia dinámica viene dada por la relación entre el cambio de voltaje y el cambio de corriente. Se representa matemáticamente como
{eq} r_ {dynamic} = \ frac {\ Delta V} {\ Delta I} {/ eq}
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Papel de la resistencia eléctrica en circuitos
Si bien puede parecer que la resistencia eléctrica en los circuitos actúa como una barrera para el flujo eficiente de corriente, los efectos de la resistencia eléctrica son, de hecho, útiles en varias aplicaciones. Las resistencias se utilizan en circuitos eléctricos para controlar la cantidad de corriente que fluye a través de ellos. Por ejemplo, considere un circuito eléctrico a través del cual se aplica un voltaje de {eq} 10 \: V {/ eq}. Ahora, si se coloca una resistencia de {eq} 5 \: \ Omega {/ eq} dentro del circuito, la corriente correspondiente será
{eq} I = \ frac {V} {R} = \ frac {10 \: V} {5 \: \ Omega} = 2 \: amperio {/ eq}.
Alternativamente, si se coloca una resistencia menor de {eq} 2 \: \ Omega {/ eq} en el circuito, la corriente será
{eq} I = \ frac {V} {R} = \ frac {10 \: V} {2 \: \ Omega} = 5 \: amperio {/ eq}.
Por tanto, la corriente aumenta con la disminución de la resistencia. Los ventiladores eléctricos utilizan este concepto; cuando se gira el regulador del ventilador, se incluyen diferentes resistencias en el circuito y, en consecuencia, diferentes cantidades de corriente fluyen a través del circuito, lo que hace que las aspas del ventilador giren más rápido o más lento.
Ley de calentamiento de Joule
Cuando la corriente fluye a través de un conductor, el conductor se calienta debido a su resistencia eléctrica. Cuanto mayor sea la resistencia, mayor será la energía térmica producida. Este fenómeno, que convierte la energía eléctrica en energía térmica, se conoce como ley de calentamiento de Joule .
La expresión de la ley de calentamiento de Joule viene dada por
{eq} Q = I ^ {2} Rt {/ eq}
Aquí, {eq} Q {/ eq} es la cantidad de calor producido cuando una corriente {eq} I {/ eq} fluye a través de un conductor de resistencia {eq} R {/ eq} durante el tiempo {eq} t {/ eq }.
Las siguientes aplicaciones utilizan la calefacción de Joule.
- Bombillas incandescentes: el filamento de las bombillas incandescentes está fabricado con materiales de alta resistencia. Cuando la corriente eléctrica fluye a través del filamento, el filamento se calienta de acuerdo con la ley de calentamiento de Joule hasta que brilla.
- Hornos de resistencia: los hornos de resistencia que se utilizan para hornear y cocinar se basan en la ley de calentamiento de Joule. Cuando se enciende el horno, la corriente fluye a través del material conductor de alta resistencia, que se calienta y ayuda a cocinar los alimentos.
- Calentadores: los calentadores eléctricos también utilizan el concepto de calefacción de Joule. El material conductor se calienta cuando la corriente fluye a través de él, y esto posteriormente calienta el entorno por convección.
Resumen de la lección
La resistencia eléctrica de un conductor es la resistencia que ejerce el conductor sobre el flujo de corriente eléctrica. La resistencia eléctrica surge del movimiento aleatorio y las colisiones exhibidas por los electrones libres del conductor, y se mide en unidades de ohmios {eq} (\ Omega) {/ eq}. El recíproco de la resistencia eléctrica da la conductancia del conductor. La unidad SI de conductancia es siemens .
Los siguientes factores afectan la resistencia eléctrica de un conductor:
- Longitud del conductor
- Área de la sección transversal del conductor
- Temperatura del conductor
La resistencia eléctrica puede ser una resistencia estática (cuando CC fluye a través del circuito) o una resistencia dinámica (cuando CA fluye a través del circuito). Las resistencias se utilizan en circuitos eléctricos para controlar la cantidad de corriente que fluye a través de ellos o para convertir la energía eléctrica en energía térmica de acuerdo con la ley de calentamiento de Joule .
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