Los dispositivos como baterías, celdas, etc. son esenciales para mantener una diferencia de potencial en el circuito y se conocen como fuentes de voltaje. Cuando una fuente de voltaje se conecta a través de un conductor, crea un campo eléctrico que hace que las cargas se muevan y esto genera corriente. Los valores de la corriente que se generan dependen estrictamente de la característica del material. Cualquier material se opone al flujo de carga eléctrica que se llama resistencia. Se desarrolla debido a la resistividad, que es una propiedad del material. Veamos cómo cambian estas propiedades con la temperatura cuando se varía.
Resistencia
El agua que fluye a través de una tubería encuentra resistencia a su flujo si la corriente se considera agua y la tubería se considera el conductor a través del cual fluye la corriente. La misma analogía se puede utilizar para deducir la obstrucción del flujo también en el caso de la corriente. Esta obstrucción del flujo contra la corriente se denomina Resistencia . La resistencia en un alambre que experimenta una corriente I y un voltaje V se define como,
R = V/I
Aquí, R denota la resistencia del cable. Su unidad es «ohmios» que se denota por Ω
Observe en la relación que la resistencia depende inversamente de la corriente que fluye a través del cable. Por lo tanto, cuanto mayor es la resistencia del cable, menor es la corriente que fluye a través de él, lo que también se puede deducir de la definición intuitiva de la resistencia.
Resistencia de un alambre
Tomando el ejemplo anterior del agua que fluye, uno puede dibujar las similitudes entre estos dos procesos físicos muy diferentes. La resistencia ofrecida al agua que circula por la tubería depende en gran medida de la longitud de la tubería y de sus secciones transversales. De manera similar, la resistencia que ofrece un conductor depende del tamaño, la forma y el material del conductor. La siguiente figura muestra un conductor de longitud l, área de sección transversal A y resistividad (rho).
La resistencia del conductor está dada por,
R = ρl/A
Observe que la resistencia es proporcional a la longitud del conductor pero inversamente proporcional al área de la sección transversal del conductor.
Resistividad
Cuando se aplica un voltaje a un conductor, se crea un campo eléctrico E en su interior que empuja a las cargas a moverse. La densidad de corriente que se desarrolla depende del material y del campo eléctrico que se crea. Esta densidad puede ser muy compleja, pero bajo suposiciones razonables, incluida la suposición de metales a temperatura ambiente. Esta relación se puede modelar usando,
J = σE
Aquí, σ es la conductividad eléctrica.
La unidad de resistividad viene dada por el ohmímetro (Ω-m).
Dependencia de la temperatura de la resistencia
Como se mencionó en la fórmula anterior, la resistencia de un material. depende de su resistividad, forma y tamaño. La resistencia de un material depende de cómo cambia la forma con la temperatura y las variaciones de resistividad con la temperatura. La resistividad se comporta de manera diferente con la temperatura para diferentes materiales. Por lo general, los conductores tienen una resistividad baja mientras que los aisladores tienen una resistividad alta. La resistividad varía de manera diferente para diferentes materiales. En general, para conductores metálicos,
La resistividad de los conductores metálicos dentro de un rango limitado de temperatura viene dada por la siguiente ecuación:
ρ T = ρ 0 [1 + a(T – T 0 )]
Aquí,
ρ T = Resistividad a la temperatura T,
ρ 0 = Resistividad a la temperatura T 0 ,
a = coeficiente de temperatura de resistividad.
La resistividad varía de manera diferente con diferentes materiales. Por ejemplo, es menos probable que los materiales como Manganin, Nichrome cambien su resistividad con la temperatura. En el caso de los semiconductores, su resistividad disminuye con la temperatura.
Problemas de muestra
Pregunta 1: Una batería de 20 Volts conectada a un conductor induce una corriente de 20mA en el conductor. Encuentre la resistencia del conductor.
Responder:
La resistencia del conductor está dada por la relación,
R = V/I
Dado:
V = 20V
Yo = 20 mA = 0,02 A
Introduciendo los valores dentro de la relación,
R = V/I
⇒ R = (20)/(0,02)
⇒ R= 1000 Ohmios.
Pregunta 2: Una batería de 10 Volts conectada a un material induce una corriente de 0mA en el conductor. Encuentre la resistencia del conductor.
Responder:
La resistencia del conductor está dada por la relación,
R = V/I
Dado:
V = 10V
Yo = 0 mA = 0 A
Introduciendo los valores dentro de la relación,
R = V/I
⇒ R = (10)/(0)
La resistencia se acerca al infinito, lo que significa que el material es un aislante.
Pregunta 3: Un conductor cilíndrico de 0,1 m de longitud y área de sección transversal de 0,01 m 2 . La resistividad del material es 1 x 10 -8 ohm-m. Encuentre la resistencia del material.
Responder:
La resistencia de un conductor está dada por,
R =
Dado
l = 0,1 m
A = 0,01 m 2
ρ = 1 x 10 -8
Reemplazando los valores en la relación dada arriba,
R =
⇒ R =
⇒ R = 10 -7
Pregunta 4: A la temperatura T 0 la resistividad de un conductor metálico es de 15,4 ohm-m. Digamos que la temperatura se incrementa en 50K y el coeficiente de temperatura de resistividad está dado por 0.0045. Encuentre la nueva resistividad.
Responder:
La resistividad de los conductores metálicos viene dada por la siguiente ecuación:
ρ T = ρ 0 [ 1 + un(T – T 0 )]
Aquí,
ρ T =?
ρ 0 = 15,4 nOhm-n
= 0,0045
ρ T = ρ 0 [ 1 + un(T – T 0 )]
⇒ ρ T = 15,4[ 1 + (0,0045)(50)]
⇒ ρ T = 15,4[1,225]
⇒ ρ T = 18,86
Pregunta 5: A la temperatura T 0 , la resistividad de un conductor metálico es de 30,8 nohm-m. Digamos que la temperatura aumenta en 100 K y el coeficiente de resistividad de la temperatura es 0,009. Encuentre la nueva resistividad.
Responder:
La resistividad de los conductores metálicos viene dada por la siguiente ecuación:
ρ T = ρ 0 [ 1 + un(T – T 0 )]
Aquí,
ρ T =?
ρ 0 = 30,8 nOhm-n
a = 0.009
ρ T = ρ 0 [ 1 + un(T – T 0 )]
⇒ ρ T = 30,8[ 1 + (0,009)(100)]
⇒ ρ T = 30,8[1,9]
⇒ ρ T = 58,52
Publicación traducida automáticamente
Artículo escrito por anjalishukla1859 y traducido por Barcelona Geeks. The original can be accessed here. Licence: CCBY-SA