Un conductor tiene una gran cantidad de electrones libres. Cuando se aplica una diferencia de potencial entre los extremos de un conductor, los electrones libres se mueven de un extremo al otro extremo del conductor. Cuando los electrones se desplazan o se mueven, chocan con los átomos (iones) del conductor. Estas colisiones se oponen al movimiento de electrones libres de un extremo al otro extremo del conductor. Esta oposición al flujo de electrones libres debido a las colisiones con iones en un conductor se conoce como Resistencia del conductor. Cuantas más colisiones sufran los electrones en un conductor, más resistencia ofrece el conductor.
¿Qué es la Ley de Ohm?
George Simon Ohm (físico alemán) 1826 estudió la relación entre la corriente eléctrica y la diferencia de potencial entre los extremos de un conductor. La relación entre la corriente eléctrica y la diferencia de potencial se conoce como ley de Ohm .
Esta ley establece que la corriente eléctrica que fluye en un conductor es directamente proporcional a la diferencia de potencial entre los extremos del conductor, siempre que la temperatura y otras condiciones físicas del conductor permanezcan iguales.
Matemáticamente, esta ley se puede expresar como,
Corriente eléctrica (I) ∝ Diferencia de potencial (V)
⇒ yo ∝ v
o
v ∝ yo
⇒ V = yo × R
donde, R es la constante de proporcionalidad y se conoce como la resistencia del conductor.
Por lo tanto, la ley de Ohm se puede establecer como la relación entre la diferencia de potencial en el extremo de un conductor y la corriente que fluye a través de él permanece constante si la temperatura y otras condiciones físicas del conductor permanecen iguales.
La gráfica entre V e I es una línea recta que pasa por el origen que se muestra a continuación en la figura:
parcela VI
Resistencia
En un circuito eléctrico, la resistencia es una medida de la resistencia al flujo de corriente. La letra griega omega (Ω) se usa para representar la resistencia en ohmios. Georg Simon Ohm (1784-1854), físico alemán que investigó la relación entre voltaje, corriente y resistencia, es el nombre que recibe Ohms. Se dice que la Ley de Ohm fue formulada por él.
Hasta cierto punto, todos los materiales resisten el flujo de corriente. Se dividen en dos grupos: Conductores y Aisladores.
- Los materiales con baja resistencia que permiten que los electrones viajen libremente se denominan conductores .
ej.: plata, cobre, oro y aluminio.
- Los materiales de alta resistencia que evitan que los electrones fluyan libremente se denominan aislantes .
por ejemplo: Caucho, papel, vidrio, madera y plástico.
Las mediciones de resistencia se usan comúnmente para determinar el estado de un componente o circuito como:
- Cuanto menor sea el flujo de corriente, mayor será la resistencia. Los conductores dañados debido a quemaduras o corrosión pueden ser una (entre muchas) causas potenciales si el voltaje es anormalmente alto. Dado que todos los conductores emiten algo de calor, el sobrecalentamiento es un problema que a menudo se asocia con la resistencia.
- Cuanto mayor sea la salida de corriente, menor será la resistencia. Los aisladores dañados por la humedad o el sobrecalentamiento son dos posibles razones.
Matemáticamente, la Resistencia de un conductor se puede evaluar usando la Ley de Ohm como:
Según la Ley de Ohm,
V = yo × R
Reordene la expresión anterior para R como,
R = V / yo
Por lo tanto, la resistencia de un conductor se define como la relación entre el voltaje y el flujo de corriente a través del conductor.
Entonces la unidad de la Resistencia se puede determinar como:
R = V / I = 1 voltio (V) / 1 amperio (A)
= 1 V / 1 A
= 1 ohmio (Ω)
Por lo tanto, la unidad de resistencia es el ohmio (Ω) .
Factores que afectan la Resistencia
Realicemos un experimento para estudiar los factores de los que depende la resistencia de un conductor. Conecte los diversos componentes eléctricos como se muestra en el siguiente diagrama de circuito como:
Aquí, la resistencia R está conectada a través de la fuente de voltaje V entre los extremos A y B. El circuito está en modo ENCENDIDO cuando la llave, K está enchufada. Por lo tanto, la corriente fluye en el circuito que muestra el amperímetro A. Por lo tanto, los siguientes son los factores de los que depende la resistencia del conductor:
1. Longitud de un conductor: considere un cable de cobre de 1 m de longitud y conéctelo entre las terminales A y B del circuito. Tenga en cuenta la lectura del amperímetro. Ahora tome otro alambre de cobre de la misma área de sección transversal pero de 2 m de longitud. Conéctelo entre los terminales A y B desconectando el cable anterior. Una vez más, tenga en cuenta la lectura del amperímetro. Se encontrará que la lectura del amperímetro (es decir, corriente eléctrica) en el segundo caso es la mitad de la lectura del amperímetro en el primer caso.
- Dado que I = V / R, la resistencia del segundo cable es el doble de la resistencia del primer cable.
- Muestra que la resistencia de un conductor es directamente proporcional a la longitud del conductor.
- Así, cuanto mayor es la longitud de un conductor, mayor es su resistencia.
2. Área de la sección transversal de un Conductor: Ahora tome dos alambres de cobre de la misma longitud pero de diferente área de sección transversal. Deje que el área de la sección transversal del primer cable sea mayor que el área de la sección transversal del segundo cable. Conecte el primer cable entre los terminales A y B en el circuito que se muestra en la figura anterior. Tenga en cuenta la lectura del amperímetro. Ahora desconecte el primer cable y conecte el segundo cable entre las terminales A y B. Observe nuevamente la lectura del amperímetro. Se encontrará que la lectura del amperímetro (es decir, corriente eléctrica) es mayor cuando el primer alambre (es decir, alambre grueso) está conectado entre A y B que la lectura del amperímetro cuando el segundo alambre (es decir, alambre delgado) está conectado entre los terminales A y B.
- Muestra que la resistencia de un conductor es inversamente proporcional al área de la sección transversal del conductor.
- Por tanto, la resistencia de un alambre delgado es mayor que la resistencia de un alambre grueso.
3. Efecto de la Naturaleza del material: Tome dos alambres idénticos, uno de cobre y el otro de Aluminio. Conecte el alambre de cobre entre las terminales A y B. Anote la lectura del amperímetro. Ahora, conecta el cable de aluminio entre las terminales A y B. Nuevamente observa la lectura del amperímetro. Se encuentra que la lectura del amperímetro cuando el alambre de cobre está conectado en el circuito es mayor que la lectura del amperímetro cuando el alambre de aluminio está conectado en el circuito.
- Esto implica que la resistencia del alambre de cobre es menor que la resistencia del alambre de aluminio.
- Por tanto, la resistencia de un alambre o de un conductor depende de la naturaleza del material del conductor.
4. Efecto de la temperatura del conductor: Si aumenta la temperatura del conductor conectado en el circuito, aumenta su resistencia.
Conclusión:
Así, los factores de los que depende la resistencia de un conductor son:
(i) su longitud (l),
(ii) Área de la sección transversal (A),
(iii) la naturaleza de su material y
(iv) su temperatura.
Resistividad o Resistencia Específica
Experimentalmente, se encuentra que la resistencia de un conductor es:
- Directamente proporcional a su longitud (l) o R ∝ l.
- Inversamente proporcional a su área de sección transversal (A) o R ∝ 1/A.
Combinemos estas dos condiciones para la resistencia como
R ∝ l / A
o
R = ρ × l / UN
donde ρ es la constante de proporcionalidad y se conoce como Resistividad o Resistencia Específica del conductor.
Reorganizar la expresión anterior para ρ,
ρ = R × UN / l
- Por lo tanto, la resistividad de un conductor se define como la resistencia del conductor de unidad de longitud y unidad de área de sección transversal.
- En otras palabras, se denomina resistividad del conductor a la resistencia que ofrecen 4 conductores cúbicos de 1 m de lado al paso de corriente por la cara opuesta del conductor.
- En el sistema CGS, la unidad de resistividad o resistencia específica es ohm-cm (Ω-cm) .
- En el SI, la unidad de resistividad o resistencia específica es el ohm-metro (Ω-m).
Para comprender más sobre el concepto y la fórmula de la resistividad, consideremos un ejemplo como:
Ejemplo: Se estira un conductor que tiene una resistencia de 20 ohmios de manera que su longitud aumenta al doble de su longitud original. Calcular la resistencia del nuevo cable.
Solución:
Dado que,
La resistencia del conductor, R es de 20 Ω.
Si la longitud original del conductor es l, entonces la nueva longitud (l’) del conductor es 2l.
Entonces, si el área de la sección transversal original es A y la nueva área de la sección transversal es A’, entonces:
Ya que, l’ = 2l por lo tanto A’ = A/2.
En el caso del conductor original, la resistencia original es:
R = ρ × l / UN
20 Ω = ρ × l / A …… (1)
Ahora, en el caso del nuevo conductor, la nueva resistencia es:
R’ = ρ × l’ / A’
= (ρ × 2l) / (A / 2)
= (4 × ρ × l) / A
Use la ecuación (1) en la expresión anterior y resuelva para calcular R’.
R’ = 4 × 20 Ω
= 80 Ω
Por lo tanto, la resistencia del nuevo cable es de 80 Ω .
Problemas de muestra
Problema 1: encuentre la resistencia de un conductor si la corriente que lo atraviesa es de 0,3 A y la diferencia de potencial aplicada es de 0,9 voltios.
Solución:
Dado que,
El flujo de corriente, I es de 0,3 A.
La diferencia de potencial aplicada, V es 0,9 V.
Ahora, usa la fórmula:
R = V / yo
= 0,9 V / 0,3 A
= 3 Ω
Por lo tanto, la resistencia de un conductor es de 3 Ω .
Problema 2: un calentador tiene una resistencia de 50 Ω y está conectado a un suministro de 220 voltios, calcule la corriente en el calentador.
Solución:
Dado que,
La resistencia del calentador, R es de 50 Ω.
La diferencia de potencial, V es 220 V.
Ahora, usa la fórmula:
V = yo × R
Reordene la expresión anterior para I como,
yo = V / R
= 220 V / 50 Ω
= 4,4 A
Por lo tanto, la corriente en el calentador es de 4,4 A.
Problema 3: La resistividad del hierro y el mercurio viene dada por 10.0 x 10 -8 y 94 x 10 -8 Ω.cm respectivamente. ¿Cuál es mejor conductor?
Solución:
Un material cuya resistividad es baja se considera buen conductor de electricidad.
Por lo tanto, el hierro es mejor conductor que Mercurio.
Problema 4: Defina resistencia de 1 ohmio.
Solución:
Se dice que la resistencia de un conductor es de 1 ohm si una diferencia de potencial de 1 volt entre los extremos del conductor hace que pase una corriente de 1 amperio a través de él.
Problema 5: Deje que la resistencia de un componente eléctrico permanezca constante mientras que la diferencia de potencial entre los extremos de los componentes disminuye a la mitad de su valor anterior. ¿Qué cambio ocurrirá con la corriente a través de él?
Solución:
Ya que, I = V / R, cuando V’=V / 2
Yo’ = V/2R = Yo/2
Así, la corriente en los componentes se convierte en la mitad de su valor anterior.
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Artículo escrito por portalpirate y traducido por Barcelona Geeks. The original can be accessed here. Licence: CCBY-SA