Los circuitos eléctricos son omnipresentes en nuestra vida cotidiana. Desde los complejos circuitos integrados que controlan el dispositivo que está leyendo este artículo hasta el cableado que le permite encender y apagar una bombilla en su casa, toda su vida sería radicalmente diferente si no estuviera rodeado de circuitos en todas partes usted va.

Pero la mayoría de las personas realmente no aprenden lo esencial de cómo funcionan los circuitos y las ecuaciones bastante simples, como la ley de Ohm, que explican las relaciones entre conceptos clave como resistencia eléctrica, voltaje y corriente eléctrica. Sin embargo, profundizar un poco más en la física de la electrónica puede darle una visión mucho más profunda de las reglas básicas que sustentan la tecnología más moderna.
¿Qué es la ley de Ohm?

La ley de Ohm es una de las ecuaciones más importantes cuando se trata de entender los circuitos eléctricos, pero si vas a entenderlo, necesitarás una buena comprensión de los conceptos básicos que vincula: voltaje
, corriente
y resistencia
. La ley de Ohm es simplemente la ecuación que describe la relación entre estas tres cantidades para la mayoría de los conductores.

El voltaje es el término más comúnmente utilizado para la diferencia de potencial eléctrico entre dos puntos, y proporciona el "empuje" que permite carga para moverse alrededor de un circuito conductor.

El potencial eléctrico es una forma de energía potencial, como la energía potencial gravitacional, y se define como la energía potencial eléctrica por unidad de carga. La unidad SI para voltaje es el voltio (V), y 1 V \u003d 1 J /C, o un julio de energía por culombio de carga. A veces también se llama fuerza electromotriz
o EMF.

La corriente eléctrica es la tasa de flujo de carga eléctrica más allá de un punto dado en un circuito, que tiene la unidad SI del amperio (A) , donde 1 A \u003d 1 C /s (un coulomb de carga por segundo). Viene en forma de corriente continua (CC) y corriente alterna (CA), y aunque la CC es más simple, los circuitos de CA se utilizan para suministrar energía a la mayoría de los hogares de todo el mundo porque es más fácil y seguro transmitir a largas distancias.

El concepto final que deberá comprender antes de abordar la ley de Ohm es la resistencia, que es una medida de la oposición al flujo de corriente en un circuito. La unidad SI para resistencia es el ohm (que usa la letra griega omega, Ω), donde 1 Ω \u003d 1 V /A.
Ecuación de la ley de Ohm

El físico alemán Georg Ohm describió la relación entre el voltaje , corriente y resistencia en su ecuación homónima. La fórmula de la ley de Ohm es:
V \u003d IR

donde V
es la diferencia de voltaje o potencial, I
es la cantidad de corriente y resistencia R
es la cantidad final.

La ecuación se puede reorganizar de una manera simple para producir una fórmula para calcular la corriente basada en el voltaje y la resistencia, o la resistencia basada en la corriente y el voltaje. Si no se siente cómodo reorganizando las ecuaciones, puede buscar un triángulo de la ley de Ohm (ver Recursos), pero es bastante sencillo para cualquiera que esté familiarizado con las reglas básicas del álgebra.

Los puntos clave de la ecuación de la ley de Ohm muestra que el voltaje es directamente proporcional a la corriente eléctrica (por lo tanto, cuanto mayor es el voltaje, mayor es la corriente) y que la corriente es inversamente proporcional a la resistencia (por lo tanto, cuanto mayor es la resistencia, menor es la corriente).

Puede usar la analogía del flujo de agua para recordar los puntos clave, que se basa en una tubería con un extremo en la cima de una colina y un extremo en la parte inferior. El voltaje es como la altura de la colina (una colina más empinada, más alta significa más voltaje), el flujo de corriente es como el flujo de agua (el agua fluye más rápido por una colina más empinada) y la resistencia es como la fricción entre los lados de la tubería y el agua (una tubería más delgada crea más fricción y reduce la velocidad del flujo de agua, como lo hace una mayor resistencia al flujo de corriente eléctrica).
¿Por qué es importante la ley de Ohm?

La ley de Ohm es de vital importancia para describir circuitos eléctricos porque relaciona el voltaje con la corriente, con el valor de resistencia moderando la relación entre los dos. Debido a esto, puede usar la ley de Ohm para controlar la cantidad de corriente en un circuito, agregando resistencias para reducir el flujo de corriente y quitándolas para aumentar la cantidad de corriente.

También se puede extender para describir energía eléctrica (la tasa de flujo de energía por segundo), porque la potencia P \u003d IV, por lo que puede usarla para garantizar que su circuito proporcione suficiente energía para, por ejemplo, un aparato de 60 vatios.

Para estudiantes de física , lo más importante acerca de la ley de Ohm es que le permite analizar diagramas de circuito, especialmente cuando lo combina con las leyes de Kirchhoff, que se derivan de ella.

La ley de voltaje de Kirchhoff establece que la caída de voltaje alrededor de cualquier cerrado El bucle en un circuito siempre es igual a cero, y la ley actual establece que la cantidad de corriente que fluye hacia una unión o nodo en un circuito es igual a la cantidad que fluye fuera de él. Puede usar la ley de Ohm con la ley de voltaje en particular para calcular la caída de voltaje en cualquier componente de un circuito, que es un problema común que se plantea en las clases de electrónica.
Ejemplos de la ley de Ohm

Puede usar la ley de Ohm para encontrar cualquier cantidad desconocida de los tres, siempre que conozca las otras dos cantidades para el circuito eléctrico en cuestión. Trabajar con algunos ejemplos básicos muestra cómo se hace esto.

Primero, imagine que tiene una batería de 9 voltios conectada a un circuito con una resistencia total de 18 Ω. ¿Cuánta corriente fluye cuando conecta el circuito? Al reorganizar la ley de Ohm (o usar un triángulo), puede encontrar:
\\ begin {alineado} I &\u003d \\ frac {V} {R} \\\\ &\u003d \\ frac {9 \\ text {V}} {18 \\ text {Ω}} \\\\ &\u003d 0.5 \\ text {A} \\ end {alineado}

Entonces 0.5 amperios de corriente fluyen alrededor del circuito. Ahora imagine que esta es la cantidad perfecta de corriente para un componente que desea alimentar, pero solo tiene una batería de 12 V. ¿Cuánta resistencia debe agregar para asegurarse de que el componente obtenga la cantidad óptima de corriente? Nuevamente, puede reorganizar la ley de Ohm y resolverla para encontrar la respuesta:
\\ begin {alineado} R &\u003d \\ frac {V} {I} \\\\ &\u003d \\ frac {12 \\ text {V}} {0.5 \\ text {A}} \\\\ &\u003d 24 \\ text {Ω} \\ end {alineado}

Por lo tanto, necesitaría una resistencia de 24 Ω para completar su circuito. Finalmente, ¿cuál es la caída de voltaje a través de una resistencia de 5 Ω en un circuito con 2 A de corriente que fluye a través de él? Esta vez, la forma estándar de la ley V \u003d IR funciona bien:
\\ begin {alineado} V &\u003d IR \\\\ &\u003d 2 \\ text {A} × 5 \\ text {Ω} \\\\ &\u003d 10 \\ text {V} \\ end {alineado} Resistencias óhmicas y no óhmicas

Puede usar la ley de Ohm en una amplia gama de situaciones, pero existen limitaciones para su validez; no es una ley verdaderamente fundamental de física. La ley describe una relación lineal entre el voltaje y la corriente, pero esta relación solo se mantiene si la resistencia o el elemento del circuito resistivo con el que está trabajando tiene una resistencia constante bajo diferente voltaje V
y corriente I
valores.

Los materiales que obedecen esta regla se denominan resistencias óhmicas, y aunque la mayoría de los problemas físicos implicarán resistencias óhmicas, estarás familiarizado con muchas resistencias no óhmicas de tu vida cotidiana.

Una bombilla es un ejemplo perfecto de una resistencia no óhmica. Cuando hace una gráfica de V
vs. I
para resistencias óhmicas, muestra una relación completamente lineal, pero si hace esto por algo como una bombilla, la situación cambia . A medida que el filamento de la bombilla se calienta, la resistencia de la bombilla aumenta
, lo que significa que el gráfico se convierte en una curva en lugar de una línea recta, y la ley de Ohm no se aplica.