Control de flujo de corriente para dummies: Resistencia y Ley de Ohm

Curso de electrónica básica

​Todo material ofrece cierta oposición al flujo de corriente, es decir al paso de los electrones, a esta oposición se le denomina resistencia y podemos emplearla de forma sencilla para resolver miles de problemas caseros de electricidad y electrónica. 

Tan sólo tenemos que comprender el concepto de resistencia, la manera de calcularla aplicando la Ley de Ohm y conocer un poco los distintos tipos de resistencias que existen y como obtenerlas de una forma barata. Eso es lo que vamos a intentar aprender en los siguientes capítulos de una manera sencilla y con ejemplos prácticos.
 
Para poder comprender lo que te explicamos en este artículo tan solo es necesario al menos que comprendas meridianamente los conceptos de voltaje y amperaje, si no los tienes del todo claro pulsa aquí para ir al artículo donde te lo explicamos.
 
Una analogía sencilla de “pelotas”
 
Para entender mejor a las resistencia hagamos una analogía donde supongamos que hay un tubo con varias balones de futbol recubiertas de tela de velcro  por el lado que “pincha” (sí, ese tejido tan esponjoso de “hilillos” que se engancha como a unas bandas de “pinchitos” y que sirve para cerrar bolsillos y actúa en muchas chaquetas a modo de cremalleras).
 
Pues bien, supongamos que esos balones de fútbol cubiertas de velcro  están sujetados fuertemente en sus sitios mediante alambres y cada una de ellos representa a un átomo con sus electrones.

​Figura 1
 
A los electrones que hay por fuera los representaremos como pequeñas pelotas de tenis (de esas verdes y con pelusilla que se enganchan a los velcros) y el espacio entre esos balones de futbol se rellena con pequeñas pelotas de tenis. Cada una de esas representa un electrón.
 
Cuando se quitan pelotas de un extremo y se introducen por el otro, comienza a producirse un flujo o circulación de las mismas dentro del tubo.
Imaginemos que cada balón de futbol estuviese recubierto por ese velcro de “pinchitos”.  
 
Este velcro no se desprendería de los balones de futbol, sino que solamente retendría a las pelotas  de tenis en el, es decir a los electrones.
 
Así que la fuerza de este velcro depende del tipo de material con la que este fabricado o tejido, es decir, de la capacidad de los pinchitos para “retener” a las pelotas, es decir a los electrones.
 
 Asimismo en el caso de metales, si el material es cobre (un material conductor), los “pinchitos” serán muy livianos, así que los electrones libres no
podrán ser retenidos con fuerza.
 
Pero sin embargo, si el material es plástico (un material aislante), los “pinchitos” del velcro serán sumamente poderosos y resistentes a que las pelotas de tenis (los electrones) se desprendan y retendrán a los electrones libres y no los dejarán circular y salir del tubo.
 
Para hacer que estos electrones, (las pelotas de tenis) se desplacen, se necesita un empuje (voltaje), provocando la salida de miles de millones de estas “pelotas” por segundo.

Figura 2
 
Veamos otro ejemplo (figura 3) con nuestro habitual sistema de cañerías: supongamos que tenemos un depósito agua (que cumple la función de suministro de energía). El agua sería  obviamente  la corriente eléctrica.
 
En el circuito tenemos varios caños que distribuyen el agua.  El primer tramo de caño (tramo I) nos entrega cierto flujo de agua (corriente) y luego al llegar al segundo caño (tramo II)  se observa una reducción, que sería la resistencia.
 
El segundo caño (tramo II) es de menor diámetro respecto al tramo I, por lo que apreciamos una diferencia de tensión donde el tramo I es mayor que el tramo II. La cuestión importante radica en que el agua (electricidad) sigue circulando de igual manera, lo que implica que el flujo de corriente no varía.

Figura 3

¿De qué depende la resistencia?

​Una vez que comprendemos el concepto de resistencia en electrónica y electricidad, vamos a ver los factores de los que depende la resistencia de un circuito o una simple sección de cable y que son variados, así que el resultado dependerá siempre de la suma de todos ellos, habrá siempre a favor y en contra. (Francamente, no hay variación excepto en corriente alterna, donde la cosa se complica un poquito con la impedancia que luego aclaramos para diferenciarla de la resistencia en corriente continua) Veámoslos:
 
Longitud:
 
Si comparamos dos cables conductores de igual material y sección pero de diferente longitud cada uno, el de mayor longitud tendrá mayor oposición al movimiento de los electrones debido a que éstos tienen un mayor camino que recorrer.
 
Así  que deducimos que cuanto mayor sea la longitud de un conductor, mayor es la resistencia.
 
En la práctica eso quiere decir que debemos evitar las distancias de cable innecesario ya que aumentaremos la resistencia, es decir consumiremos más energía de la necesaria en el momento del transporte
 
Sección:
 
Al comparar dos cables conductores de igual material y longitud pero de diferente sección, notamos que en el de mayor sección existe un mayor número de electrones, por lo que circula una corriente más intensa.
 
Por tanto deducimos que la resistencia es menor, cuanto mayor sea la sección del conductor.
 
En la práctica, sobre todo en corriente continua significa que debemos procurar usar cables con una sección adecuada y procurar no emplear cables de mala calidad o baratos con secciones muy ajustadas, pues representará también un aumento de la resistencia, que podría incluso provocar un recalentamiento excesivo del cable que llevara incluso a que se “quemara” y provocar un cortocircuito.
 
Temperatura:
 
Los cambios de temperatura influyen en los materiales, tanto es así, que la resistencia de los metales puros aumenta con la temperatura, ya que los átomos comienzan a “vibrar” en su interior dificultando el movimiento de los electrones.
 
Por tanto deducimos que cuanta mayor sea la temperatura de un material, mayor es la resistencia de este.
 
En la práctica, significa que debemos procurar que los circuitos y todo el cableado este en funcionamiento a las temperaturas más bajas que sean posibles, ya no solo para reducir la probabilidad de que se deterioren,  lo que normalmente diríamos como “quemarse” si no para que “consuman” menos, puesto que la temperatura dificulta el transporte de la corriente.
 
 
El material:
 
Cada material tiene unas propiedades diferentes que lo hacen más o menos apropiado para conducir la electricidad, conocer esas propiedades es muy importante para emplear los más adecuados en cada caso y poder calcular los diferentes valores resultantes de un circuito.
 
En nuestro caso no es necesario que de momento nos pongamos a realizar cálculos de forma intensiva, pero al menos es importante de momento que conozcamos esas propiedades para poder entender el comportamiento de los diferentes materiales en los circuitos.
 
Conductancia:
La primera propiedad de los materiales que debemos conocer es la conductancia y está definida como la facilidad con que un material deja fluir la corriente.
 
A mayor conductancia mayor cantidad de corriente permitirá fluir. Como el conductor más comúnmente utilizado es el cobre, todos los metales tienen una clasificación de conductancia, que indica la eficacia con que conduce la corriente en comparación con el cobre.
 
A esta conductancia se le llama conductancia relativa o coeficiente de conductividad. Se concluye que cuanto mayor sea el coeficiente de conductividad que tiene el conductor, menor será la resistencia al paso de la corriente.
 
La conductancia se calcula con la inversa de la resistencia y se mide en S (Siemens).

Tabla donde se muestra la conductancia relativa de algunos materiales.
 
Resistividad
 
Otra de las características básicas de los materiales que debemos conocer es la resistividad o la resistencia específica.
 
La resistividad describe el comportamiento de un material frente al paso de corriente eléctrica, por lo que nos da una idea de lo buen o mal conductor que es.
 
Un valor alto de resistividad indica que el material es mal conductor mientras que uno bajo indicará que es un buen conductor.
 
Se designa por la letra griega  minúscula (ρ) y se mide en ohmios por metro (Ω•m).1
 
Es importante saber que también podemos ver expresado y medir la resistividad en ohmios por mm²/m como vía para simplificar los cálculos y las conversiones de unidades.
 
Generalmente la resistividad de los metales aumenta con la temperatura, mientras que la resistividad de los semiconductores disminuye ante el aumento de la temperatura.

​Así pues la resistividad podemos entenderla como una medida de la oposición que presenta un material al flujo de una corriente, como ya hemos comentado anteriormente esta resistencia interna está directamente relacionada con las vibraciones de las partículas internas, la composición del material o compuesto y otras variables atómicas.

Tabla donde se muestra la resistividad de algunos materiales.
 
Resistencia y temperatura
 
Ya hemos comentado antes el problema de la temperatura, pero vamos a explicarlo de una manera sencilla que podamos entender antes de proseguir: cuando elevamos la temperatura de un material los átomos ganan energía interna (energía cinética) lo que produce una mayor probabilidad de choques entre ellos, así que digamos que están todo el rato moviéndose en todas direcciones impidiendo que un electrón pueda seguir un camino “recto”, imaginemos un campo de fútbol lleno de gente, si la gente está quieta y más o menos alineada, nos resultará fácil atravesar el campo corriendo, pero si comenzaran a moverse en todas direcciones, comenzaríamos a chocar con ellos sin parar, dificultando y ralentizando nuestro intento de atravesar el campo.

​Tabla de coeficientes de temperatura de algunos materiales a 20º
 
Así que el coeficiente de temperatura, habitualmente simbolizado como α, es una propiedad intensiva de los materiales que cuantifica la relación entre la variación de la propiedad física de un material y el cambio de temperatura.
 
Por tanto, es el cambio relativo de una propiedad física cuando la temperatura se cambia un 1 K, es decir un grado Kelvin, lo cual quiere decir que este coeficiente se expresa según el Sistema Internacional de Unidades en 1/K. Su expresión matemática toma la forma:

LEY DE OHM
 
La Ley de Ohm, es por mucho que intentemos evitarlo, algo con lo que tendremos que tratar toda nuestra vida si pretendemos comprender algo y resolver algún que otro problemilla del universo electrónico, así que no podemos pasar de hoy mismo sin conocer a fondo este asunto, aunque sea de forma básica. Conocer bien la ley de Ohm os ayudará a comprender, resolver y entender muchísimos problemas y es ineludible para enfrentarse a la mayoría de problemas más complejos así por favor prestad mucha atención, porque la Ley de Ohm se aplica de forma sencilla a los circuitos básicos de CC (corriente continua) y a todos los dispositivos que empleen esta corriente.
 
En la primera mitad del siglo XIX, el físico alemán Georg S. Ohm se ocupó de investigar la relación de proporcionalidad existente entre la corriente eléctrica (I) y la tensión (V), comprobando que dicha relación se demostró como lineal en aplicaciones donde se utilizara la corriente continua.
 
Primero una descripción sencilla:
 
La unidad de resistencia eléctrica se denomina ohmio. La representación de la misma se realiza con la letra griega "omega" y la definición formal de la Ley de Ohm viene a expresarse así: "La intensidad de la corriente presente en un circuito eléctrico es igual a la tensión en extremos del mismo dividida por su resistencia".
 
Las unidades que empleamos normalmente para que la citada fórmula se cumpla son: la tensión (V) expresada en voltios, la corriente eléctrica (I) en amperios y la resistencia eléctrica (R) en ohmios.

Triángulo de la Ley de Ohm, esta ley expresada aquí gráficamente nos dice que la intensidad de la corriente es directamente proporcional a la tensión e inversamente proporcional a la corriente.
 
Vamos a explicar de forma sencilla y rápida como la Ley de Ohm se comporta linealmente.
 
Imaginemos una tensión constante ejemplo, de 100V alimentando a una resistencia susceptible de poder ser variado su valor arbitrariamente según queramos (que por cierto existen y posteriormente las veremos en la segunda parte: se las denomina potenciómetros)
 
Si a la resistencia le aplicamos un valor de 10 ohmios la intensidad será de 100/10=10 A.
 
Si ahora variamos el valor de la resistencia conectada en el circuito anterior y supongamos que le aplicamos a la resistencia un valor doble al que tenía anteriormente, esto es 20 ohmios, pero mantenemos la tensión 100V la intensidad será esta vez igual a 100/20=5 A.
 
Así pues como vemos, la fórmula de Ohm se comporta linealmente, es decir, si duplicamos la resistencia, manteniendo el voltaje constante, el valor de la intensidad que circula por el circuito se divide por dos.
 
Para que nos sea más fácil de recordar digamos que a mayor resistencia, menor será la intensidad de la corriente cuando se le aplica una tensión determinada.
 
Ahora juguemos un poquito con las matemáticas
 
A circuito abierto, no hay circulación de corriente y cuando hay un cortocircuito (pasa toda la corriente ya que no hay resistencia que le impida circular) no hay caída de tensión.
 
Dado como se expresa la formula de la  “ley de ohm” si hacemos un poco de matemática simple podemos obtener dos formulas más:
 
V = R * I
 
La circulación de una corriente al atravesar  una resistencia nos provocará una diferencia de potencial.
 
R = V/I
 
O sea que esta fórmula resulta muy útil para averiguar que resistencia necesito para que circule determinada corriente con una tensión determinada

Tapando con la mano la letra que representa nuestra incógnita nos quedan indican la relación, si una está al lado de la otra se multiplican y si una está arriba de la otra se dividen.
 
Ejemplos Ley De Ohm
 
Supongamos que tenemos un circuito y queremos conocer el valor de una de las resistencias del circuito, medimos con un polímetro y nos dice que entre sus terminales hay una tensión de 12 V y que por el circula una corriente de 1A ¿Cual es el valor de la resistencia?
 
Para resolver esto simplemente tenemos que aplicar la fórmula de la ley de ohm.

​Con esto creo que ya por hoy tenemos una idea aproximada de los principios básicos de la resistencia, para la mayoría de aplicaciones os será suficiente con esta teoría, pero por si acaso en la próxima entrega voy a profundizar un poco más en la parte teórica para quienes estén más interesados.

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