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Magnitudes fundamentales de la energía eléctrica.
Resistencia eléctrica. Ley de Ohm
Todos los componentes electrónicos presentan algún tipo de relación entre la tensión aplicada a sus terminales y la corriente que los atraviesa. Se denominan elementos resistivos a los elementos que disipan energía y que
cumplen que la relación entre la tensión que se aplica a sus terminales y la corriente que los atraviesa pueda ser representada por una gráfica en los ejes cartesianos corriente-tensión (ver figura ). Esta gráfica está limitada a los cuadrantes primero y tercero ya que la potencia que disipan es positiva.
Figura: Ejemplo de característica i-v de un elemento resistivo
Muchos componentes y dispositivos electrónicos (resistencias, diodos, transistores,...) se comportan como elementos resistivos en determinados ámbitos de operación. Sin embargo, no todos los elementos de circuito son resistivos. Por ejemplo, en los condensadores, la tensión entre terminales es proporcional a la integral de la corriente, mientras que en los inductores, la tensión es proporcional a la derivada de la corriente. El objetivo de esta página es estudiar uno de estos elementos resistivos denominado resistencia, y los circuitos en los que interviene.
La resistencia eléctrica se refiere a la relación existente entre las tres magnitudes fundamentales. Se
enuncia de la siguiente manera : " la intensidad es directamente proporcional a la
tensión e inversamente proporcional a la resistencia ".
Matemáticamente se expresa así:
La fórmula corresponde a una resistencia lineal ideal es un elemento de circuito cuya característica i-v es una recta que pasa por el origen.
Figura : a) Símbolo de la resistencia, sentido de la corriente y signo de la caída de tensión. b) Característica i-v de la resistencia
En la recta R, denominada resistencia, es la inversa de la pendiente de la recta, y es constante y positiva. A esta ecuación se la conoce como ley de Ohm : la caída de tensión entre los terminales de la resistencia es proporcional a la corriente que la atraviesa. Su símbolo circuital, el signo de la tensión v, y el sentido de la corriente i, se representan en la figura anterior.
Una interpretación física del concepto
de resistencia está implícito en su propio
nombre: dificultad al paso de una corriente. Cuando se aplica una tensión entre los terminales, a mayor resistencia menor corriente, y viceversa.
La unidad de resistencia es el ohmio (Ω). De la expresión R = V / I; resulta:
1 ohmio = 1 voltio / 1 amperio
POTENCIA
Consideremos el elemento del circuito representado en la siguiente figura.
Figura: Un elemento de circuito arbitrario, con la tensión v y corriente i entre sus terminales.
Este elemento puede ser una fuente de tensión, una fuente de corriente, o una resistencia (o cualquier otro elemento). Suponiendo que los valores de la
corriente i y de la tensión v son positivos, se puede afirmar que la carga eléctrica(que circula de izquierda a derecha) está perdiendo energía al pasar por el elemento. Cuando la unidad de carga circulando entra al elemento, tiene una energía v julios mayor que cuando sale. Así es como, en realidad, definimos la
tensión (v):
Recordemos que la corriente eléctrica está dada por
O sea, el producto de tensión por corriente tiene dimensiones de potencia p,
El producto p = v x i es, por tanto, la potencia (energía por unidad de tiempo)
entregada por la carga eléctrica al circular por el elemento. La unidad de potencia
en el sistema SI es el vatio (W).
El comportamiento de un elemento por el flujo de energía depende de la clase de elemento de que se trate. Las resistencias devuelven al instante esta potencia en calor que es liberado al aire. Ciertos tipos de fuentes (las baterías) la convierten, en su mayor parte, en energía química que es almacenada.
En la formula:
Si el valor de p asociado a algún elemento resulta negativo, indica que el
elemento, realmente, está devolviendo energía al circuito. Por ejemplo, cuando una batería de auto está arrancando el motor, la energía está siendo entregada por la batería al circuito. El valor p asociado con la batería es, en este caso, negativo. El valor de p asociado con el motor de arranque es positivo.
Sustituyendo la ecuación v = i * R, ley de ohm, en la ecuación p = v x i se obtiene.
Resistencias en serie.
Se dice que dos elementos cualesquiera están en serie si se cumplen dos
condiciones:
1. Un terminal de cada elemento está conectado a un nodo común.
2. Ningún otro elemento está conectado a dicho nodo.
Ejemplo
Las tres resistencias de la siguiente figura están en serie puesto que cumplen las condiciones 1 y 2.
La resistencia total es la suma de todas las resistencias del circuito. Rf = R1 + R2 + R3
La corriente es la misma en cualquier punto del circuito. It = I1 = I2 = I3
El voltaje total en el circuito es igual a la suma de los voltajes en cada
elemento.
Et = 10 v + 20 v + 70 v = 100 v
Resistencias en paralelo
Se dice que dos elementos cualesquiera están en paralelo si se cumplen dos
condiciones:
1. Un terminal de cada elemento está conectado a un nodo común.
2. El restante terminal de cada elemento está conectado a otro nodo común.
Ejemplo
Las dos resistencias de la siguiente figura están en paralelo puesto que cumplen
las condiciones 1 y 2.
La resistencia total resulta de
La corriente es diferente en cada rama del circuito,
I1 ≠ I2
La corriente total es igual a la suma de las corrientes en cada
rama.
It = I1 + I2 = 6 A + 3 A = 9 A
Resistencias en conexión mixta o serie-paralelo
Es la combinación de circuitos serie y paralelo.
Figura: como se divide el voltaje en un circuito serie paralelo.
Resolución de un circuito de resistencias serie paralelo, hasta llegar a una resistencia de valor equivalente al conjunto.
Los circuitos mas complicados solo requieren mas pasos, siendo las fórmulas siempre las mismas.
Identificación de resistencias.
Colores indicativos de resistencias.
Ejemplos:
Para evitar dificulatades de lectura, el quinto anillo tiene que ser de 1,5 a 2 veces mas ancho que los anteriores. |
