Ley de Ohm para niños

Enciclopedia para niños

La ley de Ohm, propuesta por el científico alemán Georg Simon Ohm, es una regla fundamental para entender cómo funcionan los circuitos eléctricos. Esta ley nos dice que la diferencia de potencial (o voltaje) que aplicamos en los extremos de un cable o material conductor es directamente proporcional a la corriente que pasa por ese conductor.

Ohm completó su ley al añadir el concepto de resistencia eléctrica. La resistencia es como un "freno" que el material opone al paso de la corriente. Es el factor que relaciona el voltaje y la corriente.

La fórmula principal de la ley de Ohm es:

$V = R \cdot I \,$

Aquí, $V$ es el voltaje (se mide en voltios, V), $R$ es la resistencia (se mide en ohmios, Ω) e $I$ es la intensidad de la corriente (se mide en amperios, A).

En física, la ley de Ohm también se usa de forma más general para describir cómo la densidad de corriente (J) en un material se relaciona con el campo eléctrico (E) que lo atraviesa, usando un valor llamado conductividad (σ). Esta forma más avanzada fue propuesta por Gustav Kirchhoff.

Contenido

¿Quién fue Georg Simon Ohm?
- ¿Cómo descubrió Ohm su ley?
Corriente eléctrica: el movimiento de cargas
- ¿Qué es la intensidad de corriente (I)?
- La densidad de corriente (J)
La ley de Ohm en la práctica
Galería de imágenes
Véase también

¿Quién fue Georg Simon Ohm?

Retrato de Georg Simon Ohm

Georg Simon Ohm nació en Erlangen, Alemania, el 16 de marzo de 1789. Desde joven, ayudó en la cerrajería de su padre, quien también le enseñó mucho. Después de estudiar en la universidad, dirigió el Instituto Politécnico de Núremberg y fue profesor de física experimental en la Universidad de Múnich hasta su fallecimiento el 6 de julio de 1854.

Ohm tenía una gran habilidad para la física experimental. Gracias a esto, pudo entender y medir la resistencia eléctrica. Es famoso en todo el mundo por su ley, que explica la relación entre la corriente, el voltaje y la resistencia. Por eso, la unidad de resistencia eléctrica se llama ohmio en su honor.

Al principio, muchos científicos en Europa no aceptaron sus ideas. Sin embargo, con el tiempo, su trabajo fue reconocido. La Real Sociedad de Londres le dio la Medalla Copley en 1841, y la Universidad de Múnich le ofreció una cátedra de Física en 1849.

Además de su trabajo en electricidad, Ohm también estudió cómo se propagan los sonidos en el oído (acústica fisiológica) en 1840 y, a partir de 1852, se dedicó a la óptica, investigando fenómenos de interferencia de la luz.

¿Cómo descubrió Ohm su ley?

Balanza de torsión de Ohm

Antes de Ohm, otros científicos ya habían hecho experimentos con la corriente y el voltaje, como Henry Cavendish en 1781. Sin embargo, sus resultados no se publicaron hasta mucho después.

En el siglo XIX, no existían los instrumentos precisos que tenemos hoy para medir el voltaje y la corriente. Por eso, Ohm tuvo que crear y modificar sus propios aparatos para sus experimentos. Usó una balanza de torsión (un aparato que mide fuerzas muy pequeñas) y le añadió una barra magnética, inspirándose en el descubrimiento de Hans Christian Ørsted de 1819, quien notó que una corriente eléctrica podía mover una aguja magnética.

Con estos aparatos, cables de diferentes tamaños, una pila voltaica y recipientes con mercurio, Ohm construyó circuitos. Quería encontrar una relación matemática entre la fuerza electromagnética de una corriente y la longitud del cable.

En 1825, publicó un artículo donde mostraba una primera relación. Aunque él mismo dudó de ella, fue el primer paso hacia su gran descubrimiento. Finalmente, en 1827, publicó su famoso artículo "El circuito galvánico, analizado matemáticamente", donde presentó la ley que hoy conocemos como la ley de Ohm.

Al principio, este artículo no fue bien recibido, lo que llevó a Ohm a renunciar a su puesto de profesor. Sin embargo, en 1833, aceptó un nuevo puesto en la Escuela Politécnica de Núremberg, donde continuó sus investigaciones.

Corriente eléctrica: el movimiento de cargas

¿Qué es la intensidad de corriente (I)?

Corriente eléctrica de cargas positivas

Corriente eléctrica de cargas negativas

Algunas partículas, como los electrones o los iones, tienen una propiedad llamada carga eléctrica. La corriente eléctrica es el movimiento de estas cargas. Se define como la cantidad de carga que pasa por un punto en un cable en un determinado tiempo.

La unidad de la corriente en el SI es el amperio (A). Un amperio significa que un culombio de carga pasa por segundo. Por convención, se considera que la corriente eléctrica se mueve en el mismo sentido que se moverían las cargas positivas, aunque en los metales son los electrones (cargas negativas) los que se mueven.

Cuando las cargas se mueven en un material, como un metal, chocan constantemente con los átomos del material. Estos choques hacen que las cargas no se aceleren indefinidamente, sino que alcancen una velocidad constante llamada velocidad de arrastre. Es como una gota de lluvia que cae: al principio acelera, pero luego el aire la frena y cae a una velocidad constante.

Analogía de la velocidad límite con la velocidad media de caída de una bola por un plano inclinado con pivotes. La bola es frenada repetidamente por los pivotes (los iones de la red cristalina del material conductor) de manera que su velocidad media de bajada es constante

La densidad de corriente (J)

Detalle de la corriente en el conductor, la densidad de corriente y la velocidad de arrastre. En la figura aparece el esquema de un trozo elemental de material (ampliado) por el que circula una corriente eléctrica; se aprecia el sentido del movimiento de cargas según el campo eléctrico aplicado (por tanto, el de las cargas positivas) y que por convenio es el de circulación de la corriente

La densidad de corriente ( $\vec {J}$ ) es una medida de cuánta corriente pasa por una cierta área del material. Es un vector que apunta en la dirección de la corriente. Se relaciona directamente con la velocidad de arrastre de las partículas cargadas.

La fórmula para la densidad de corriente es:

$J= {{I} \over {A}} = nqv_a$

Donde $I$ es la corriente, $A$ es el área, $n$ es el número de partículas cargadas por volumen, $q$ es la carga de cada partícula y $v_a$ es la velocidad de arrastre.

La ley de Ohm en la práctica

La ley de Ohm clásica

La ley de Ohm nos dice que en muchos materiales, como la mayoría de los metales, la relación entre la densidad de corriente ( $J$ ) y el campo eléctrico ( $E$ ) es constante. Esta constante se llama conductividad ( $\sigma$ ).

$\vec {J} = \sigma \vec {E}$

A partir de esta idea, se llega a la ley de Ohm que usamos más a menudo:

$V=R I$

Para los metales, la resistencia (R) suele ser constante, es decir, no cambia con la cantidad de corriente. A estos materiales se les llama lineales u óhmicos. Sin embargo, en otros materiales, como los semiconductores, la resistencia no es constante. Estos se llaman materiales no lineales o no óhmicos.

La ley de Ohm no es una ley fundamental de la naturaleza que se cumpla siempre, pero es muy útil y se aplica a una gran variedad de materiales, especialmente los metales.

¿Qué es la resistividad y la resistencia?

Resistividad

La resistividad (símbolo ρ, letra griega rho) es lo contrario de la conductividad. Es una propiedad específica de cada material que indica qué tan bien (o mal) conduce la electricidad. Se mide en ohmios por metro (Ω·m).

$\rho \equiv (\Omega \ \mathrm{m})$

Resistencia eléctrica de un conductor

De forma práctica, la ley de Ohm puede obtenerse considerando una porción de un cable recto de sección trasversal

A

y longitud

l

La resistencia ( $R$ ) de un cable o conductor depende de tres cosas:

La resistividad (ρ) del material.
La longitud (l) del cable.
El área de su sección transversal (A) (qué tan grueso es el cable).

La fórmula es:

Error al representar (Falta el ejecutable <code>texvc</code>. Véase math/README para configurarlo.): R = \frac{\rho \cdot l}{A}

Esto significa que un cable más largo o más delgado tendrá mayor resistencia.

La resistencia también se define como la relación entre el voltaje aplicado a un conductor y la corriente que pasa por él:

$R = {V \over I}$

Resistividad eléctrica y su relación con la resistencia eléctrica

Un ohmio (Ω) es la resistencia de un conductor que, al aplicarle un voltaje de un voltio, permite el paso de una corriente de un amperio.

Los materiales con alta resistividad son malos conductores (o buenos aislantes), mientras que los de baja resistividad son buenos conductores.

¿Cómo afecta la temperatura a la resistencia?

La resistividad de un material óhmico cambia con la temperatura. En general, para los metales, la resistividad aumenta a medida que la temperatura sube. Esto se puede calcular con una fórmula que considera la resistividad a una temperatura de referencia y un coeficiente de temperatura.

**Resistividades y coeficientes de temperatura de resistividad para varios materiales**
Material	Resistividad ρ a 20 °C, Ω x m	Coeficiente de temperatura α a 20 °C, K^-1
Plata	1,6 x 10^-8	3,8 x 10^-3
Cobre	1,7 x 10^-8	3,9 x 10^-3
Aluminio	2,8 x 10^-8	3,9 x 10^-3
Wolframio	5,5 x 10^-8	4,5 x 10^-3
Hierro	10 x 10^-8	5,0 x 10^-3
Plomo	22 x 10^-8	4,3 x 10^-8
Mercurio	96 x 10^-8	0,9 x 10^-3
Nicron	100 x 10^-8	0,4 10^-3
Carbono	3500 x 10^-8	-0,5 x 10^-3
Germanio	0,45	-4,8 x 10^-2
Silicio	640	-7,5 x 10^-2
Madera	10⁸ -10¹⁴
Vidrio	10¹⁰ -10¹⁴
Goma dura	10¹³ -10¹⁶
Ámbar	5 x 10¹⁴
Azufre	1 x 10¹⁵

Para materiales como el carbono, el germanio y el silicio, la resistividad disminuye con la temperatura.

Materiales especiales: semiconductores y superconductores

Superconductores: Son materiales que, por debajo de una cierta temperatura muy baja (llamada temperatura crítica, $T_c$ ), no ofrecen ninguna resistencia al paso de la corriente eléctrica. Esto significa que la corriente puede fluir sin perder energía en forma de calor. Este fenómeno fue descubierto en 1911 por el físico neerlandés Heike Kamerlingh Onnes mientras estudiaba el mercurio a temperaturas muy bajas. Por este descubrimiento, recibió el Premio Nobel de Física en 1913.

**Temperaturas críticas de varios superconductores**
Material	Tc (K)
$\rm HgBa_2Ca_2Cu_3O_8$	134
$\rm Tl-Ba-Ca-Cu-O$	125
$\rm YBa_2Cu_3O_7$	92
$\rm Nb_3Ge$	23.2
$\rm Nb_3Sn$	23.2
$\rm Nb$	9.46
$\rm Pb$	7.18
$\rm Hg$	4.15
$\rm Sn$	3.72
$\rm Al$	1.19
Error al representar (Falta el ejecutable <code>texvc</code>. Véase math/README para configurarlo.): \rm Zn</center> \|\| <center>0.88</center> \|} En 1986, [[Johannes Georg Bednorz]] y [[Karl Alexander Müller]] descubrieron materiales cerámicos superconductores que funcionan a temperaturas más altas, lo que los hace más fáciles y baratos de usar. Una característica importante de los superconductores es que una vez que la corriente empieza a fluir, puede seguir haciéndolo por mucho tiempo sin necesidad de más energía. Además, en 1933, [[Walter Meissner]] y [[Robert Ochsenfeld]] descubrieron que los superconductores no solo no tienen resistencia, sino que también pueden expulsar un [[campo magnético]] de su interior (efecto Meissner). == Energía en los circuitos eléctricos == === ¿Qué es el efecto Joule? === [[Archivo:Joule2.jpg\|thumb\|El circuito desprende energía en forma de calor]] El [[efecto Joule]] es un fenómeno que ocurre cuando la corriente eléctrica pasa por un conductor. Parte de la energía de los electrones se convierte en calor debido a los choques con los átomos del material. Esto hace que el conductor se caliente. El nombre es en honor a su descubridor, el físico británico [[James Prescott Joule]]. La potencia (P) que se disipa en forma de calor en un conductor se calcula con la fórmula: {{ecuación\|<math>P= V\cdot I }} Y la energía (E) disipada en un tiempo (t) es: $E = P\cdot t$ Combinando estas fórmulas con la ley de Ohm, obtenemos la ley de Joule: $E = I^{2}\cdot R\cdot t$ Esto significa que la cantidad de calor producido depende del cuadrado de la corriente, del tiempo que circula y de la resistencia del material. Este efecto es útil en aparatos como hornos, tostadoras o calefacciones eléctricas, donde el calor es el objetivo. Sin embargo, en la mayoría de los aparatos electrónicos, como los ordenadores, el calor es un efecto no deseado y por eso necesitan ventiladores para evitar el sobrecalentamiento. ¿Cómo se suministra la energía en un circuito? El generador tiene una resistencia interna, r Para que la corriente fluya en un circuito, se necesita una fuente de energía que mantenga una diferencia de potencial. A esta energía se le llama fuerza electromotriz (FEM), y se representa con el símbolo $\varepsilon$ . La FEM es la energía que una fuente (como una pila o una batería) proporciona para mover una unidad de carga a través de un circuito. La energía que suministra un generador se puede expresar como: $E = \varepsilon\cdot q = \varepsilon\cdot I\cdot t$ Y la potencia que suministra es: $P = \varepsilon\cdot I$ Los generadores reales tienen una pequeña resistencia interna ( $r$ ), lo que significa que una parte de la energía que producen se pierde en forma de calor dentro del propio generador. Batería que impulsa cargas eléctricas a través de un circuito cerrado La diferencia de potencial ( $\Delta V$ ) que realmente se aplica al circuito externo es la FEM menos la caída de voltaje debido a la resistencia interna del generador: $\Delta V=\varepsilon-I\cdot r$ Si no hay corriente en el circuito (circuito abierto), la diferencia de potencial en los bornes del generador es igual a su fuerza electromotriz. Galería de imágenes Resistividad en función de la temperatura para un metal como el cobre. Se observa que la resistividad es casi proporcional a la temperatura. La curva es lineal sobre un amplio intervalo de temperaturas y $\rho$ aumenta al hacerlo la temperatura. Cuando $T$ tiende al cero absoluto, la resistividad tiende a un valor finito $\rho_0$ . Resistividad en función de la temperatura para un semiconductor puro, como el silicio o el germanio. Resistencia en función de la temperatura para una muestra de mercurio, cuya temperatura crítica $T_c$ es de 4,2 K. Véase también En inglés: Ohm's law Facts for Kids Electricidad Potencia eléctrica Resistencia eléctrica Efecto Joule Leyes de Kirchhoff

Obtenido de «https://ninos.kiddle.co/index.php?title=Ley_de_Ohm&oldid=5063129»

Todo el contenido de los artículos de la Enciclopedia Kiddle (incluidas las imágenes) se puede utilizar libremente para fines personales y educativos bajo la licencia Atribución-CompartirIgual a menos que se indique lo contrario. Citar este artículo:

Ley de Ohm para Niños. Enciclopedia Kiddle.