Introducción

Relevancia del Tema

La Ley de Ohm es una de las piedras angulares de la disciplina de Física y de los estudios sobre electricidad. Es una herramienta esencial para comprender el comportamiento de los circuitos eléctricos y de los dispositivos que los integran. Sin dominar la 1ª Ley de Ohm, nuestra comprensión del mundo de la electricidad estaría incompleta.

Contextualización

Dentro del vasto campo de la Física, la ley de Ohm se inserta en el estudio de la Electrodinámica, que analiza el flujo de cargas eléctricas en conductores. Esta ley, formulada por el científico alemán Georg Simon Ohm, describe la relación entre la corriente eléctrica que atraviesa un resistor, la tensión que se aplica a ese resistor y la resistencia del propio resistor. Estos conceptos formarán la base para estudios más avanzados en Física, como Electromagnetismo y Electrotécnica. La ley de Ohm es, por lo tanto, un elemento clave para la comprensión de conceptos más abstractos y complejos como los circuitos eléctricos y la potencia eléctrica.

Desarrollo Teórico

Componentes

• Corriente Eléctrica:

  • La corriente eléctrica es el flujo de cargas eléctricas que recorre un conductor por unidad de tiempo. Se mide en amperios (A).
  • Analogía con el flujo de agua en una tubería: la corriente eléctrica es la cantidad de agua que pasa por un punto en un intervalo de tiempo determinado.

• Tensión Eléctrica (DDP):

  • La tensión eléctrica, o diferencia de potencial eléctrico (DDP), es la cantidad de energía eléctrica que cada unidad de carga eléctrica posee en un punto de un circuito. Se mide en voltios (V).
  • Analogía con la presión del agua en una tubería: la tensión eléctrica es la fuerza que impulsa la corriente eléctrica, al igual que la presión del agua impulsa su flujo.

• Resistencia Eléctrica:

  • La resistencia eléctrica es la oposición ofrecida por un conductor al flujo de corriente eléctrica. Se mide en ohmios (Ω).
  • Analogía con el diámetro de la tubería: cuanto mayor es la resistencia, menor es el flujo de corriente para una misma tensión aplicada, al igual que una tubería con un diámetro menor ofrece mayor resistencia al flujo de agua.

Términos Clave

• Corriente continua: Es el flujo constante de cargas en un único sentido, como es el caso de la corriente que sale de una pila.

• Resistor: Componente electrónico que presenta un valor de resistencia que limita o regula el flujo de corriente eléctrica en un circuito.

Ejemplos y Casos

• Circuito Simple

  • Considerando un circuito simple con una pila, un interruptor (llave) y un resistor conectados en serie.
  • La tensión eléctrica de la pila, cuando el interruptor está cerrado, proporciona la fuerza motriz para que la corriente eléctrica recorra el circuito.
  • El resistor, al ofrecer resistencia al flujo de la corriente eléctrica, puede utilizarse para encender una lámpara, por ejemplo.
  • La 1ª Ley de Ohm permite calcular la corriente eléctrica que fluirá por el circuito cuando se conocen la tensión de la pila y la resistencia del resistor.

• Bombillas en Paralelo

  • Si colocamos dos bombillas en paralelo en lugar de en serie, la resistencia total del circuito disminuirá, lo que resultará en un aumento en la corriente total del circuito (si la tensión de la fuente de energía permanece igual).
  • Esto ejemplifica que, para un mismo valor de tensión, cuanto menor sea la resistencia, mayor será la corriente, como predice la ley de Ohm (I=V/R).

• Alambre de Acero y de Cobre

  • Los alambres de acero y de cobre pueden tener la misma longitud y la misma área de sección transversal, pero el alambre de cobre tendrá una resistencia mucho menor que la del acero.
  • Esto ilustra la relación directa entre la resistencia de un conductor y la resistividad del material del cual está hecho (R = ρ * L/A, donde ρ es la resistividad del material, L es la longitud del alambre y A es el área de sección transversal del alambre).

Resumen Detallado

Puntos Relevantes

1. La corriente eléctrica (I): Flujo de Cargas

   • La corriente eléctrica es el flujo de cargas eléctricas por unidad de tiempo (amperios).
   • Analogía del flujo de agua en una tubería: la corriente eléctrica equivale a la cantidad de agua que pasa por un punto de la tubería durante un cierto intervalo de tiempo.

2. La Tensión Eléctrica (V): Fuerza que Empuja la Corriente

   • La tensión eléctrica, o diferencia de potencial eléctrico (DDP), es una medida de la energía que cada unidad de carga eléctrica posee en un punto de un circuito (voltios).
   • Analogía de la presión del agua en una tubería: al igual que la presión del agua impulsa su flujo, la tensión eléctrica es lo que impulsa la corriente eléctrica.

3. Resistencia Eléctrica (R): Oposición al Flujo de Cargas

   • La resistencia eléctrica es la oposición ofrecida al flujo de corriente eléctrica (ohmios).
   • Analogía del diámetro de la tubería: al igual que un diámetro menor de tubería ofrece más resistencia al flujo de agua, una resistencia mayor en el circuito ofrece más resistencia al flujo de corriente eléctrica.

4. Ley de Ohm (I = V/R): La relación entre Corriente, Tensión y Resistencia

   • La 1ª Ley de Ohm describe la relación entre corriente, tensión y resistencia dentro de un circuito: la corriente es igual a la tensión dividida por la resistencia.
   • Proporciona una guía para comprender cómo estas tres cantidades están interconectadas en un circuito.

Conclusiones

1. La ley fundamental de la electricidad: La Ley de Ohm es una de las leyes fundamentales de la electricidad, describiendo la relación entre corriente, tensión y resistencia. Es esencial para entender el comportamiento de los circuitos eléctricos.

2. Influencia de los componentes de un circuito: La corriente eléctrica que recorre un circuito está determinada no solo por la tensión aplicada, sino también por la resistencia ofrecida. Esta comprensión es crucial al diseñar o trabajar con circuitos eléctricos.

3. Importancia de los análisis cuantitativos: La 1ª Ley de Ohm proporciona la base para el análisis cuantitativo de los circuitos eléctricos. Permite predecir la corriente que fluirá en un circuito, siempre que se conozcan los valores de la tensión y la resistencia.

Ejercicios

1. Ejercicio 1:

   • Si en un circuito la tensión aplicada es de 10 voltios y la resistencia del circuito es de 2 ohmios, ¿cuál es la corriente que fluye en este circuito?
   • Usar I = V/R, la Ley de Ohm.

2. Ejercicio 2:

   • En un circuito, una fuente de tensión suministra una corriente de 5 amperios a una resistencia de 4 ohmios. ¿Cuál es la tensión disponible en este circuito?
   • Reorganizar la fórmula de la Ley de Ohm para encontrar V.

3. Ejercicio 3:

   • En un circuito con varias resistencias en serie, si la tensión total aplicada es de 20 voltios y la resistencia total es de 10 ohmios, ¿cuál es la corriente total que fluye en este circuito?
   • Usar I = V/R, la Ley de Ohm.

Recuerda, la aplicación de la Ley de Ohm es un paso importante para el análisis y la solución de problemas en Física. ¡Por lo tanto, practica la ley de Ohm en diferentes escenarios para solidificar el conocimiento sobre el tema!