La ley de Ohm es una de las leyes fundamentales de la física y la ingeniería eléctrica. Fue formulada por el físico alemán Georg Simon Ohm en 1827 y describe la relación entre la corriente eléctrica, el voltaje y la resistencia en un circuito eléctrico.
En esta artículo aboradremos la definición, explicaremos la fórmula y explicaremos las características y conceptos fundamentales relacionados con esta ley.
Definición de la ley de Ohm
La ley de Ohm es una ley en la electricidad que establece que: “la fuerza de una corriente continua es directamente proporcional a la diferencia de potencial e inversamente proporcional a la resistencia del circuito.”
Fórmula de la ley de Ohm
En términos matemáticos la ley de Ohm se aplica mediante la ecuación:
Dónde:
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R es la resistencia eléctrica. Por resistencia nos referimos al obstáculo que la corriente encuentra en su camino, cuanto más alto sea, más difícil será que la corriente lo atraviese. La unidad de medida de la resistencia son los ohmios, simbolizados por la letra griega omega (Ω).
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I es la intensidad de una corriente eléctrica que atraviesa un conductor expersada en Amperios (A).
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V es el voltaje. Por voltaje en cambio nos referimos a la diferencia de potencial entre un punto con respecto a otro expresado en Voltios (V).
La intensidad de corriente de las cargas eléctricas es directamente proporcional al voltaje aplicado e inversamente proporcional a la resistencia.
Para el voltaje, en cambio, cuanto mayor sea, mayor será la fuerza de atracción que genera para mover las cargas, por lo que para el mismo valor resistivo será directamente proporcional a la corriente.
¿Qué es el triángulo de la ley de Ohm?
El triángulo de la ley de Ohm es un truco para recordar la fórmula.
Para obtener la fórmula del triángulo tenemos que tapar con la mano la variable que queremos obtener. Si los dos elementos restantes quedan uno encima del otro se dividen, si quedan en línea se multiplican.
Las tres posibles combinaciones son:
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I = V / R
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V = I · R
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R= V / I
Componentes clave de la ley de Ohm
Para comprender completamente la ley de Ohm, es esencial analizar los tres componentes principales involucrados: voltaje, corriente y resistencia.
Voltaje
El voltaje, también conocido como diferencia de potencial o tensión, es la fuerza que impulsa a los electrones a moverse a través de un conductor. Es una medida de la energía potencial eléctrica por unidad de carga.
Cuando hay una diferencia de potencial entre dos puntos en un circuito, los electrones fluyen desde el punto de mayor potencial al punto de menor potencial. Este flujo de electrones es lo que llamamos corriente eléctrica.
El voltaje se mide en voltios (V), y una forma de visualizarlo es pensar en un sistema hidráulico. Si consideramos el agua en una tubería, el voltaje sería equivalente a la presión que empuja el agua a través de la tubería. Cuanta mayor sea la presión, mayor será el flujo de agua.
Resistencia
La resistencia es una medida de la oposición al flujo de corriente en un conductor. Se mide en ohmios (Ω), y su valor depende del material, la forma y la temperatura del conductor. Los conductores con alta resistencia dificultan el paso de la corriente, mientras que los conductores con baja resistencia permiten que la corriente fluya fácilmente.
La resistencia está influenciada por factores como la longitud y el área transversal del conductor. Según la ley de resistencia de los materiales, la resistencia es directamente proporcional a la longitud del conductor e inversamente proporcional a su área transversal. Los materiales conductores, como el cobre y el aluminio, tienen baja resistencia, mientras que los materiales no conductores, como la madera y el plástico, tienen alta resistencia.
Corriente eléctrica
La corriente eléctrica es el flujo de electrones a través de un conductor. Se mide en amperios (A), y puede ser comparada con la cantidad de agua que fluye a través de una tubería. En un circuito eléctrico, la corriente es el flujo neto de carga a través de un área transversal del conductor por unidad de tiempo.
Hay dos tipos principales de corriente: corriente continua (CC) y corriente alterna (CA). En la corriente continua, los electrones fluyen en una dirección constante, mientras que en la corriente alterna, los electrones cambian de dirección periódicamente.
La ley de Ohm se aplica a ambos tipos de corriente, pero en sistemas de corriente alterna, factores como la impedancia (una combinación de resistencia, capacitancia e inductancia) también juegan un papel importante.
Explicación de la ley de Ohm con un ejemplo
Para comprender mejor la ley de Ohm recurriremos a un ejemplo hidráulico simple:
Imaginemos una manguera conectada al depósito de un camión de bomberos.
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Voltaje (V). El voltaje equivale a la potencia de la bomba de agua del camión. La bomba de agua “aplica un voltaje” al circuito.
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Resistencia (R). La resistencia del circuito eléctrico es equivalente a la resistencia que ofrece la manguera (diámetro). Si la manguera tiene un diámetro grande el agua fluirá con mayor facilidad que si el diámetro es pequeño. En el ejemplo del circuito eléctrico, el concepto de la resistencia es equivalente pero se expresa en Ohmios (Ω).
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Intensidad de corriente (I). En nuestro ejemplo, la intensidad es la cantidad de moléculas de agua que fluyen por una sección de la manguera por unidad de tiempo. En un circuito eléctrico, el equivalente de las moléculas son las cargas eléctricas.
En este símil, es fácil comprender, que si aumentamos la capacidad de de la bomba (voltaje) aumentará el caudal de agua (intensidad). De la misma forma, si utilizamos una manguera más pequeña (mayor resistencia), el caudal también disminuirá.
Limitaciones de la ley
Aunque la Ley de Ohm es extremadamente útil, tiene algunas limitaciones. La principal limitación es que solo se aplica a materiales y componentes que se comportan de manera lineal, es decir, aquellos que tienen una relación lineal entre voltaje y corriente. Estos materiales se denominan "ohmicos", y su resistencia es constante independientemente del voltaje y la corriente.
Sin embargo, no todos los materiales se comportan de manera ohmica. Los semiconductores, como el silicio, tienen una relación no lineal entre voltaje y corriente, lo que significa que su resistencia cambia con el voltaje aplicado. Los dispositivos como los diodos y los transistores no siguen la Ley de Ohm de manera estricta, ya que su comportamiento es más complejo.
Además, en circuitos de corriente alterna (CA) donde hay capacitancia e inductancia, la Ley de Ohm debe modificarse para tener en cuenta la impedancia, que es la oposición total al flujo de corriente, incluyendo la resistencia, la capacitancia y la inductancia.
La ley de Ohm y la potencia eléctrica
A veces se utiliza la fórmula de la potencia eléctrica aplicando la ley de Ohm.
La fórmula de potencia es la siguiente (con unidad de vatios):
P = V · I, (potencia = voltaje x corriente)
y sus variantes: V = P / I e I = P/V,
Las dos variantes se pueden sustituir en la fórmula de la ley de Ohm. Por ejemplo, si partimos de la fórmula para calcular el voltaje y sustituimos tenemos la siguiente fórmula:
V = ( P / V) · R
Aislando la potencia nos queda de la siguiente forma:
V² · R = P
Historia de la ley de Ohm
La Ley de Ohm fue descubierta y publicada por Georg Simon Ohm en su libro Die galvanische Kette, mathematisch bearbeitet en 1827. Aunque su descubrimiento ahora es ampliamente reconocido como un avance fundamental en la física y la ingeniería eléctrica, en su tiempo no fue recibido con tanto entusiasmo.
Muchos científicos contemporáneos no comprendieron plenamente el significado de su trabajo, y Ohm no recibió el reconocimiento inmediato que merecía.
El contexto histórico en el que Ohm formuló su ley es importante para comprender la magnitud de su descubrimiento. A principios del siglo XIX, los científicos estaban comenzando a explorar las propiedades de la electricidad y el magnetismo, pero los fundamentos de estos fenómenos no estaban bien comprendidos. Las primeras investigaciones sobre electricidad estaban en gran medida centradas en fenómenos electrostáticos (cargas eléctricas en reposo), y la comprensión de la corriente eléctrica (cargas en movimiento) era rudimentaria.
Ohm llevó a cabo una serie de experimentos cuidadosos utilizando alambres conductores y diferentes fuentes de voltaje para medir la relación entre la corriente que fluía a través de los conductores y el voltaje aplicado. A partir de estos experimentos, formuló la ley que lleva su nombre, la cual describía la relación entre estos tres elementos de manera matemática.
A pesar de la resistencia inicial de la comunidad científica, el trabajo de Ohm sentó las bases para el desarrollo de la teoría eléctrica y tuvo un impacto duradero en la ingeniería y la tecnología. En reconocimiento a sus contribuciones, la unidad de resistencia eléctrica en el Sistema Internacional de Unidades (SI) fue nombrada en su honor: el ohmio (Ω).