La ley de Ohm establece la relación entre la corriente eléctrica y la diferencia de potencial. La corriente que circula por la mayoría de los conductores es directamente proporcional a la tensión que se le aplica. Georg Simon Ohm, físico alemán, fue el primero en verificar experimentalmente la ley de Ohm.
Explicación de la Ley de Ohm
Una de las leyes más básicas e importantes de los circuitos eléctricos es la ley de Ohm.
La ley de Ohm establece que la tensión a través de un conductor es directamente proporcional a la corriente que fluye a través de él, siempre que todas las condiciones físicas y las temperaturas permanezcan constantes.
Matemáticamente, esta relación corriente-voltaje se escribe como:
V = I R
En la ecuación, la constante de proporcionalidad, R, se llama Resistencia y tiene unidades de ohmios, con el símbolo Ω.
La misma fórmula puede reescribirse para calcular la corriente y la resistencia, respectivamente, de la siguiente manera.
I = V / R
R = V / I
La ley de Ohm sólo es válida si la temperatura proporcionada y los demás factores físicos permanecen constantes. En ciertos componentes, el aumento de la corriente hace que la temperatura aumente. Un ejemplo de ello es el filamento de una bombilla, en el que la temperatura aumenta al aumentar la corriente. En este caso, no se puede aplicar la ley de Ohm. El filamento de la bombilla viola la Ley de Ohm.
¿Qué establece la Ley de Ohm?: La ley de Ohm establece que el voltaje a través de un conductor es directamente proporcional a la corriente que fluye a través de él, siempre que todas las condiciones físicas y la temperatura, permanezcan constantes.
Ecuación de la Ley de Ohm: V = IR, donde V es el voltaje a través del conductor, I es la corriente que fluye a través del conductor y R es la resistencia proporcionada por el conductor al flujo de corriente.
Relación entre Voltaje, Corriente y Resistencia
Analizando las filas 1, 2 y 3, llegamos a comprender que duplicar y triplicar el voltaje conduce a duplicar y triplicar la corriente en el circuito. Del mismo modo, al comparar las filas 1 y 4 y las filas 2 y 5, llegamos a comprender que duplicar la resistencia total sirve para reducir a la mitad la corriente en el circuito.
Analogía de la Ley de Ohm en una Tubería de Agua
La Ley de Ohm describe el flujo de corriente a través de una resistencia cuando se aplican diferentes potenciales eléctricos (voltaje) en cada extremo de la resistencia. Dado que no podemos ver los electrones, la analogía de las tuberías de agua nos ayuda a entender mejor los circuitos eléctricos. El agua que fluye por las tuberías es un buen sistema mecánico análogo a un circuito eléctrico.
Aquí, el voltaje es análogo a la presión del agua, la corriente es la cantidad de agua que fluye por la tubería y la resistencia es el tamaño de la tubería. Cuanto mayor sea la presión (voltaje) y cuanto más grande sea la tubería (menor es la resistencia), más agua fluirá por ella (corriente).
El siguiente vídeo muestra la demostración física de la analogía de la tubería de agua y te explica los factores que afectan al flujo de la corriente.
Verificación Experimental de la Ley de Ohm
La Ley de Ohm se puede comprobar fácilmente con el siguiente experimento:
Aparatos necesarios:
- Resistor
- Amperímetro
- Voltímetro
- Batería
- Plug key
- Reóstato
Diagrama del circuito:
Procedimiento:
- Inicialmente, la llave K está cerrada y el reóstato se ajusta para obtener la lectura mínima en el amperímetro A y el voltímetro V.
- La corriente en el circuito se aumenta gradualmente moviendo el terminal deslizante del reóstato. Durante el proceso, se registra la corriente que circula por el circuito y el correspondiente valor de la diferencia de potencial a través del hilo de la resistencia R.
- De esta manera se obtienen diferentes conjuntos de valores de tensión y corriente.
- Para cada conjunto de valores de V e I, se calcula la relación V/I.
- Cuando se calcula la relación V/I para cada caso, se observa que es casi la misma. Por tanto, V/I = R, que es una constante.
- Traza una gráfica de la corriente contra la diferencia de potencial, será una línea recta. Esto demuestra que la corriente es proporcional a la diferencia de potencial.
Triángulo de la Ley de Ohm
Puedes utilizar el triángulo de la Ley de Ohm para recordar las diferentes ecuaciones de la ley de Ohm utilizadas para resolver las diferentes variables (V, I, R).
Si se pide el valor de la tensión y se dan los valores de la corriente y la resistencia, entonces para calcular la tensión basta con cubrir V en la parte superior. Entonces, nos quedamos con la I y la R o I × R. Así, la ecuación de la tensión es la corriente multiplicada por la resistencia. A continuación se dan ejemplos de cómo se emplea el triángulo mágico para determinar el voltaje utilizando la ley de Ohm.
Problemas Resueltos de la Ley de Ohm
Ejemplo 1: Si la resistencia de una plancha eléctrica es de 50 Ω y por la resistencia circula una corriente de 3.2 A. Encuentra el voltaje entre dos puntos.
Solución:
Si se nos pide que calculemos el valor de la tensión con el valor de la corriente y la resistencia, entonces cubriremos V en el triángulo. Ahora nos quedan I y R o, más exactamente, I × R.
Por lo tanto, utilizamos la siguiente fórmula para calcular el valor de V:
V = I × R
Sustituyendo los valores en la ecuación, obtenemos
V = 3.2 A × 50 Ω = 160 V
V = 160V
Ejemplo 2: Una fuente EMF de 8.0 V está conectada a un aparato eléctrico puramente resistivo (una bombilla). Por ella circula una corriente eléctrica de 2.0 A. Considere que los hilos conductores no tienen resistencia. Calcule la resistencia que ofrece el aparato eléctrico.
Solución:
Cuando se nos pide que determinemos el valor de la resistencia cuando se dan los valores de la tensión y la corriente, cubrimos R en el triángulo. Esto nos deja con sólo V e I, más precisamente V ÷ I.
Sustituyendo los valores en la ecuación, obtenemos
R = V ÷ I
R = 8 V ÷ 2 A = 4 Ω
R = 4 Ω
Calculando la Potencia Eléctrica usando la Ley de Ohm
La velocidad a la que se convierte la energía de la energía eléctrica de las cargas en movimiento en alguna otra forma de energía, como la energía mecánica, la energía térmica, la energía almacenada en campos magnéticos o en campos eléctricos, se conoce como potencia eléctrica. La unidad de potencia es el vatio. La potencia eléctrica se puede calcular utilizando la ley de Ohm y sustituyendo los valores de tensión, corriente y resistencia.
Fórmula para Encontrar la Potencia
Cuando se dan los valores de la tensión y la corriente,
P = V I
Cuando se dan los valores de la tensión y la resistencia,
P = V2 / R
Cuando se dan los valores de la corriente y la resistencia,
P = I2 R
Triángulo de la Ley de Watt
El triángulo de la Ley de Watt puede emplearse para determinar el valor de la potencia eléctrica, la tensión y la corriente cuando se nos dan valores de los otros dos parámetros. En el triángulo de la Ley de Watt, la potencia (P) está en la parte superior y la corriente (I) y la tensión (V) en la inferior.
Cuando se dan los valores de la corriente y la tensión, la fórmula para hallar la potencia es,
P = V I
Cuando se dan los valores de potencia y tensión, la fórmula para hallar la corriente es,
I = P / V
Cuando se dan los valores de potencia y corriente, la fórmula para hallar la tensión es,
V = P / I
Diagrama Circular de la Ley de Ohm
Para comprender mejor la relación entre los distintos parámetros, podemos tomar todas las ecuaciones utilizadas para hallar la tensión, la corriente, la resistencia y la potencia, y condensarlas en un simple gráfico circular de la Ley de Ohm, como se muestra a continuación.
Tabla de la Ley de Ohm
Al igual que el gráfico circular de la Ley de Ohm mostrado anteriormente, podemos resumir las ecuaciones individuales de la Ley de Ohm en una simple tabla matricial como la que se muestra a continuación para una consulta rápida al calcular un valor desconocido.
Aplicaciones de la Ley de Ohm
Las principales aplicaciones de la ley de Ohm son:
- Determinar la tensión, la resistencia o la corriente de un circuito eléctrico.
- La ley de Ohm mantiene la caída de tensión deseada a través de los componentes electrónicos.
- La ley de Ohm también se utiliza en los amperímetros de CC y otras derivaciones de CC para desviar la corriente.
Limitaciones de la Ley de Ohm
A continuación se exponen las limitaciones de la ley de Ohm:
- La ley de Ohm no es aplicable a los elementos eléctricos unilaterales, como los diodos y los transistores, ya que permiten que la corriente fluya en una sola dirección.
- Para los elementos eléctricos no lineales con parámetros como la capacitancia, la resistencia, etc., la relación entre la tensión y la corriente no será constante con respecto al tiempo, lo que dificulta el uso de la ley de Ohm.
Preguntas Frecuentes
La ley de Ohm establece que la corriente que atraviesa un conductor entre dos puntos es directamente proporcional al voltaje entre ambos puntos.
La ley de Ohm se utiliza para validar los valores estáticos de los componentes del circuito, como los niveles de corriente, los suministros de tensión y las caídas de tensión.
La ley de Ohm no es una ley universal. Esto se debe a que la ley de Ohm sólo es aplicable a los conductores óhmicos, como el hierro y el cobre, pero no es aplicable a los conductores no óhmicos, como los semiconductores.
La ley de Ohm no se aplica a los dispositivos semiconductores porque son dispositivos no lineales. Esto significa que la relación entre la tensión y la corriente no se mantiene constante para las variaciones de tensión.