Ley de Ohm
La ley de Ohm dice que la intensidad que circula entre dos puntos de
un circuito eléctrico es proporcional a la tensión eléctrica entre dichos puntos. Esta
constante es la conductancia eléctrica, que es lo contrario a la resistencia eléctrica.
La intensidad de corriente que circula por un circuito dado,
es directamente proporcional a la tensión aplicada e inversamente proporcional
a la resistencia del mismo. Cabe recordar que esta ley es una propiedad
especifica de ciertos materiales y no es una ley general del electromagnetismo
como la ley de Gauss, por ejemplo.
La ecuación matemática que describe esta relación es:
Donde, I es la corriente que pasa a través del objeto en amperios, V es la diferencia de potencial de
las terminales del objeto en voltios, G es la conductancia en siemens y R es la resistencia en ohmios (Ω). Específicamente,
la ley de Ohm dice que R en esta relación es constante, independientemente de la corriente.
Esta ley tiene el nombre del físico alemán Georg Ohm, que en
un tratado publicado en 1827, halló valores de tensión y corriente que pasaba a
través de unos circuitos eléctricos simples que contenían una gran cantidad de
cables. Él presentó una ecuación un poco más compleja que la mencionada
anteriormente para explicar sus resultados experimentales. La ecuación de
arriba es la forma moderna de la ley de Ohm.
Esta ley se cumple para circuitos y tramos de circuitos pasivos que, o bien no tienen cargas inductivas ni capacitivas (únicamente tiene cargas
resistivas), o bien han alcanzado un régimen
permanente (véase también «Circuito RLC» y «Régimen
transitorio (electrónica)»). También debe tenerse en
cuenta que el valor de la resistencia de un conductor puede ser influido por la
temperatura.
Historia
En enero de 1781, antes del trabajo de Georg Ohm, Henry Cavendish experimentó con botellas de Leyden y tubos de vidrio de diferente
diámetro y longitud llenados con una solución salina. Como no contaba con los
instrumentos adecuados, Cavendish calculaba la corriente de forma directa: se
sometía a ella y calculaba su intensidad por el dolor. Cavendish escribió que
la "velocidad" (corriente) variaba directamente por el "grado de
electrificación" (tensión). Él no publicó sus resultados a otros
científicos a tiempo, y sus resultados fueron desconocidas hasta que Maxwell los publicó en 1879.
En 1825 y 1826, Ohm hizo su trabajo sobre las resistencias,
y publicó sus resultados en 1827 en el libro Die galvanische Kette,
mathematisch bearbeitet (Trabajos matemáticos sobre los circuitos eléctricos).
Su inspiración la obtuvo del trabajo de la explicación teórica de Fourier sobre la conducción del calor.
En sus experimentos, inicialmente usó pilas voltaicas, pero posteriormente usó un termopar ya que este proveía una fuente de tensión con una resistencia interna y diferencia de potencial casi constante. Usó un galvanómetro para medir la corriente, y se dio cuenta de que la tensión de las terminales del termopar era proporcional a su temperatura. Entonces agregó cables de prueba de diferente largo, diámetro y material para completar el circuito. El encontró que los resultados obtenidos podían modelarse a través de la ecuación:
Donde x era la lectura obtenida del galvanómetro, l era el largo del conductor a
prueba, a dependía solamente de la
temperatura del termopar, y b era una constante de cada material. A partir de esto, Ohm
determinó su ley de proporcionalidad y publicó sus resultados.
La ley de Ohm todavía se sigue considerando como una de las
descripciones cuantitativas más importante de la física de la electricidad,
aunque cuando Ohm publicó por primera vez su trabajo las críticas lo
rechazaron. Fue denominado "una red de fantasías desnudas", y el
ministro alemán de educación afirmó que un profesor que predicaba tales herejías
no era digno de enseñar ciencia. El rechazo al trabajo de Ohm se debía a la
filosofía científica que prevalecía en Alemania en esa época, la cual era
liderada por Hegel, que
afirmaba que no era necesario que los experimentos se adecuaran a la
comprensión de la naturaleza, porque la naturaleza esta tan bien ordenada, y
que además la veracidad científica puede deducirse al razonar solamente.
También, el hermano de Ohm, Martín Ohm, estaba luchando en contra del sistema
de educación alemán. Todos estos factores dificultaron la aceptación del
trabajo de Ohm, el cual no fue completamente aceptado hasta la década de los
años 1840. Afortunadamente, Ohm recibió el reconocimiento de sus contribuciones
a la ciencia antes de que muriera.
En los años 1850, la ley de Ohm fue conocida como tal, y fue
ampliamente probada, y leyes alternativas desacreditadas, para las aplicaciones
reales para el diseño del sistema del telégrafo, discutido por Morse en 1855.
En los años 1920, se descubrió que la corriente que fluye a
través de un resistor ideal tiene fluctuaciones estadísticas, que dependen de
la temperatura, incluso cuando la tensión y la resistencia son exactamente
constantes. Esta fluctuación, conocida como ruido de Johnson-Nyquist, es debida a la naturaleza discreta de la carga. Este
efecto térmico implica que las medidas de la corriente y la tensión que son
tomadas por pequeños períodos de tiempo tendrá una relación V/I que fluirá del
valor de R implicado por el tiempo promedio de la corriente medida. La ley de
Ohm se mantiene correcta para la corriente promedio, para materiales
resistivos.
El trabajo de Ohm precedió a las ecuaciones de Maxwell y también a cualquier
comprensión de los circuitos de corriente alterna. El desarrollo moderno en la
teoría electromagnética y el análisis de circuitos no contradicen la ley de Ohm
cuando estás son evaluadas dentro de los límites apropiados.
Deducción de la ley de Ohm
Una forma sencilla de recordar esta ley es formando un triángulo
equilátero, donde la punta de arriba se representaria con una V (voltios), y
las dos de abajo con una I (intensidad) y R (resistencia) respectivamente, al
momento de cubrir imaginariamente cualquiera de estas letras, en automático las
restantes nos indicarán la operación a realizar para encontrar dicha incógnita.
Ejemplo: si tapamos la V, R e I estarán multiplicandose para encontrar el valor
de V; de igual forma si cubrimos R, quedará V/I al descubierto para encontrar
la incógnita R.
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