¿Qué es la Resistencia Eléctrica? Resistividad (ρ) y resistencia específica Ω.
Al igual que el voltaje y la corriente, la resistencia eléctrica es un parámetro básico de la electricidad. Es necesario entenderla porque es el factor que relaciona el voltaje y la corriente en un circuito.
¿Qué es la resistencia eléctrica? Resistividad (ρ) y Resistencia específica Ω, su unidad, tipos, cálculos y aplicaciones
También conocida como resistencia eléctrica o resistencia óhmica es la oposición al flujo de la corriente. Es una propiedad de cualquier material que se opone al flujo de las cargas que lo atraviesan. Cuando se aplica un voltaje a través de un conductor, éste empuja la corriente a través de él, que es directamente proporcional al voltaje aplicado
V = R ∝ I
V = RI
La resistencia denotada por R, es la constante de proporcionalidad entre el voltaje y la corriente.
Unidad de resistencia
Según su definición
R = V / I
R = Voltios / Amperios
La unidad de resistencia es el voltio por amperio, pero se mide en Ohmios representados simbólicamente por la letra griega Ω. Se llama Ohm en honor al físico alemán Georg Simón Ohm, que descubrió las leyes de la relación entre el voltaje y la corriente.
Una resistencia de un Ohm se define como, se dice que un conductor tiene una resistencia de un ohmio, si permite un amperio de corriente cuando una diferencia de potencial de un voltio se ha aplicado a través de él.
R = Voltios / Amperios
Ω (Ohm) = Voltios/Amperios
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A continuación se muestran los diferentes símbolos de resistencias.
Entender la resistencia eléctrica
El flujo de corriente a través de un conductor es en realidad cargas que fluyen a través de él. Por definición, sabíamos que la resistencia es la oposición al flujo de carga. El conductor está formado por partículas que vibran a su frecuencia natural. Cuando aplicamos una diferencia de potencial a través del conductor, las cargas fluyen a través de él en una determinada dirección. La carga choca con las partículas que vibran y también pierde algo de energía en forma de calor y disminuye su impulso. Esta colisión de cargas limita la cantidad de corriente que pasa. Al igual que una fricción mecánica que se opone al movimiento, la resistencia eléctrica se opone al movimiento de la carga (corriente).
Tiene la misma analogía que el flujo de agua en una tubería. Si la tubería es más larga, el flujo de agua es más lento. En función del diámetro, la tubería de mayor diámetro permite que fluya más agua en comparación con la de menor diámetro. Del mismo modo, en un conductor, si aumentamos la longitud del mismo, el número de colisiones de carga aumenta y su movimiento se reduce aún más. Además, un conductor de gran diámetro ofrece menos resistencia, mientras que un conductor de pequeño diámetro tiene una alta resistencia debido a la pequeña área para la carga, lo que dificulta que fluya libremente a través de él.
Resistencia de un material
Como hemos dicho, es una cantidad variable que depende de la longitud y la anchura del material conductor. Podemos derivar la ecuación de la resistencia. Como sabemos, la resist. R es directamente proporcional a la longitud l del conductor e inversamente proporcional al área A del conductor;
R ∝ l/A
R = ρl/A
Donde ρ (Rho) es una constante, conocida como la resistividad del material y depende de las propiedades naturales del material.
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Resistividad
La resistividad es una propiedad fundamental de un material que muestra su fuerza de oposición al flujo de corriente. Se indica con la letra griega ρ (Rho). Es un valor constante y diferentes materiales tienen diferente resistividad. Se deriva de la resistencia;
R = ρ l/A
ρ = R A/l
ρ = Ω-m (Ohm-metro)
Según esta ecuación, la resistividad de un material es la resistencia que ofrece un material con una superficie de 1 m2 y una longitud de un metro. En otras palabras, la resistencia ofrecida entre dos lados opuestos de un cubo de un metro de un material se llama resistividad. Se mide en Ohm-metros.
Resistencia específica
De un material es la resistencia ofrecida por unidad de longitud y por unidad de área de sección transversal. Es un valor constante y es igual a la resistividad del material. Se mide en Ohms.
Resistencia e Impedancia
El condensador y el inductor también se oponen al flujo de corriente que depende de la frecuencia del suministro de voltaje. Por lo tanto, Esta se puede clasificar en dos categorías: Resistencia e impedancia.
La resistencia eléctrica en su forma más pura, que se opone al flujo de corriente sin depender de la frecuencia del suministro de voltaje, se denomina resistencia. Mientras que la impedancia es la oposición al flujo de corriente que se ve afectada por la frecuencia de suministro.
En las resistencias puras, la relación entre el voltaje y la corriente no se ve afectada por la frecuencia de alimentación. Mientras que en la impedancia, la relación entre el voltaje y la corriente varía con la frecuencia, como en la CA (corriente alterna).
Cómo se calcula la resistencia de un material
Se puede calcular mediante dos métodos.
Utilizando la resistividad
Si se da la resistividad ρ, del material, se puede utilizar este método para calcular la resistencia de cualquier material.
En primer lugar, mide la longitud l del material. A continuación, calcula el área transversal A del material. Coloca los valores en las siguientes fórmulas,
R = ρ l/A
Utilizando la ley de Ohm
Según la ley de Ohm, el voltaje es directamente proporcional a la corriente en un bucle cerrado siempre que la resistencia permanezca constante. Podemos utilizar la ecuación de la ley de Ohm para calcular la resistencia.
V = IR
R = V/I
Si conoces los valores del voltaje y la corriente que circulan por el material, puedes encontrar fácilmente su resistencia mediante esta ecuación.
Equivalente en un circuito
Las resistencias conectadas en un circuito pueden sumarse para simplificar los cálculos. Se podrán conectarse en serie o en paralelo.
En serie
Cuando estas están conectadas en una estructura en cadena, conocida como configuración en serie, su resistencia total es la suma de cada resistencia individual.
R eq = R 1 + R 2 + R 3
En paralelo
Cuando estas se conectan en paralelo entre sí de forma que sus dos terminales están conectados entre sí, su resistencia total viene dada por.
Conversión de resistencia en estrella y en triángulo
Las resistencias pueden ser conectadas en configuraciones complejas como estrella y delta.
La conversión de estrella a delta se hace para simplificar el circuito y facilitar el análisis del mismo.
Aquí está la fórmula para la conversión entre resistencias conectadas en estrella y en triángulo.
Conversión de Delta a Estrella (o estrella)
Las resistencias o impedancias conectadas en configuración delta se pueden convertir en configuración estrella utilizando la siguiente ecuación.
Conversión de estrella (o estrella) a Delta
Las resistencias o impedancias conectadas en configuración estrella pueden convertirse en configuración triángulo utilizando la siguiente ecuación.
Tipos de materiales según su resistencia
En función de la resistencia del material, éste se divide en los siguientes tipos.
Aislante
El aislante es un tipo de material que tiene una resistencia muy alta a la corriente eléctrica. Debido a su alta resistencia, no permite el flujo de corriente a través de él. Es un mal conductor de la electricidad y se utiliza para la protección contra la corriente eléctrica. El material plástico utilizado para cubrir el cable es un aislante que protege de las descargas eléctricas.
Conductor
Los conductores son materiales que ofrecen muy poca resistencia al flujo de la corriente eléctrica. Se les conoce como conductores eléctricos. Los metales son buenos conductores de la electricidad, como la plata, el cobre, el oro, etc. Los conductores se extienden en un cable para transmitir la corriente eléctrica.
Semiconductores
Este tipo de material cuya resistividad eléctrica se encuentra entre el conductor y el aislante se denomina semiconductor. Su resistencia cambia en diversas circunstancias. Puede funcionar como conductor o como aislante dependiendo de las situaciones. Los materiales semiconductores como el silicio y el germanio se utilizan en la construcción de diodos, transistores, circuitos integrados, etc.
Superconductor
El superconductor es un tipo de conductor que no tiene resistencia eléctrica. Así es, tiene una de cero ohmios. Cuando un conductor es superenfriado más allá de su temperatura crítica, su resistencia cae abruptamente a cero. Es un conductor ideal sin pérdidas de energía.
Efecto del calor en la resistencia
La temperatura también interviene en la resistencia de un material.
Cuando se aplica calor a un conductor, la energía cinética de sus partículas comienza a aumentar, lo que se traduce en un incremento de su vibración. Debido al aumento de la vibración, las cargas que fluyen chocan más con las partículas. Por lo tanto, la resistencia del conductor aumenta con el incremento de la temperatura. También se conoce como coeficiente de temperatura positivo.
Por otro lado, la resistencia del semiconductor disminuye con el aumento de la temperatura. Se conoce como coeficiente de temperatura negativo
Medición de la resistencia eléctrica
El instrumento utilizado para su medición se llama ohmímetro. Está disponible tanto en diseño analógico como digital. El ohmímetro digital permite una lectura precisa y exacta minimizando el error humano.
Utilizamos las mediciones de resistencia para solucionar cualquier fallo en un sistema.
Supongamos que un conductor tiene una resistencia muy alta, lo que significa que no permite que la corriente pase por él. Esto se debe a que la línea está dañada en algún punto o las uniones no están firmemente conectadas. Esto puede causar un fallo eléctrico en el sistema y puede dañarlo.
Si la resistencia eléctrica es muy pequeña para un sistema que debería tener una alta resistencia, la cantidad de flujo de corriente será muy alta, lo que quemará los conductores debido al calor generado. Esto provocará incendios eléctricos.
Usos de las resistencias
No hay que ver la resistencia como algo malo. Hay que apreciarla igual que la fricción que nos ayuda a caminar, conducir, etc.
Como sabemos, esta convierte la energía eléctrica en calor, por lo que las bobinas de los calentadores de agua utilizan su resistencia para calentar el agua que puede utilizarse para cocinar y ducharse. Las bombillas incandescentes tienen una pequeña bobina de tungsteno que se enciende gracias a la resistencia.
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