Comprender la ley de Ohm
Estudie también el material sobre ejemplos de preguntas de la ley de Ohm y el análisis de preguntas relacionadas con la ley de Ohm.
En casi todos los conductores metálicos, campo eléctrico proporcional a densidad de corriente eléctricadonde la relación entre el campo eléctrico y la densidad de corriente eléctrica es constante. Matemáticamente expresado mediante la ecuación:
ρ = E / J
Descripción: E = campo eléctrico, ρ = resistividad, J = densidad de corriente eléctrica.
La constante de proporcionalidad ρ se denomina resistencia específica o resistividad, cuyo valor es constante y no depende del campo eléctrico que produce la corriente eléctrica.
Si el campo eléctrico aumenta, la densidad de corriente eléctrica también aumenta; por el contrario, si el campo eléctrico disminuye, la densidad de corriente eléctrica también disminuye, de modo que la relación entre el campo eléctrico y la densidad de corriente eléctrica es constante. Esto es una formulación de la ley de Ohm . Por lo tanto, la ecuación anterior explica la ley de Ohm solo cuando ρ es constante e independiente del campo eléctrico. La ley de Ohm no se aplica si el valor de ρ cambia cuando cambia el campo eléctrico.
Sin embargo, es más fácil medir el potencial eléctrico (V) que el campo eléctrico (E), y también es más fácil medir la corriente eléctrica (I) que la densidad de corriente eléctrica (J). Por lo tanto, además de expresarse en términos de campo eléctrico , densidad de corriente eléctrica y resistividad (ρ), la ley de Ohm también se expresa en términos de potencial eléctrico , corriente eléctrica y resistencia eléctrica (R).
Primero, consideremos un conductor de alambre que tiene una longitud (l), un área de sección transversal (A) y existe una diferencia de potencial eléctrico (V) entre los dos extremos del alambre. Si el campo eléctrico es homogéneo, es decir, el mismo en todo el alambre, entonces la relación entre el campo eléctrico y la diferencia de potencial eléctrico se expresa en la ecuación V = E s ( esta ecuación se ha tratado en el material sobre potencial eléctrico ). Si la densidad de corriente eléctrica es homogénea, es decir, la misma en todo el alambre, entonces la relación entre la densidad de corriente eléctrica y la corriente eléctrica se expresa en la ecuación I = JA ( esta ecuación se ha tratado en el material sobre corriente eléctrica ).
Para obtener una ecuación que exprese la relación entre el potencial eléctrico (V), la corriente eléctrica (I) y la resistencia eléctrica (R), reemplace E y J en la ecuación de resistencia con E en la ecuación de potencial eléctrico y J en la ecuación de corriente eléctrica:
Esta ecuación explica la relación entre el potencial eléctrico (V), la corriente eléctrica (I) y la resistencia eléctrica (R) en un conductor. Según esta ecuación, la resistencia eléctrica en un conductor es la relación entre la diferencia de potencial eléctrico y la corriente eléctrica que circula por él.
La ley de Ohm establece que la relación entre la diferencia de potencial eléctrico y la corriente eléctrica es constante. En otras palabras, esta ecuación explica la ley de Ohm únicamente cuando la resistencia eléctrica (R) es constante. La ley de Ohm no se aplica si la resistencia eléctrica no es constante, es decir, si varía.
En la derivación de la ecuación anterior, la resistencia eléctrica (R) de un conductor también está relacionada con la resistividad (ρ), la longitud del conductor (l) y el área de la sección transversal (A) del conductor. Matemáticamente, esto se expresa en la ecuación:
Esta ecuación se analiza con más detalle en el artículo sobre resistencia eléctrica.
Fórmula de la Ley de Ohm
La ley de Ohm se explica mediante dos ecuaciones: ρ = E/J y R = V/I. Cabe destacar que estas dos ecuaciones solo describen la ley de Ohm cuando ρ y R son constantes. Si ρ y R de un conductor varían, estas dos ecuaciones no explican la ley de Ohm, pero ρ = E/J explica la resistividad del conductor y R = V/I explica su resistencia eléctrica.
La ecuación ρ = E/J se puede escribir como E = ρ J. Cuando ρ es constante, entonces E es directamente proporcional a J, lo que significa que si E aumenta, entonces J aumenta, o si E disminuye, entonces J disminuye.
De igual modo, la ecuación R = V/I se puede escribir como V = I R. Cuando R es constante, V es directamente proporcional a I, lo que significa que si V aumenta, I aumenta, o si V disminuye, I disminuye.
Los materiales que obedecen la ley de Ohm se denominan óhmicos, mientras que los que no la obedecen se denominan no óhmicos. Casi todos los conductores metálicos son óhmicos, mientras que muchos otros materiales no lo son.
En los materiales no óhmicos, la resistencia eléctrica no es constante, sino que varía en función de la corriente y la diferencia de potencial. Esto significa que si la corriente cambia, la resistencia del material también cambia, y de igual manera, si el voltaje cambia, la resistencia del material también cambia. Debido a que la resistencia eléctrica varía, en los materiales no óhmicos, el voltaje (V) no es directamente proporcional a la corriente (I).
Gráficos V, I y R
En los materiales óhmicos, la relación entre V e I es constante, representada por una línea recta. Ejemplos de materiales óhmicos son los conductores metálicos. Por otro lado, en los materiales no óhmicos, la relación entre V e I no es constante, representada por una línea curva. Ejemplos de materiales no óhmicos son los diodos y transistores semiconductores.
La ley de Ohm se aplica únicamente a materiales óhmicos y no a todos los materiales, por lo que es incorrecto denominarla una ley como las leyes de Newton u otras leyes de la física. Las leyes de la física se aplican a todos los objetos, no solo a ciertos objetos. Sin embargo, el uso de la ley de Ohm se ha vuelto común, por lo que se sigue denominando ley de Ohm, siempre y cuando se recuerde que solo se aplica a objetos óhmicos. Además de la ley de Ohm, otro ejemplo de una idea errónea común es el uso de la ley de los gases ideales o ley de Hooke.
