Definición de la ley de Ohm
En casi todos los conductores metálicos, el campo eléctrico es proporcional a la densidad de la corriente eléctrica, donde la relación entre el campo eléctrico y la densidad de corriente eléctrica es constante. Matemáticamente expresado mediante la ecuación:
ρ = E / J
E = campo eléctrico , ρ = resistividad , J = densidad de corriente
La constante ρ se denomina resistividad, cuyo valor es constante y no depende del campo eléctrico que da origen a la corriente eléctrica.
Si el campo eléctrico aumenta, la densidad de corriente eléctrica también aumenta, mientras que si el campo eléctrico disminuye, la densidad de corriente eléctrica también se reduce.
De modo que la relación entre el campo eléctrico y la densidad de corriente eléctrica sea constante. Esta es la afirmación de Ohm. Por lo tanto, la ecuación anterior explica la ley de Ohm solo cuando ρ es constante y no depende 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), por lo que 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, revisemos 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 homogéneo es el mismo en todos los casos, 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 discutido en potencial eléctrico). Si la densidad de corrientes eléctricas homogéneas es la misma,
Entonces, la relación entre la corriente eléctrica y la densidad de corriente eléctrica se expresa en la ecuación I = JA (esta ecuación se ha tratado en el tema de la corriente eléctrica).
Para obtener una ecuación que establezca la relación entre el potencial eléctrico (V), la corriente eléctrica (I) y la resistencia eléctrica (R),
Sustituir E y J en la ecuación de resistividad por 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 de 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.
En 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 expresada en la ecuación:
La ecuación de la ley de Ohm
La ley de Ohm se explica mediante dos ecuaciones: ρ = E/J y R = V/I. Cabe recordar 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 resistencia de un tipo de conductor y R = V/I explica la resistencia eléctrica de un conductor.
La ecuación ρ = E/J se puede escribir como E = ρ J. Cuando ρ es constante, E es proporcional a J, lo que significa que si E aumenta, J aumenta, o si E disminuye, 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, y si V disminuye, I disminuye.
Se dice que un material que obedece la ley de Ohm es óhmico, mientras que un material que no la obedece es no óhmico. Casi todos los conductores metálicos son óhmicos, mientras que muchos otros objetos no lo son.
En los materiales no óhmicos, la resistencia eléctrica no es constante y depende de la corriente eléctrica y de la diferencia de potencial eléctrico. Esto significa que si la corriente eléctrica cambia, la resistencia eléctrica del material también cambia, al igual que si el voltaje eléctrico cambia, la resistencia eléctrica del material también cambia. Debido a que la resistencia eléctrica varía en la materia no óhmica, el voltaje eléctrico (V) no es directamente proporcional a la corriente eléctrica (I).
Gráfico V, I y R
En la materia óhmica, la relación entre V e I es constante, lo que se representa mediante una línea recta. Un ejemplo de material óhmico es un conductor metálico. En cambio, en la materia no óhmica, la relación entre V e I no es constante, lo que se representa mediante una línea curva. Ejemplos de materiales no óhmicos son los diodos y transistores semiconductores.
La ley de Ohm solo se aplica a materiales óhmicos y no a toda la materia, por lo que resulta inapropiado hablar de leyes como la ley de Newton u otras leyes físicas. En realidad, esta ley física se aplica a todos los objetos, no solo a algunos. Sin embargo, mencionar la ley de Ohm se ha convertido en una costumbre, por lo que se sigue denominando así, siempre y cuando se recuerde que solo se aplica a objetos óhmicos.
