RESISTENCIA ELÉCTRICA
Al aplicarle un mismo voltaje a conductores idénticos pero de diferente material, se observará que en unos fluirá una menor cantidad de electrones libres que en otros, esto es debido a que tienen mayor grado de dificultad para circular; por lo tanto, a esta oposición que ofrece un conductor al paso de los electrones se le llama resistencia eléctrica. Dicha oposición se debe al choque de los electrones con los átomos en su recorrido por el conductor, ya que en cada choque los átomos ejercen una fuerza de atracción sobre los electrones, impidiendo su libre movimiento. Su unidad de medida es el Ohms; para resistencias altas se utilizan el kilo-ohms (k ) y el mega-ohms (M ); para valores pequeños se utiliza el miliohms.
RELACIÓN ENTRE VOLTAJE, CORRIENTE Y RESISTENCIA
En un circuito al aplicarle un voltaje alto, éste tiende a mover una gran cantidad de electrones por los conductores, ya que es mucha la fuerza eléctrica que los empujará a circular; en cambio si el voltaje es pequeño, tenderá a provocar una corriente de electrones muy baja. Pero si se aplica el voltaje a un material aislante, posiblemente no hará mover a los electrones, ya que los átomos de estos materiales ejercen una fuerza de atracción muy fuerte que no los dejan circular. Por tal motivo, la corriente que puede circular por un circuito o conductor, dependerá del voltaje aplicado y del valor de la resistencia eléctrica.
En un circuito al aumentar el voltaje también aumentará la corriente eléctrica, manteniendo fijo el valor de la resistencia, si aumenta el doble también aumentará al doble la corriente eléctrica, es decir, la corriente varía en proporción directa al voltaje.
En cambio, si se mantiene fijo el voltaje y se aumenta la resistencia del circuito, la corriente disminuye, ya que existe una mayor oposición a que fluyan los electrones, por el contrario, si disminuye la resistencia aumentará la corriente; por que la corriente varía en proporción inversa al valor de la resistencia. Esto es lo que establece la ley de Ohm, la corriente varía en proporción directa al voltaje, e inversamente al valor de la resistencia. E=IR o I=E/R
FACTORES QUE DETERMINAN LA RESISTENCIA DE UN CONDUCTOR
Todo material conductor de la corriente eléctrica tiene un cierto valor de resistencia, independientemente si fluye o no una corriente eléctrica por él. Un conductor eléctrico se identifica por un número que representa el calibre y por el tipo de aislante que lo protege. A medida que el número del calibre es mayor, el diámetro del mismo será menor, y viceversa. Ejemplo: un calibre 14 tiene menor diámetro que un conductor calibre 8.
Son cuatro factores principales los que determinan la resistencia de un conductor: longitud, área de la sección transversal, temperatura y, el tipo de material del conductor.
Longitud. Un electrón libre al desplazarse a través de un determinado tramo de conductor, tendrá cierta oposición, la cual será la misma en otro tramo igual al anterior, pero si la longitud del conductor aumenta al doble, la oposición de este conductor será el doble de la del primer tramo. Esto es debido a que el electrón tendrá más choques con los átomos en su recorrido mayor dentro del conductor. Al aumentar la longitud aumentará la resistencia del conductor; es decir, la resistencia es directamente proporcional a la longitud del conductor.
Área de la sección transversal de un conductor es el espacio por donde se distribuyen los electrones al circular. A mayor área, se tendrá mayor espacio para que fluyan los electrones, por lo que serán menores los choques que se origen con los átomos de cobre que en uno de menor área; por lo tanto, a mayor área será menor la resistencia del conductor. Si el área de un conductor aumenta el doble, disminuye a la mitad la resistencia; y a la inversa, al disminuir el área a la mitad, aumenta al doble la resistencia del conductor. Cuando dos magnitudes varían en sentido opuesto una respecto a la otra, se dice que varían inversamente. En base a esto, se dice que la resistencia de un conductor es inversamente proporcional al área de su sección transversal.
La temperatura es otro factor que influye en el valor de la resistencia de un conductor. A mayor temperatura será mayor la resistencia, debido a que las moléculas de cobre tienden a agitarse, dilatándose, reduciendo el espacio de circulación de los electrones, dando lugar a un mayor choque de electrones con los átomos y a una mayor fricción entre los mismos electrones al circular.
Tipo de material del conductor. Existen materiales cuyos átomos ejercen una mayor fuerza de atracción que otros sobre los electrones en movimiento, lo que determina si son buenos o malos conductores.
Cuanto menor es la resistencia de un material, mejor conductor es. La resistividad de un material “ρ” (Roo) indica la resistencia al flujo de la corriente eléctrica por unidad de longitud, su unidad de medida es ( m).
Al aplicarle un mismo voltaje a conductores idénticos pero de diferente material, se observará que en unos fluirá una menor cantidad de electrones libres que en otros, esto es debido a que tienen mayor grado de dificultad para circular; por lo tanto, a esta oposición que ofrece un conductor al paso de los electrones se le llama resistencia eléctrica. Dicha oposición se debe al choque de los electrones con los átomos en su recorrido por el conductor, ya que en cada choque los átomos ejercen una fuerza de atracción sobre los electrones, impidiendo su libre movimiento. Su unidad de medida es el Ohms; para resistencias altas se utilizan el kilo-ohms (k ) y el mega-ohms (M ); para valores pequeños se utiliza el miliohms.
RELACIÓN ENTRE VOLTAJE, CORRIENTE Y RESISTENCIA
En un circuito al aplicarle un voltaje alto, éste tiende a mover una gran cantidad de electrones por los conductores, ya que es mucha la fuerza eléctrica que los empujará a circular; en cambio si el voltaje es pequeño, tenderá a provocar una corriente de electrones muy baja. Pero si se aplica el voltaje a un material aislante, posiblemente no hará mover a los electrones, ya que los átomos de estos materiales ejercen una fuerza de atracción muy fuerte que no los dejan circular. Por tal motivo, la corriente que puede circular por un circuito o conductor, dependerá del voltaje aplicado y del valor de la resistencia eléctrica.
En un circuito al aumentar el voltaje también aumentará la corriente eléctrica, manteniendo fijo el valor de la resistencia, si aumenta el doble también aumentará al doble la corriente eléctrica, es decir, la corriente varía en proporción directa al voltaje.
En cambio, si se mantiene fijo el voltaje y se aumenta la resistencia del circuito, la corriente disminuye, ya que existe una mayor oposición a que fluyan los electrones, por el contrario, si disminuye la resistencia aumentará la corriente; por que la corriente varía en proporción inversa al valor de la resistencia. Esto es lo que establece la ley de Ohm, la corriente varía en proporción directa al voltaje, e inversamente al valor de la resistencia. E=IR o I=E/R
FACTORES QUE DETERMINAN LA RESISTENCIA DE UN CONDUCTOR
Todo material conductor de la corriente eléctrica tiene un cierto valor de resistencia, independientemente si fluye o no una corriente eléctrica por él. Un conductor eléctrico se identifica por un número que representa el calibre y por el tipo de aislante que lo protege. A medida que el número del calibre es mayor, el diámetro del mismo será menor, y viceversa. Ejemplo: un calibre 14 tiene menor diámetro que un conductor calibre 8.
Son cuatro factores principales los que determinan la resistencia de un conductor: longitud, área de la sección transversal, temperatura y, el tipo de material del conductor.
Longitud. Un electrón libre al desplazarse a través de un determinado tramo de conductor, tendrá cierta oposición, la cual será la misma en otro tramo igual al anterior, pero si la longitud del conductor aumenta al doble, la oposición de este conductor será el doble de la del primer tramo. Esto es debido a que el electrón tendrá más choques con los átomos en su recorrido mayor dentro del conductor. Al aumentar la longitud aumentará la resistencia del conductor; es decir, la resistencia es directamente proporcional a la longitud del conductor.
Área de la sección transversal de un conductor es el espacio por donde se distribuyen los electrones al circular. A mayor área, se tendrá mayor espacio para que fluyan los electrones, por lo que serán menores los choques que se origen con los átomos de cobre que en uno de menor área; por lo tanto, a mayor área será menor la resistencia del conductor. Si el área de un conductor aumenta el doble, disminuye a la mitad la resistencia; y a la inversa, al disminuir el área a la mitad, aumenta al doble la resistencia del conductor. Cuando dos magnitudes varían en sentido opuesto una respecto a la otra, se dice que varían inversamente. En base a esto, se dice que la resistencia de un conductor es inversamente proporcional al área de su sección transversal.
La temperatura es otro factor que influye en el valor de la resistencia de un conductor. A mayor temperatura será mayor la resistencia, debido a que las moléculas de cobre tienden a agitarse, dilatándose, reduciendo el espacio de circulación de los electrones, dando lugar a un mayor choque de electrones con los átomos y a una mayor fricción entre los mismos electrones al circular.
Tipo de material del conductor. Existen materiales cuyos átomos ejercen una mayor fuerza de atracción que otros sobre los electrones en movimiento, lo que determina si son buenos o malos conductores.
Cuanto menor es la resistencia de un material, mejor conductor es. La resistividad de un material “ρ” (Roo) indica la resistencia al flujo de la corriente eléctrica por unidad de longitud, su unidad de medida es ( m).
CORRIENTE DIRECTA Y CORRIENTE ALTERNA
La fuente de voltaje puede ser de corriente directa (c.d.) o de corriente alterna (c.a).
Cuando se conecta una fuente de corriente directa a un circuito, la corriente que circula tiene siempre una misma dirección o sentido, debido a que la polaridad en las terminales de la fuente no cambia, pudiendo tener un mismo valor, o un valor pulsante pero con la misma dirección.
La fuente de corriente directa más común, es la batería o acumulador del automóvil, y los generadores de corriente directa.
En todo circuito de corriente directa debe considerarse la polaridad al momento de conectar cierta carga, o algún instrumento de medición; en cambio, en los circuitos de corriente alterna, es indiferente la polaridad, pudiendo conectarse en cualesquiera de los conductores.
Los circuitos de corriente alterna son los de mayor utilización, tanto en la industria, en el comercio, y en instalaciones de tipo residencial.
La corriente alterna está cambiando en cada instante de valor, y cada cierto tiempo cambia de dirección, o sea, cuando la corriente pasa por su valor de cero amperes. Tiende a aumentar de valor en un sentido hasta un valor máximo, después, desciende conservando la misma dirección hasta un valor de cero amperes, y en ese momento es cuando cambia de dirección aumentando nuevamente de valor hasta un máximo negativo, y disminuir a cero, formando así un ciclo, y volver a cambiar de polaridad o dirección, y así sucesivamente. La corriente alterna está cambiando de dirección a una frecuencia de 60 ciclos por segundo, es decir se forman 60 ciclos en un segundo.
La fuente de corriente alterna que utilizan los consumidores, es el transformador de potencia, el cual recibe la energía mediante líneas de distribución y de transmisión desde las centrales eléctricas, pasando por diferentes subestaciones
EFECTOS DE LA CORRIENTE ELÉCTRICA
La fuente de voltaje puede ser de corriente directa (c.d.) o de corriente alterna (c.a).
Cuando se conecta una fuente de corriente directa a un circuito, la corriente que circula tiene siempre una misma dirección o sentido, debido a que la polaridad en las terminales de la fuente no cambia, pudiendo tener un mismo valor, o un valor pulsante pero con la misma dirección.
La fuente de corriente directa más común, es la batería o acumulador del automóvil, y los generadores de corriente directa.
En todo circuito de corriente directa debe considerarse la polaridad al momento de conectar cierta carga, o algún instrumento de medición; en cambio, en los circuitos de corriente alterna, es indiferente la polaridad, pudiendo conectarse en cualesquiera de los conductores.
Los circuitos de corriente alterna son los de mayor utilización, tanto en la industria, en el comercio, y en instalaciones de tipo residencial.
La corriente alterna está cambiando en cada instante de valor, y cada cierto tiempo cambia de dirección, o sea, cuando la corriente pasa por su valor de cero amperes. Tiende a aumentar de valor en un sentido hasta un valor máximo, después, desciende conservando la misma dirección hasta un valor de cero amperes, y en ese momento es cuando cambia de dirección aumentando nuevamente de valor hasta un máximo negativo, y disminuir a cero, formando así un ciclo, y volver a cambiar de polaridad o dirección, y así sucesivamente. La corriente alterna está cambiando de dirección a una frecuencia de 60 ciclos por segundo, es decir se forman 60 ciclos en un segundo.
La fuente de corriente alterna que utilizan los consumidores, es el transformador de potencia, el cual recibe la energía mediante líneas de distribución y de transmisión desde las centrales eléctricas, pasando por diferentes subestaciones
EFECTOS DE LA CORRIENTE ELÉCTRICA
Cuando circula corriente eléctrica por un conductor, se producen tres efectos importantes: un calentamiento, un campo magnético alrededor del conductor y una caída o pérdida de voltaje.
1. Efecto calorífico y caída de voltaje. Al circular una corriente eléctrica por un conductor, siempre se produce calor debido a la fricción entre los electrones libres en movimiento y los átomos que obstruyen el flujo de los electrones. El calentamiento dependerá de qué tanto la corriente rebase la capacidad del conductor; si la corriente es muy pequeña con respecto a la capacidad del conductor, el calentamiento será muy pequeño, que tal vez no se pueda percibir; pero si la corriente sobrepasa por mucho la capacidad del conductor, entonces se sobrecalentará dañando al aislante y al conductor mismo, en este caso se dice que el conductor está sobrecargado.
El sobrecalentamiento del conductor hace que aumente su resistencia eléctrica; lo que a su vez, este aumento de resistencia provoca una mayor caída o pérdida de voltaje en el conductor que alimenta al circuito; esta pérdida de voltaje alta trae como consecuencia que los aparatos o equipos conectados al circuito no funcionen correctamente, o simplemente no funcionen, ya que el voltaje de la fuente de alimentación no queda aplicado íntegramente al equipo, debido a que el conductor se comporta como una carga más. Para reducir estas pérdidas de voltaje altas ocasionadas por una sobrecorriente, se debe seleccionar el calibre del conductor adecuado a la corriente que habrá de conducir. Un conductor sujeto a una sobrecorriente prolongada, también puede producir daños al aislante, lo que dará lugar a cortos circuitos en la instalación.
Cada calibre de conductor y de acuerdo al tipo de aislante, tiene especificado por el fabricante su capacidad de corriente que puede conducir sin que sufra daños. Esto es importante considerarse al momento de alimentar una determinada carga. Para colocar el calibre del conductor apropiado, debe determinarse previamente la cantidad de corriente del circuito; además de esto, debe de considerarse la longitud del conductor, ya que a mayor longitud será mayor su resistencia, ocasionando pérdidas de voltaje considerables en los conductores. Una manera de disminuir estas pérdidas es colocando un conductor de calibre mayor para que se reduzca su resistencia y por lo tanto las pérdidas de voltaje; también debe tomarse en cuenta las condiciones ambientales del lugar para determinar el tipo de aislante que debe de poseer el conductor.
Al pasar la corriente eléctrica sobre ciertos materiales o elementos calefactores, el calor que en ellos se produce es utilizado en muchos aparatos eléctricos como: tostadores, planchas, calentadores, parrillas, focos, etc., los cuales usan generalmente el micrómel que es un mal conductor que está sostenido por piezas aislantes, este elemento alcanza una temperatura muy alta cuando circula corriente por él. Al interrumpirse la corriente en cualesquier punto del elemento calefactor (al romperse), deja de producir calor. Muchos malos conductores como el tungsteno, cuando conducen la corriente, se calientan al rojo vivo y hasta al rojo blanco, y debido a esta temperatura de incandescencia, emiten luz además de calor, este es el principio de funcionamiento de una lámpara incandescente o foco. Estos aparatos representan cargas puramente resistivas, ya que no usan motores o bobinas para su funcionamiento.
2. Efecto magnético. Siempre que circule una corriente eléctrica, se producirá además de un calentamiento, un campo magnético alrededor del conductor. Este campo magnético tiene las siguientes características: 1) Las líneas de fuerza magnéticas se cierran sobre sí mismas, formando círculos de fuerza concéntricos, es decir, tienen sus centros en el eje del conductor y sus planos son perpendiculares al mismo, 2) La intensidad del campo magnético depende de la cantidad de corriente que pasa por el conductor. Los círculos de fuerza magnética son más densos cerca del alambre, y están más separados uno del otro a medida que aumenta la distancia al centro del conductor, debilitándose el campo magnético hasta que desaparece. Si la corriente aumenta, los círculos de fuerza tienden a expandirse, o sea, aumentan de tamaño, si la corriente disminuye, estos círculos se contraen reduciendo también su tamaño 3) La dirección del campo magnético depende de la dirección de la corriente. Si la corriente es directa, los círculos de fuerza magnética permanecen estáticos en una misma dirección. 4) Al circular una corriente alterna a través de un conductor, los círculos de fuerza magnética variarán de la misma forma en que varía la corriente, es decir, estarán cambiando de valor y de dirección alrededor del conductor, expandiéndose y contrayéndose en una misma dirección hasta llegar a cero, para después, volver a expandirse y contraerse pero en sentido contrario.
1. Efecto calorífico y caída de voltaje. Al circular una corriente eléctrica por un conductor, siempre se produce calor debido a la fricción entre los electrones libres en movimiento y los átomos que obstruyen el flujo de los electrones. El calentamiento dependerá de qué tanto la corriente rebase la capacidad del conductor; si la corriente es muy pequeña con respecto a la capacidad del conductor, el calentamiento será muy pequeño, que tal vez no se pueda percibir; pero si la corriente sobrepasa por mucho la capacidad del conductor, entonces se sobrecalentará dañando al aislante y al conductor mismo, en este caso se dice que el conductor está sobrecargado.
El sobrecalentamiento del conductor hace que aumente su resistencia eléctrica; lo que a su vez, este aumento de resistencia provoca una mayor caída o pérdida de voltaje en el conductor que alimenta al circuito; esta pérdida de voltaje alta trae como consecuencia que los aparatos o equipos conectados al circuito no funcionen correctamente, o simplemente no funcionen, ya que el voltaje de la fuente de alimentación no queda aplicado íntegramente al equipo, debido a que el conductor se comporta como una carga más. Para reducir estas pérdidas de voltaje altas ocasionadas por una sobrecorriente, se debe seleccionar el calibre del conductor adecuado a la corriente que habrá de conducir. Un conductor sujeto a una sobrecorriente prolongada, también puede producir daños al aislante, lo que dará lugar a cortos circuitos en la instalación.
Cada calibre de conductor y de acuerdo al tipo de aislante, tiene especificado por el fabricante su capacidad de corriente que puede conducir sin que sufra daños. Esto es importante considerarse al momento de alimentar una determinada carga. Para colocar el calibre del conductor apropiado, debe determinarse previamente la cantidad de corriente del circuito; además de esto, debe de considerarse la longitud del conductor, ya que a mayor longitud será mayor su resistencia, ocasionando pérdidas de voltaje considerables en los conductores. Una manera de disminuir estas pérdidas es colocando un conductor de calibre mayor para que se reduzca su resistencia y por lo tanto las pérdidas de voltaje; también debe tomarse en cuenta las condiciones ambientales del lugar para determinar el tipo de aislante que debe de poseer el conductor.
Al pasar la corriente eléctrica sobre ciertos materiales o elementos calefactores, el calor que en ellos se produce es utilizado en muchos aparatos eléctricos como: tostadores, planchas, calentadores, parrillas, focos, etc., los cuales usan generalmente el micrómel que es un mal conductor que está sostenido por piezas aislantes, este elemento alcanza una temperatura muy alta cuando circula corriente por él. Al interrumpirse la corriente en cualesquier punto del elemento calefactor (al romperse), deja de producir calor. Muchos malos conductores como el tungsteno, cuando conducen la corriente, se calientan al rojo vivo y hasta al rojo blanco, y debido a esta temperatura de incandescencia, emiten luz además de calor, este es el principio de funcionamiento de una lámpara incandescente o foco. Estos aparatos representan cargas puramente resistivas, ya que no usan motores o bobinas para su funcionamiento.
2. Efecto magnético. Siempre que circule una corriente eléctrica, se producirá además de un calentamiento, un campo magnético alrededor del conductor. Este campo magnético tiene las siguientes características: 1) Las líneas de fuerza magnéticas se cierran sobre sí mismas, formando círculos de fuerza concéntricos, es decir, tienen sus centros en el eje del conductor y sus planos son perpendiculares al mismo, 2) La intensidad del campo magnético depende de la cantidad de corriente que pasa por el conductor. Los círculos de fuerza magnética son más densos cerca del alambre, y están más separados uno del otro a medida que aumenta la distancia al centro del conductor, debilitándose el campo magnético hasta que desaparece. Si la corriente aumenta, los círculos de fuerza tienden a expandirse, o sea, aumentan de tamaño, si la corriente disminuye, estos círculos se contraen reduciendo también su tamaño 3) La dirección del campo magnético depende de la dirección de la corriente. Si la corriente es directa, los círculos de fuerza magnética permanecen estáticos en una misma dirección. 4) Al circular una corriente alterna a través de un conductor, los círculos de fuerza magnética variarán de la misma forma en que varía la corriente, es decir, estarán cambiando de valor y de dirección alrededor del conductor, expandiéndose y contrayéndose en una misma dirección hasta llegar a cero, para después, volver a expandirse y contraerse pero en sentido contrario.
