Resistencia Eléctrica
Cuando aplicamos una diferencia de potencial (V) a un trozo de conductor desde una batería, se genera un campo eléctrico (E) que produce un movimiento neto de cargas. Este movimiento se traduce en una corriente eléctrica (I) que fluye a través del conductor. La relación entre la diferencia de potencial y la corriente se conoce como resistencia (R).
Ley de Ohm
La resistencia es una medida de la oposición que un material ejerce al flujo de carga. Se define como la relación entre la diferencia de potencial y la corriente: R = V/I. La unidad de resistencia es el ohmio (Ω), donde 1Ω = 1V/A. La inversa de la resistencia es la conductancia (S), medida en siemens (S), donde S = 1/Ω.
Resistencia y Propiedades del Material
En los materiales óhmicos, la resistencia no depende de la tensión ni de la corriente, sino del tamaño, la forma y la composición del material. La resistencia de un conductor es directamente proporcional a su longitud e inversamente proporcional a su sección transversal. El factor de proporcionalidad se denomina resistividad (ρ) y depende únicamente de la naturaleza del material. Por lo tanto, la resistencia se puede expresar como: R = ρ(L/S).
Conductores Ideales y Cortocircuitos
Un conductor ideal tiene resistencia nula (R = 0). En un cortocircuito, la tensión en los extremos es siempre cero, independientemente de la corriente. Si no se conecta ningún elemento entre dos puntos de un circuito, se dice que está en circuito abierto y la corriente es cero (I = 0).
Ley de Ohm Microscópica
La densidad de corriente (j) en un punto del interior de un material depende del campo eléctrico en ese punto y de la conductividad (σ) del material. La ecuación que relaciona estas magnitudes se conoce como la ley de Ohm microscópica: j = σE. Un material con mayor conductividad presentará una mayor densidad de corriente para el mismo campo eléctrico. Esta ecuación describe la ley de Ohm a nivel microscópico, mientras que la ecuación V = IR la expresa para un trozo de material completo.
Potencia Disipada en una Resistencia
El movimiento de cargas en un conductor requiere una diferencia de potencial. Dado que el conductor, a través de su resistencia, se opone al movimiento de carga, se necesita un consumo de energía para realizarlo. La diferencia de potencial en los extremos de la resistencia es V = Va – Vb, donde Va > Vb. En un intervalo de tiempo Δt, una carga ΔQ atraviesa la resistencia. La energía necesaria para transportar esta carga es ΔW = VΔQ. La potencia disipada en la resistencia (Pr) se define como la energía consumida por unidad de tiempo: Pr = V.I = V(V/R) = (V²/R). La ecuación Pr = I²R se conoce como ley de Joule y se expresa en vatios (W).
Parámetros Característicos de una Resistencia
a) Valor Nominal y Tolerancia
- Valor nominal: Valor de resistencia indicado sobre la resistencia, ya sea directamente o mediante un código de colores.
- Tolerancia: Variación del valor real respecto al valor nominal. Las tolerancias típicas son 20, 10, 5, 2, 1, 0.5 y 0.1%.
b) Potencia
Máxima potencia que puede disipar la resistencia sin dañarse. Se alcanza cuando la cantidad de calor generado es igual al calor radiado, para la máxima temperatura permitida. La potencia nominal varía notablemente, desde 0.125W hasta varios cientos de W.
c) Coeficiente de Temperatura
Indica la variación relativa de la resistencia por cada grado centígrado de variación de temperatura: α = (ΔR)/(RΔT).
Tipos de Resistencias
a) Resistencias de Carbón o de Composición
Compuestas por finos granos de carbón, resina y aglomerantes. Tienen forma cilíndrica y se les insertan los terminales. Tolerancias del 5 al 10%.
b) Resistencias Pirolíticas
Se construyen depositando películas de carbón sobre un soporte cerámico con dos terminales. La resistencia se controla mediante el espesor de la capa de carbón y un espiralado a lo largo de la resistencia. Una capa de barniz proporciona aislamiento. Tolerancias del 1 al 5%.
c) Resistencias de Película Metálica
El cuerpo es de vidrio o cerámica y se deposita una película de metal o aleación. Se utilizan en aplicaciones de precisión. Tolerancias del 0.1 al 1%.
d) Resistencias Bobinadas
Se construyen bobinando un hilo metálico sobre un soporte cerámico. Generalmente se aíslan con barniz o cemento. Se utilizan en aplicaciones de alta potencia. Tolerancias del 0.1 al 5%.
e) Resistencias Ajustables o Potenciómetros
Formadas por una parte fija (resistencia con dos terminales) y una parte móvil (cursor) que se desplaza a lo largo de la resistencia. Se conecta un tercer terminal al cursor. Permiten variar la resistencia de forma continua.
f) Resistencias No Lineales
Su resistencia varía con la temperatura, la luminosidad, la tensión, etc. Las más conocidas son las NTC (coeficiente de temperatura negativo), LDR (resistencia dependiente de la luz) y VDR (resistencia dependiente de la tensión).
Resistencias en Serie
Dos o más componentes están en serie cuando tienen dos de sus terminales unidos, sin ninguna otra conexión, y los otros dos terminales no están unidos entre sí. La diferencia de potencial entre los extremos de la serie es igual a la suma de las diferencias de potencial entre los extremos de cada resistencia: V = V1 + V2 + V3. La resistencia equivalente (Req) de una serie de resistencias se calcula como: Req = ΣRi. Las resistencias en serie se comportan como un divisor de tensión, soportando cada una una tensión proporcional a su valor.
Resistencias en Paralelo
Dos componentes están en paralelo cuando tienen dos de sus terminales unidos y los otros dos también. Como no se acumula carga en los puntos de unión, la corriente total (I) que entra en el paralelo es igual a la suma de las corrientes que circulan por cada resistencia: I = I1 + I2 + I3. La resistencia equivalente (Req) de un paralelo de resistencias se calcula como: 1/Req = Σ(1/Ri). Las resistencias en paralelo se comportan como un divisor de corriente, ya que la corriente total se reparte de forma inversamente proporcional al valor de cada resistencia. La resistencia de menor valor será por la que circule más corriente y la de mayor valor por la que circule menos.