Resistencia eléctrica, Resistividad y variación de la resistencia con la temperatura.
Introducción
¡Es un gusto volver a encontrarte en este espacio virtual! Y deseando que te encuentres bien y de buen ánimo, iniciamos nuestra lección acerca de la resistencia eléctrica y la potencia eléctrica.
Primeramente hablaremos de la resistencia y su relación con la diferencia de potencial y con la corriente. Platicaremos acerca de la ley de Ohm para contextualizarlos y enfocarnos a la resistencia eléctrica, concepto nuclear de esta sesión. Trataremos luego lo relacionado a la potencia eléctrica, las varias formas que puede tomar su fórmula en combinación con el enunciado matemático de la ley de Ohm, así como la conexión de la potencia con el calor que disipan los circuitos eléctricos cuando pasa una corriente eléctrica durante un determinado tiempo, sea que se exprese la cantidad de energía liberada en J o en calorías.
Aprenderemos que la resistencia eléctrica de los metales conductores varía de acuerdo a sus dimensiones y a su resistividad, propiedad intrínseca de los materiales. Enseguida, estudiaremos la variación de la resistencia eléctrica cuando ocurre un cambio de temperatura; en este caso, se considera otra de las propiedades intensivas de los materiales, el llamado coeficiente de temperatura.
¡Te invito a iniciar tu trabajo de aprendizaje! ¡Actitud ante todo! ¡Comencemos!
Desarrollo del tema
Resistencia eléctrica
La resistencia eléctrica es la oposición a que fluya la corriente eléctrica; es fija para muchos materiales específicos, conocidos el tamaño, la forma y la temperatura, como veremos en esta lección. La resistencia eléctrica es independiente de la fem aplicada y de la corriente que circula. (Tippens, 2011:537)
Hacia 1826, George Simon Ohm descubrió que para un resistor dado y una temperatura específica, la corriente que circula por un conductor es directamente proporcional al voltaje aplicado. A consecuencia de este hecho dedujo que R=V/I o que V=IR, expresión conocida como la ley de Ohm. Las unidades de la resistencia eléctrica son los ohms, que se representan con la letra mayúscula omega; así que la ley de Ohm con sus unidades queda como:
Esto es, cuando la resistencia es de 1 , puede circular 1 A aplicando una diferencia de potencial de 1 V. A continuación, los videos te explican cómo medir la resistencia y algunos ejemplos del uso de la fórmula.
- Como medir la resistencia con el multímetro.
2. Ejercicios resueltos de la ley de Ohm.
Potencia eléctrica y efecto Joule
Cuando vimos el concepto de diferencia de potencial, aprendimos que el trabajo T para mover una carga q a través de una diferencia de potencial V está dado por.
De la definición de corriente, sabemos que I=q/t, de donde q=It en la que I representa la corriente dada en C/s, por lo que el trabajo será:
A la rapidez con la que se disipa el calor de un circuito eléctrico que se le conoce como potencia disipada. (Tippens, 2011:539)
Puesto que la potencia está definida como trabajo por unidad de tiempo, entonces cuando una corriente circula continuamente a través de un conductor, la potencia disipada es:
En esta expresión, si la diferencia de potencial está dada en voltios y la corriente I en amperes, la potencia quedará en watts. Utilizando la ley de Ohm, la potencia puede también calcularse como.
El calor disipado por una corriente que circula a través de un conductor durante un tiempo t está dado por la expresión.
En estas fórmulas la corriente I está en amperes [A], la resistencia R en ohms [] y el tiempo t en segundos [s].
En los siguientes videos se confirma el concepto de potencia eléctrica y se resuelven algunos problemas relacionados con ésta, así como del efecto Joule.
Potencia eléctrica.
Energía electrica y efecto Joule.
Ley de Joule.
Resistividad
Cuando en 1826, el científico Georg Simon Ohm descubrió la relación entre la resistencia eléctrica R y la diferencia de potencial V cuando circula una corriente I a través de un conductor, conocida ahora como la ley de Ohm, también encontró que la resistencia de ese conductor a una temperatura dada era directamente proporcional a su longitud, inversamente proporcional al área de sección transversal y que dependía del material del cual estaba hecho el conductor. (Tippens, 2011:540)
Así, para una temperatura dada, se cumple que.
En tal expresión, R es la resistencia en [Ω], L es la longitud en [m], A es el área transversal del conductor y es una propiedad intrínseca del material conocida como resistividad, en [Ω∙m]. La resistividad de algunos de los materiales más comunes se dan en la siguiente Tabla.
Resistencia y resistividad eléctrica.
Problema de Resistividad eléctrica.
Resistencia y coeficiente de temperatura
Los conductores metálicos presentan variación en su resistencia eléctrica en la medida que cambia su temperatura; en general la resistencia eléctrica aumenta cuando se incrementa la temperatura debido a que la intensificación del movimiento a nivel atómico interfiere el paso de la corriente. La investigación ha demostrado que el cambio de resistencia es directamente proporcional a la resistencia inicial R0 y a la variación de temperatura t; tal relación puede escribirse como.
2. Cálculo de la resistencia eléctrica con temperatura.
Conclusión
Hemos terminado un capítulo más de tu curso. Espero que hayas asimilado satisfactoriamente los conceptos que nos ocupan en esta clase digital. Hemos ampliado nuestros conocimientos de la ley de Ohm y su relación con la resistencia eléctrica, la corriente y la diferencia de potencial. Aprendimos el concepto de potencia eléctrica y las diferentes configuraciones que puede tomar su fórmula dependiendo si la expresamos en términos de V e I, de I y R o de V y R, aunque en todos los casos las unidades de la potencia serán siempre los watts. Enseguida calculamos la energía que disipan los conductores eléctricos en tanto una corriente eléctrica circula a través de éstos; escribimos las fórmulas empleadas para obtener el resultado del calor en Joules o en calorías, para lo cual utilizamos el equivalente mecánico del calor que aprendimos en Física II, este es, 1 cal=4.186 J.
También estudiamos y practicamos el uso de las fórmulas para la variación de la resistencia eléctrica de los conductores en relación con sus dimensiones físicas, tales como el área y la longitud, en cuyo caso se consideró la resistividad. Cuando se requiere calcular el cambio de la resistencia eléctrica de los conductores en relación con la variación de la temperatura de operación, se utiliza la fórmula que enlaza con esta variación al coeficiente de temperatura del material, la resistencia eléctrica inicial y la variación de temperatura. Recordemos que la resistividad y el coeficiente de temperatura son propiedades intrínsecas o intensivas de los materiales.
En las fuentes de información te dejo un pdf con la teoría acerca de estos temas, tomado del libro de Paul E. Tippens. Estúdialo, reflexiona acerca de su contenido y de los ejemplos resueltos que contiene; si fuera necesario acude con tu asesor para disipar tus dudas.
¡Te felicito por el trabajo desarrollado! Vamos avanzando de acuerdo al plan del curso. Aplica y comprueba tu aprendizaje resolviendo y entregando en tiempo y forma la consigna de esta clase.
¡Te veo en la siguiente sesión! No cejes en tu esfuerzo. ¡Fortaleza y actitud positiva!
Fuentes de información
Tippens, P. (2011). Ley de Ohm y resistencia eléctrica. En Edamsa Impresiones (Ed.), Física Conceptos y aplicaciones, (p.537-542). Mc Graw Hill.