Teoría de la Ley de Ohm
La Ley de Ohm es un principio fundamental en la ingeniería eléctrica que describe la relación entre la corriente eléctrica, el voltaje y la resistencia. Esta ley establece que la corriente que pasa a través de un conductor entre dos puntos es directamente proporcional al voltaje a través de los dos puntos e inversamente proporcional a la resistencia entre ellos. Matemáticamente, la Ley de Ohm se expresa como:
I = V / R
donde I es la corriente en amperios, V es el voltaje en voltios y R es la resistencia en ohmios. En otras palabras, si el voltaje a través de un conductor aumenta, la corriente a través de él también aumentará siempre que la resistencia permanezca constante. Del mismo modo, si la resistencia aumenta, la corriente disminuirá para un voltaje dado. La Ley de Ohm es útil en el diseño y análisis de circuitos eléctricos, siendo una de las leyes fundamentales en la ingeniería eléctrica.
La Constante de la Ley de Ohm
La Ley de Ohm indica que la resistencia en esta relación es constante e independiente de la corriente. Si la resistencia no es constante, la ecuación anterior no puede llamarse Ley de Ohm, pero aún se puede usar como una definición de resistencia estática/DC. Es una relación empírica que describe con precisión la conductividad de la gran mayoría de los materiales conductores de electricidad a través de muchos órdenes de magnitud de corriente. Sin embargo, algunos materiales no obedecen la Ley de Ohm; a estos se les llama no óhmicos.
Explicación Microscópica de la Ley de Ohm
La Ley de Ohm puede explicarse a nivel microscópico entendiendo el comportamiento de los electrones en un conductor. En un conductor, como un alambre de metal, existen electrones libres que pueden moverse a través del material. Estos electrones colisionan con los átomos del conductor mientras se mueven, lo que crea una resistencia a su movimiento.
La resistencia de un conductor está relacionada con el número de colisiones que ocurren a medida que los electrones se mueven a través de él. Cuando se aplica un voltaje a través de un conductor, crea un campo eléctrico que hace que los electrones libres se muevan en una dirección particular. Los electrones experimentan una fuerza debido a este campo eléctrico, lo que los hace acelerar y moverse a través del conductor.
Sin embargo, los electrones no se mueven en línea recta, sino que realizan un movimiento aleatorio debido a las colisiones con los átomos del conductor, perdiendo energía y dispersándose en direcciones aleatorias. Esto crea resistencia al flujo de electrones y hace que parte de la energía del campo eléctrico se convierta en calor.
Velocidad de Deriva de los Electrones
La velocidad de deriva de los electrones en un conductor es generalmente bastante lenta, del orden de unos pocos milímetros por segundo, aunque la corriente en el conductor puede ser bastante alta. Esto se debe a que los electrones están constantemente colisionando con los átomos del conductor, lo que ralentiza su movimiento general. La velocidad de deriva es proporcional a la corriente. En un material resistivo, también es proporcional a la magnitud de un campo eléctrico externo.
Aunque la velocidad de deriva es relativamente lenta, sigue siendo un concepto importante para entender el comportamiento de las corrientes eléctricas en conductores. El flujo general de carga eléctrica en un conductor está determinado por la combinación de la velocidad de deriva y el número de portadores de carga que se mueven a través del conductor. Por ejemplo, cuando se aplica un voltaje de CC, la velocidad de deriva de los electrones aumentará en velocidad proporcionalmente a la fuerza del campo eléctrico. La velocidad de deriva en un alambre de cobre de 2 mm de diámetro en una corriente de 1 amperio es aproximadamente de 8 cm por hora. Los voltajes de CA no causan movimiento neto; los electrones oscilan hacia adelante y hacia atrás en respuesta al campo eléctrico alternante (sobre una distancia de unos pocos micrómetros).
