CORRIENTE ELÉCTRICA,LEY DE HOHM,RESISTENCIAS Y CONDUCTORES

LA CORRIENTE ELÉCTRICA

Lo que conocemos como corriente eléctrica no es otra cosa que la circulación de cargas o electrones a través de un circuito eléctrico cerrado, que se mueven siempre del polo negativo al polo positivo de la fuente de suministro de fuerza electromotriz (FEM).

	En un circuito eléctrico cerrado la.corriente circula siempre del polo.negativo al polo positivo de la.fuente de fuerza electromotriz.(FEM),

LA LEY DE OHM

La Ley de Ohm, postulada por el físico y matemático alemán Georg Simon Ohm, es una de las leyes fundamentales de la electrodinámica, estrechamente vinculada a los valores de las unidades básicas presentes en cualquier circuito eléctrico como son:

Tensión o voltaje "E", en volt (V). Intensidad de la corriente "  I ", en ampere (A). Resistencia "R" en ohm () de la carga o consumidor conectado al circuito.

Circuito eléctrico cerrado compuesto por una pila de 1,5 volt, una resistencia o carga eléctrica "R" y la.circulación de una intensidad  o flujo de corriente eléctrica " I " suministrado por la propia pila.

Debido a la existencia de materiales que dificultan más que otros el paso de la corriente eléctrica a través de los mismos, cuando el valor de su resistencia varía, el valor de la intensidad de corriente en ampere también varía de forma inversamente proporcional. Es decir, a medida que la resistencia aumenta la corriente disminuye y, viceversa, cuando la resistencia al paso de la corriente disminuye la corriente aumenta, siempre que para ambos casos el valor de la tensión o voltaje se mantenga constante. Por otro lado y de acuerdo con la propia Ley, el valor de la tensión o voltaje es directamente proporcional a la intensidad de la corriente; por tanto, si el voltaje aumenta o disminuye, el amperaje de la corriente que circula por el circuito aumentará o disminuirá en la misma proporción, siempre y cuando el valor de la resistencia conectada al circuito se mantenga constante.

Postulado general de la Ley de Ohm

El flujo de corriente en ampere que circula por un circuito eléctrico cerrado, es directamente proporcional a la tensión o voltaje aplicado, e inversamente proporcional a la resistencia en ohm de la carga que tiene conectada.

FÓRMULA MATEMÁTICA GENERAL DE REPRESENTACIÓN DE LA LEY DE OHM

Desde el punto de vista matemático el postulado anterior se puede representar por medio de la siguiente Fórmula General de la Ley de Ohm:

VARIANTE PRÁCTICA: Aquellas personas menos relacionadas con el despeje de fórmulas matemáticas pueden realizar también los cálculos de tensión, corriente y resistencia correspondientes a la Ley de Ohm, de una forma más fácil utilizando el siguiente recurso práctico:

Con esta variante sólo será necesario tapar con un dedo la letra que representa el valor de la incógnita que queremos conocer y de inmediato quedará indicada con las otras dos letras cuál es la operación matemática que será necesario realizar.

Quizás hayamos oído hablar o leído en algún texto que el sentido convencional de circulación de la corriente eléctrica por un circuito es a la inversa, o sea, del polo positivo al negativo de la fuente de FEM. Ese planteamiento tiene su origen en razones históricas y no a cuestiones de la física y se debió a que en la época en que se formuló la teoría que trataba de explicar cómo fluía la corriente eléctrica por los metales, los físicos desconocían la existencia de los electrones o cargas negativas. Al descubrirse los electrones como parte integrante de los átomos y principal componente de las cargas eléctricas, se descubrió también que las cargas eléctricas que proporciona una fuente de FEM (Fuerza Electromotriz), se mueven del signo negativo (–) hacia el positivo (+), de acuerdo con la ley física de que "cargas distintas se atraen y cargas iguales se rechazan". Debido al desconocimiento en aquellos momentos de la existencia de los electrones, la comunidad científica acordó que, convencionalmente, la corriente eléctrica se movía del polo positivo al negativo, de la misma forma que hubieran podido acordar lo contrario, como realmente ocurre. No obstante en la práctica, ese “error histórico” no influye para nada en lo que al estudio de la corriente eléctrica se refiere. Resistencia eléctrica de un conductor No todos los conductores son iguales a la hora de que circulen por ellos los electrones, pues unos son mejores que otros para tal fin. Todos los conductores tienen una resistencia al paso de esos electrones, siendo mejor conductor cuanta menor resistencia tenga. A la hora de diseñar un conductor eléctrico también se tiene en cuenta su precio pues no es lo mismo fabricar un cable de platino a uno de cobre, aunque el primero sea mucho mejor conductor... ¿Os imagináis? ¡Resultaría carísimo! Nuestro país y el mundo no están ahora para tirar el dinero, ¿no creéis? Junto con Emilio, estudiaremos la resistencia que presenta un conductor eléctrico al paso de la corriente eléctrica. Veremos que esa resistencia depende de varios factores y sobre todo de la característica atómica de cada material. Seguidamente estudiaremos la resistencia de un circuito eléctrico, cuya importancia en el circuito es acorde al de la fuente de alimentación o pila y al del conductor, ya que sin este componente no tendríamos circuito eléctrico. Para que lo entendáis una bombilla no es más que una resistencia que al pasar la corriente eléctrica, debido a sus características de forma y construcción, provoca luz. ¿Veis lo importante que es? Como ya sabemos, la resistencia eléctrica (R) es la oposición que todo conductor presenta al paso de la corriente eléctrica. Ante esta definición, hemos de considerar que no todos los conductores presentan la misma resistencia al ser sometidos a una diferencia de potencial en sus extremos, dependiendo de los siguientes factores: Cantidad de electrones libres que tenga el conductor (cuanto mayor sea su número, menor su resistencia). Choques que experimentan en su desplazamiento estos portadores de carga (los electrones pueden chocar con otros electrones o con partes de átomos no fluyentes), así a mayor número de choques, menor velocidad de desplazamiento y proporcionalmente menor cantidad de corriente. Para cuantificar estos factores, recurrimos a la siguiente relación (1): Dónde en el sistema internacional: o R se expresa en ohmios (Ω) o L en metros (m) o S en metros cuadrados (m2) o ρ en Ωm2/m (Ωm) Veamos detenidamente el significado de estos parámetros: Resistividad o resistencia específica, representada por ρ. Es una constante característica de la naturaleza del conductor (despejando de la expresión (1),  , de aquí deducimos fácilmente su unidad en el S.I. indicada anteriormente). Hemos de considerar que: A la vista de (1), un aislante perfecto, vendría definido por un valor de ρ=∞ y un conductor perfecto ρ=0 (un superconductor). La siguiente tabla, muestra los valores de ρ para algunas de las sustancias más características. MATERIAL Resistividad (ρ) en (Ωm) a 20 ºC Plata 1,5·10-8 Cobre 1,72·10-8 Aluminio 2,63·10-8 Hierro 10·10-8 Oro 2,4·10-8 Estaño 1,15·10-7 Plomo 22·10-8 Madera De 108 a 1011 Vidrio De 1010 a 1014 Cuarzo 75·1016 Silicio 6,4·10-2 Carbón 3500·10-8 Tener presente que diversos factores como impurezas, presencia de campos magnéticos, etc. alteran el valor de la resistividad. Entre estos factores destacamos la temperatura, cuya influencia se puede aproximar por la siguiente expresión:  , donde: ρ es el coeficiente de variación de la resistividad con la temperatura (dado en ºC-1) y ρ0 el valor de la resistividad del material a 0ºC. Por su importancia en Electrotecnia, hemos de tener presente, que para los metales, su resistencia aumenta con la temperatura al ser α>0. Longitud del conductor, cuanto mayor sea esta, mayor la probabilidad de choques y por lo tanto mayor la resistencia presentada. Sección del conductor, que aparece como inversamente proporcional, ya que, lógicamente, a mayor sección menor número de choques y en consecuencia menor resistencia. EL CONDUCTOR DE CORRIENTE ELÉCTRICA Conductores son todos aquellos materiales o elementos que permiten que los atraviese el flujo de la corriente o de cargas eléctricas en movimiento. Si establecemos la analogía con una tubería que contenga líquido, el conductor sería la tubería y el líquido el medio que permite el movimiento de las cargas. Caja preparada con conductores eléctricos de cobre para colocar.tomas de corriente en una instalación eléctrica doméstica. Cuando se aplica una diferencia de potencial a los extremos de un trozo de metal, se establece de inmediato un flujo de corriente, pues los electrones o cargas eléctricas de los átomos que forman las moléculas del metal, comienzan a moverse de inmediato empujados por la presión que sobre ellos ejerce la tensión o voltaje. Esa presión procedente de una fuente de fuerza electromotriz (FEM) cualquiera (batería, generador, etc.) es la que hace posible que se establezca un flujo de corriente eléctrica a través del metal. BUENOS Y MALOS CONDUCTORES DE LA CORRIENTE ELÉCTRICA Los mejores conductores de la corriente eléctrica son los metales, porque ceden más fácil que otros materiales los electrones que giran en la última órbita de sus átomos (la más alejada del núcleo). Sin embargo, no todos los metales son buenos conductores, pues existen otros que, por el contrario, ofrecen gran resistencia al paso de la corriente y por ello se emplean como resistencia eléctrica para producir calor. Un ejemplo de un metal que se comporta de esa forma es el alambre nicromo (NiCr). Resistencia de alambre nicromo utilizada como.elemento calefactor  en una secadora de pelo. El más utilizado de todos los metales en cualquier tipo de circuito eléctrico es el cobre (Cu), por ser relativamente barato y buen conductor de la electricidad, al igual que el aluminio (Al). Sin embargo, los mejores metales conductores son el oro (Au) y la plata (Ag), aunque ambos se utilizan muy limitadamente por su alto costo. El oro se emplea en forma de hilo muy fino para unir los contactos de los chips de circuitos integrados y microprocesadores a los contactos que los unen con las patillas exteriores de esos elementos electrónicos, mientras que la plata se utiliza para revestir los contactos eléctricos de algunos tipos de relés diseñados para interrumpir el flujo de grandes cargas de corriente en amper. El aluminio, por su parte, se emplea para fabricar cables gruesos, sin forro. Este tipo de cable se coloca, generalmente, a la intemperie, colgado de grandes aislantes de porcelana situados en la parte más alta de las torres metálicas destinadas a la distribución de corriente eléctrica de alta tensión. (A) cable o conductor compuesto por un solo alambre rígido de.cobre. (B) cable o conductor compuesto por varios alambres flexibles de.cobre. Ambos tipos de conductores poseen un forro aislante de PVC. La mayoría de los conductores que emplean los diferentes dispositivos o aparatos eléctricos poseen un solo hilo de alambre de cobre sólido, o también pueden estar formado por varios hilos más finos, igualmente de cobre. Ambos tipos de conductores se encuentran revestidos con un material aislante, generalmente PVC (cloruro de polivinilo). Mientras mayor sea el área transversal o grosor que tenga un conductor, mejor soportará el paso de la corriente eléctrica, sin llegar a calentarse en exceso o quemarse. MATERIALES SEMICONDUCTORES Y AISLANTES DE LA CORRIENTE ELÉCTRICA Existen también otros elementos denominados metaloides, que actúan como semiconductores de la corriente eléctrica. Entre esos elementos o materiales se encuentran el silicio (Si), el galio (Ga) y el germanio (Ge). Los átomos de esos elementos son menos propensos a ceder electrones cuando los atraviesa una corriente eléctrica y su característica principal es dejarla pasar en un solo sentido e impedirlo en sentido contrario. El cristal de silicio es el elemento más utilizado en la actualidad  como material semiconductor  para fabricar diodos, transistores, circuitos integrados y los microprocesadores que utilizan los ordenadores o computadoras personales, así como otros dispositivos digitales. A la derecha se pueden ver las patillas de conexión situadas en la parte inferior de un microprocesador Pentium 4. Microprocesador Pentium 4 Por último están los materiales aislantes, que no conducen la corriente eléctrica, cuyos átomos ni ceden ni captan electrones. Entre esos materiales se encuentran el plástico, la mica, el vidrio, la goma, la cerámica, etc. Todos esos materiales y otros similares con iguales propiedades, oponen total resistencia al paso de la corriente eléctrica. Si establecemos de nuevo una analogía con un líquido que circule a través del circuito hidráulico de una tubería, como se hizo al principio de este tema con los conductores, el aislador sería el equivalente al mismo tubo del circuito hidráulico, pero en este caso conteniendo líquido congelado, lo cual obstruiría por completo el movimiento de los átomos del líquido a través de la tubería. Esto sería algo similar a lo que ocurre con las cargas eléctricas cuando tropiezan con un material aislante que le interrumpe el paso en un circuito eléctrico. Esa es, precisamente, la función de los aisladores que vemos colgando de las torres de distribución eléctrica, para soportar los cables y evitar que la corriente pase a la estructura metálica o de cemento de la torre. Aislador empleado para soportar los cables de aluminio que, colgados de las torres de alta tensión, transmiten la energía.eléctrica hasta los lugares que la requieren.