Electricidad

Electricidad: Cálculo de la Resistencia eléctrica según el tipo y la forma del conductor   Sabemos que una corriente eléctrica es un flujo de electrones. Al moverse a través de un conductor, los electrones deben vencer una resistencia; en los conductores metálicos, esta resistencia proviene de las colisiones entre los electrones. Si el paso es expedito y fluido los electrones viajarán ordenadamente, tendrán poca resistencia. Por el contrario, si el camino es muy estrecho o demasiado largo, los electrones se agolparán y chocarán entre sí, produciendo, además, mucho calor; se les opone una alta resistencia. A. En un buen conductor, que opone baja resistencia, los electrones fluyen ordenadamente, sin chocar entre sí. B. En un mal conductor. eléctrico, que ofrece alta resistencia al flujo de corriente, los electrones chocan unos contra otros al no poder circular libremente y  generan calor, lo que aumenta la resistencia.   Entonces: Se llama resistencia eléctrica a la oposición o dificultad que encuentra una corriente al recorrer un circuito eléctrico cerrado, y que permite frenar o atenuar el libre flujo de electrones. La unidad de resistencia es el ohmio (W o Ω): y ohmio es la resistencia que ofrece un conductor cuando por él circula un amperio (intensidad)  y entre sus extremos hay una diferencia de potencial (tensión) de un voltio. Físicamente, cualquier dispositivo o material intercalado en un circuito eléctrico representa en sí una resistencia para la circulación de la corriente eléctrica, y dependiendo de las características de dicho dispositivo o material se puede aumentar o disminuir la resistencia a una corriente eléctrica. Por lo tanto, la resistencia eléctrica de un conductor depende de la naturaleza del material, de su longitud y de su sección, además de la temperatura. A mayor longitud, mayor resistencia. A  mayor sección, menos resistencia. A mayor temperatura, mayor resistencia. Para calcular el valor de la resistencia que ofrece un material específico, con largo y grosor definidos,  se aplica a fórmula Léase: Resistencia ( R )  es igual al producto de rho (ρ) por la longitud (L) del conductor dividido o partido por la sección o grosor (área)  (S) del conductor. Donde ρ (rho) es una constante (conocida y que depende del material), llamada resistividad. L, es el largo o longitud (en metros) del cable o conductor, y S, es la sección o grosor (en mm2) del cable o conductor Para información, he aquí un cuadro con algunos valores para ρ (rho), según el tipo de material conductor: Material Resistividad (Ω   •   mm2 / m) a 20º C Aluminio 0,028 Carbón 40,0 Cobre 0,0172 Constatan  0,489 Nicromo  1,5 Plata 0,0159 Platino 0,111 Plomo 0,205 Tungsteno 0,0549   Ahora bien, para calcular valores de resistencia sabemos que la constante de resistividad (ρ) es conocida, por lo tanto debemos abocarnos a conocer (averiguar, descubrir o calcular) tanto el largo del conductor (L)  como la sección (grosor, en mm2) del mismo, ya que como dijimos: A mayor longitud, mayor resistencia.  A menor longitud, menor resistencia A  mayor sección, menos resistencia. A menor sección, mayor resistencia Analizadas estas cuatro afirmaciones, tenemos que: El valor de una resistencia es directamente proporcional al largo del conductor e inversamente proporcional a la sección del mismo. Gráficamente, lo anterior sería: Conductor más largo, mayor resistencia Conductor más corto, menor resistencia Sección o área mayor (conductor más grueso) menor resistencia Sección o área menor (conductor más delgado), mayor resistencia   Otro factor que influye en la mayor o menor resistencia de un material o conductor es la temperatura. Los materiales que se encuentran a mayor temperatura tienen mayor resistencia. Ver: Variación de la resistencia con la temperatura. Ejercicio Veamos ahora un ejemplo práctico para hallar la resistencia que ofrece al paso de la corriente eléctrica un conductor de cobre de500 metros de longitud cuyo diámetro es 1,6 mm. En este caso queremos calcular la resistencia de un conductor bien definido (cobre), del que conocemos su resistividad (rho = 0,0172),  sabemos su longitud en metros (500) y del que no sabemos su área o sección pero del que sí tenemos como dato su diámetro (1,6 mm). Para hallar el área o sección del conductor de cobre será necesario utilizar la siguiente fórmula: El área del círculo se obtiene multiplicando el valor de π por el radio al cuadrado. Repasar: Cálculo del área o superficie del círculo. Reemplazamos los valores en la fórmula: El valor de  π (pi ) lo conocemos (3,1416) . Si el diámetro del conductor de cobre es 1,6 mm, su radio será 0,8 mm, valor que elevamos al cuadrado (0,8 multiplicado por 0,8)  0,8 mm • 0,8 mm = 0,64 mm2 Entonces Área o sección = 3,1416 •  0,64 mm2  =  2 mm2 Ahora podemos completar la fórmula Por tanto, la resistencia ( R ) que ofrece al paso de la corriente eléctrica un alambre de cobre de 2 mm2 de área (sección)  y 500metros de longitud, a una temperatura ambiente de 20º C, será de 4,3 ohmios. Veamos ahora un problema de tipo general: Un alambre conductor cilíndrico de radio r y largo L tiene una resistencia eléctrica R. ¿Cuál será la resistencia eléctrica de otro alambre conductor, también cilíndrico y del mismo material que el anterior, pero de radio r/2 y largo L/2? Dentro de las propiedades de los conductores metálicos, sabemos ahora que la resistencia eléctrica que presentan éstos depende de la naturaleza del material y es directamente proporcional al largo e inversamente proporcional al área de la sección transversal (grosor) del conductor. Pero veamos la fórmula: Como ρ (la constante de resistividad) es igual en ambos casos, prescindiremos de ella para el cálculo. Nos queda L, (largo del alambre)lo conocemos en ambos casos. Si le damos un valor inicial de 1 (uno), para el segundo caso será de ½  (un medio). Pero S, la sección, superficie o área del cable conductor, no la conocemos en ninguno de los casos, ya que solo tenemos como dato el radio, que si le damos valor 1 (uno) en el primer caso, entonces será 1/2  en el segundo. Para calcular la sección usamos la fórmula Como π  es común para el cálculo en ambos casos, prescindimos de él, y como nos interesa el valor de r2 para el segundo caso, hacemos (1/2)2  que es igual a ½ • ½ = ¼ Reemplazamos ahora en la fórmula Léase: La Resistencia (R) es igual a un medio dividido por un cuarto, lo que se convierte en un medio multiplicado por 4/1, que es igual a 4/2, que al simplificarse queda en 2.  Ley de Ohm 1. Ley de Ohm     Según la ley de Ohm, cuando por una resistencia eléctrica "R", circula una corriente "I", se produce en ella una caída de tensión "V" entre los extremos de la resistencia cuyo valor viene dado por:     En el Sistema Internacional I viene dado en Amperios, V en Voltios y R en Ohmios.  Resistencia equivalente 1. Resistencias en paralelo     Cuando dos resistencias se encuentran en paralelo, es posible sustituirlas por otra única equivalente a las dos Resistencia equivalente 1. Resistencias en serie     Cuando dos resistencias se encuentran en serie, es posible sustituirlas por otra única equivalente a las dos Resistencia variable 1. Resistencia variable     Conocida la dependencia de la resistencia eléctrica en función de los parámetros geométricos, es fácil comprender cómo se puede construir un dispositivo que muestre una resistencia variable.     En la figura se muestra una barra de un material conductor, que tiene forma de barra rígida AC sobre la que se apoya un cursor apoyado en B.     La resistencia eléctrica que observa el circuito es la que viene dada por la longitud de la barra desde A a B.     En los casos extremos en que: A coincide con B. La resistencia será cero. B coincide con C. La resistencia será máxima.     En general el valor de la resistencia se podría calcular con la siguiente fórmula.     De donde se deduce que la resistencia cumplirá     Las resistencias variables con contacto deslizante se denominan potenciómetros y tienen el siguiente símbolo. Efecto Joule 1. Efecto Joule     Cuando por un material conductor con resistencia no nula "R" - es decir la práctica totalidad de los materiales conductores - circula una corriente "I" se produce un calentamiento en el material. La potencia calorífica perdida "P" en forma de calor viene dada por:     En el Sistema Internacional, la intensidad "I" viene dada en Amperios, la resistencia "R" en Ohmios y la Potencia en Vatios. Nota: En los materiales superconductores, la resistencia eléctrica es cero, por lo tanto no se produce en ellos el calentamiento del efecto Joule.