LA LEY DE OHM
La ley de Ohm, postulada por el
físico y matemático alemán Georg Simon
Ohm, es una ley básica de los circuitos eléctricos. Establece que la diferencia de potencial que
aplicamos entre los extremos de un conductor determinado es proporcional a la
intensidad de la corriente que
circula por el citado conductor. Ohm completó la ley introduciendo la noción de resistencia eléctrica; que es el factor de
proporcionalidad que aparece en la relación entre V I
La fórmula anterior
se conoce como fórmula general
de la ley de Ohm,12
y en la misma, corresponde a la diferencia de
potencial, a la resistencia e a
la intensidad de la corriente. Las unidades de esas tres magnitudes en el
sistema internacional de unidades son, respectivamente, voltios (V), ohmios(Ω) y amperios (A).
En física, el término ley de Ohm se usa para referirse a varias
generalizaciones de la ley originalmente formulada por Ohm. El ejemplo más
simple es:
J= σ E
donde J es la densidad de corriente en una localización dada en el
material resistivo, E es el campo eléctrico en esa
localización, y σ (sigma) es un parámetro
dependiente del material llamado conductividad. Esta reformulación de la
ley de Ohm se debe a Gustav
Kirchhoff.
HISTORIA
Georg Simon Ohm nació en Erlangen (Alemania)
el 16 de marzo de 1789 en el seno de una familia protestante, y desde muy joven
trabajó en la cerrajería de su padre, el cual también hacía las veces de
profesor de su hijo. Tras su paso por la universidad dirigió el Instituto
Politécnico de Núremberg y
dio clases de física experimental en la Universidad de Múnich hasta el final de su vida. Falleció en
esta última ciudad el 6 de julio de 1854.
Poniendo a prueba su
intuición en la física experimental consiguió introducir y cuantificar la resistencia eléctrica. Su formulación de
la relación entre intensidad de corriente, diferencia de potencial y resistencia constituye la ley de
Ohm, por ello la unidad de resistencia eléctrica se denominó ohmio en su honor.
Sufrió durante mucho
tiempo la reticencia de los medios científicos europeos para aceptar sus ideas
pero finalmente la Real Sociedad
de Londres lo premió con la Medalla
Copley en 1841 y la
Universidad de Múnich le otorgó la cátedra de Física en 1849.4
En 1840 estudió las
perturbaciones sonoras en el campo de la acústica fisiológica (ley de Ohm-Helm holtz) y a partir de
1852 centró su actividad en los estudios de carácter óptico, en especial en los
fenómenos de interferencia.
EXPERIMENTOS
Años antes de que Ohm
enunciara su ley, otros científicos habían realizado experimentos con la
corriente eléctrica y la tensión. Destaca el caso del británico Henry
Cavendish, que experimentó con la botella de
Leyden en 1781 pero no
llegó a publicar sus conclusiones, hasta que casi 100 años después, en 1879, James Clerk Maxwell las publicó.4
En la actualidad
disponemos de muchos instrumentos que nos permiten medir con precisión la
tensión (voltaje) y la corriente eléctrica pero en el siglo XIX muchos
dispositivos, tales como la pila Daniell y la pila de
artesa, no estaban disponibles. Los aparatos que medían la tensión y
la corriente de la época no eran suficientes para obtener lecturas precisas
para el desarrollo de la fórmula que George S. Ohm quería obtener.
Es por ello por lo
que Ohm, mediante los descubrimientos que otros investigadores realizaron
anteriormente, creó y modificó dispositivos ya fabricados para llevar a cabo
sus experimentos. La balanza de torsión deCoulomb es
uno de estos aparatos; fue descrito por Ohm en su artículo «Vorläufige Anzeige
des Gesetzes, nach welchem Metalle die Contactelectricität», publicado en 1825
en los Anales de la Física.
Ohm incluyó en la balanza una barra magnética gracias a los avances de Hans Christian Ørsted, que en 1819
descubrió que un cable conductor por el que fluía una corriente eléctrica
desviaba una aguja magnética situada en sus proximidades. Con esto y varios
cables de distintas longitudes y grosor, una pila voltaica y
recipientes de mercurio, pudo crear un circuito en el que buscaba relacionar
matemáticamente la disminución de la fuerza electromagnética creada por una corriente que fluye por
un cable y la longitud de dicho cable.
Definición
de intensidad de corriente I: movimiento de electrones
Algunas partículas presentan una
propiedad fundamental de la materia llamada carga eléctrica. Para estudiar la corriente
eléctrica interesa ver cómo se desplazan esas cargas, es decir cómo se mueven
las partículas elementales con una carga asociada
como los electrones o los iones. La corriente se
define como la carga neta que fluye a través de un área transversal por
unidad de tiempo.
Su unidad en el SI es el amperio (A).
Un amperio es un culombio por segundo (electrones/segundo). Dado que en el
movimiento de las cargas pueden intervenir tanto cargas positivas como
negativas, por definición se adopta el criterio de que la corriente eléctrica
tiene el sentido del movimiento de cargas positivo.
Tal y como está definida la
corriente, parece que la velocidad a la que se desplazan los electrones es
constante. Sin embargo, para conseguir una corriente eléctrica es necesario que
las cargas estén sometidas a un campo eléctrico . El campo eléctrico es la fuerza por unidad de carga. Por tanto, al
establecer una corriente eléctrica se ejerce sobre las cargas una fuerza
eléctrica y sobre las partículas
cargadas se producirá, por tanto, una aceleración,
tal y como señala la primera ley
de Newton. Cada electrón experimenta
una fuerza ; por tanto, la aceleración es
siendo la masa de la partícula cargada. Como es constante y la masa y la carga también, entonces también es constante.
Analogía de
la velocidad límite con la velocidad media de caída de una bola por un plano
inclinado con pivotes. La bola es frenada repetidamente por los pivotes (los
iones de la red cristalina del material conductor) de manera que su velocidad
media de bajada es constante
El razonamiento anterior es válido
cuando las cargas se mueven en el vacío y, por tanto, sin encontrar ningún
obstáculo a su movimiento. Sin embargo, al desplazarse las cargas (electrones)
por el interior de un material, por ejemplo en un metal, chocan
reiteradamente con los iones de la estructura del metal, de forma que la
velocidad definitiva con la que se mueven las cargas es constante. A esta
velocidad (Va)
se le llama velocidad de arrastre o de deriva.
El fenómeno de los choques se puede
interpretar como una fuerza de rozamiento o resistiva que se opone a hasta
el punto de anularla, y entonces la velocidad neta de las cargas es constante.
En cierta manera el fenómeno es similar al de las gotas de lluvia que en lugar
de caer con una aceleración constante ( A), alcanzan una velocidad límite
constante en su caída debido a la presencia de aire.
Bibliografia
hasta
el punto de anularla, y entonces la velocidad neta de las cargas es constante.
En cierta manera el fenómeno es similar al de las gotas de lluvia que en lugar
de caer con una aceleración constante ( Bibliografia
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