pictograma 9 del tutorial sobre la resistividad eléctrica y los ohmios

Electricidad Fácil IX: resistencia eléctrica. Ohm y el ohmio.

El ohmio es la unidad de resistencia eléctrica del SI. En honor del físico y matemático alemán Georg Simon Ohm lleva su nombre. Ohmios y resistencia eléctrica son dos temas que estudiaremos a fondo en esta unidad de Electricidad Fácil.

Vida de Georg Simon Ohm

Georg Simon Ohm nació en 1789 en el Imperio antiguo, también conocido como Primer Reich (lo que hoy es Alemania). Con 38 años, Georg Ohm publica el libro Die galvanische Kette, donde formula la ley que lleva su nombre. La ley de Ohm es una ley básica de la electricidad que relaciona la intensidad, el voltaje y la resistencia.

George Simon Ohm y el Ohmio Placa a George Simon Ohm con el símbolo del ohmio, Bamberg.
Foto de Schubbay, CC BY-SA 4.0, Wikimedia Commons.

El padre de Ohm, Johann Wolfgang, quien era cerrajero y autodidacta, fue el primer maestro del niño. Johann educó a sus hijos a partir de sus propias enseñanzas. Ohm estudió más tarde en la Universidad de Erlangen (Baviera), aunque después viajó a Suiza, donde obtuvo una plaza de profesor en 1806. Tras avanzar en sus estudios de matemáticas, regresa a Erlangen en 1811.

Los años siguientes fueron frustrantes para Ohm, quien se veía a sí mismo como algo más que un profesor. Sin embargo, todo cambiará en 1817, cuando le ofrecen una plaza de maestro de física y matemáticas en el Liceo Jesuita de Colonia, pues la escuela contaba con su propio laboratorio de física. Un laboratorio bien equipado donde Ohm avanzará en sus investigaciones.

En 1825 Ohm comienza a publicar observaciones de sus experimentos sobre corriente y tensión eléctricas. Cabe recordar que cinco años antes Oersted había descubierto el electromagnetismo. En todo caso, solo dos años después, Ohm publica su teoría sobre la electricidad.

A lo largo de su vida, Ohm también estudio acústica, la polaridad de las pilas y las interferencias de la luz. A los 63 años, alcanzó el sueño de su vida cuando la Universidad de Múnich lo designa titular de la Cátedra de Física. Precisamente en Múnich, Baviera, fallece el 6 de julio de 1854.

El ohmio

Al lector observador no se le escapa que en la placa conmemorativa de Ohm grabada bajo las fechas aparece una herradura invertida. En efecto, el símbolo Ω representa la letra griega omega mayúscula (minúscula: ω). Como ya hemos visto, la letra omega también es el símbolo escogido para representar el ohmio, unidad de resistencia eléctrica.

Venimos de hablar del voltio en la unidad anterior. Y, en la anterior a aquella, del amperio. Cuantos más voltios, más amperios. Cuantos más amperios, más voltios. Sí. Pero hay una tercera variable que se empeña en llevar la contraria a estas dos. Y no hay premio por adivinar de quién se trata.

El ohmio se opone al paso de la corriente eléctrica (amperios). Así, se puede decir lo siguiente. Cuantos más ohmios, menos amperios. Cuantos más amperios, menos ohmios.

Pero al ohmio también le cae gordo el voltio. (En el fondo, quiza no es más que un déspota que no soporta que nadie le lleve la contraria.) Entonces, cuantos más voltios, menos ohmios. Cuantos más ohmios, menos voltios.

Simplificando el asunto, todo lo anterior funciona sobre el papel. Y es algo que nos ayuda a solucionar problemas de electricidad matemáticamente. Pero lo importante es recordar cómo llegó Ohm a esta conclusión.

Pues bien: Ohm observó que la fuerza electromagnética que circula por un cable (voltios) disminuía con la longitud de este (ohmios). En efecto, cuanto más largo es un cable, mayor es su resistencia eléctrica.

En resumidas cuentas, el ohmio trata de impedir que el amperio circule. El voltio, por su parte, trata de impedir que el ohmio se salga con la suya. Tras esta breve introducción del concepto de resistencia eléctrica, ¿por qué no estudiar a fondo el asunto?

¿Qué es la resistencia eléctrica?

Como ya hemos visto a lo largo del curso, llamamos corriente eléctrica al movimiento de electrones libres en un material conductor. Sabemos, asimismo, que este flujo de electrones no surge por arte de magia.

Se precisa, pues, que una fuerza eléctrica empuje a los electrones por el cable. Y en el momento en que esta fuerza eléctrica (fuente de energía) se agote, también cesará la corriente eléctrica. Se llega, entonces, a la conclusión de que existe algo que se opone al flujo de electrones libres.

No hay premio por adivinar que llamamos resistencia eléctrica a ese algo que se opone a la circulación de los electrones. A ese algo que se resiste a ella.

Resistencia eléctrica de los materiales conductores y de los materiales aislantes

Lejos queda ya EF II, donde se habló de los materiales conductores y aislantes de la electricidad. Por ello, haremos ahora un breve y conveniente repaso.

Se dijo en aquella unidad que los electrones no circulan con la misma fluidez por todos los materiales. En efecto:

  • Los materiales conductores apenas se oponen al paso de los electrones: su resistencia eléctrica es muy pequeña
  • Los materiales aislantes apenas permiten el paso de los electrones: su resistencia eléctrica es muy alta

Todos los materiales presentan resistencia eléctrica. Pero ¿de qué depende que la resistencia sea grande o pequeña? ¡Premio para quien recuerde que los conductores son los materiales de cuyos átomos se desprenden fácilmente los electrones de la última capa!

De igual manera, la resistencia eléctrica de los materiales aislantes es alta porque retienen los electrones de su última capa.

¿De qué depende la resistencia eléctrica?

Como fenómeno impepinable que es, la resistencia eléctrica a veces resulta útil. El buscapolos tradicional, por ejemplo, te dejaría frito si no fuera por el componente electrónico (de manera poco original llamado resistencia) que frena la corriente eléctrica hasta el punto de poder circular por tu cuerpo sin electrocutarte.

Resistencias eléctricas Dos resistencias eléctricas en un circuito electrónico. El color de las tres primeras bandas (naranja, naranja, negro) indica el valor en ohmios del componente (33 Ω). El color dorado de la última banda indica que el margen de tolerancia es del 5 por ciento.

Otras veces, en cambio, la resistencia es un inconveniente. Por ejemplo, al alimentar una herramienta eléctrica muy alejada del enchufe, el cable de un alargador eléctrico deberá ser más grueso cuanto más largo sea para preservar la fuerza eléctrica (voltaje).

Pero vamos al caso. La resistencia de un hilo eléctrico depende de varios factores. En concreto: longitud, sección trasversal, material y temperatura.

Longitud

De primeras, la resistencia eléctrica de un cable es directamente proporcional a su longitud. Siempre y cuando la sección (grosor) del cable sea constante en todo su largo.

La recurrente analogía del agua nos será útil una vez más. Comparemos dos mangueras de jardín; una de 5 m contra otra de 100 m. Conectadas a la misma fuente, las paredes de la manguera larga se opondrán, por fricción, de manera más eficaz al paso del agua.

Ocurre lo mismo con la electricidad: siempre se produce una caída del voltaje. Que es mayor cuanto más largo sea el cable. Por así decirlo, después de recorrer tantos metros, la electricidad llega con menos fuerza, desgastada.

Sección

En segundo lugar, la resistencia eléctrica de un cable disminuye conforme aumenta su sección. En otras palabras, la corriente electrica circula mejor por un cable grueso que por un cable fino.

[Modo agua ON]

Como la sección de la tubería de agua, que permite un mayor caudal del líquido cuanto mayor es el conducto, lo mismo ocurre con todo hilo eléctrico. Cuanto mayor es la sección trasversal de un cable, más caminos, más carriles de la autopista, más vías encuentran los electrones para proseguir su ruta.

[Modo agua OFF]

Material

Los materiales conductores no todos tienen la misma resistencia. El cobre, el aluminio, la plata y el oro, por ejemplo, tienen baja resistencia. Por el contrario, el hierro y el acero presentan mayor resistencia.

Resistencia eléctrica material Un cable de cobre tiene menos resistencia eléctrica que uno de acero

Además, existen aleaciones como el nicromo (mezcla de níquel y cromo) muy útiles por su gran resistividad. También llamado nicrom, esta aleación se utiliza, por ejemplo, para fabricar el cable térmico de las sierras de cortar poliestireno (ya que se calienta enormemente sin oxidarse).

Temperatura

El último de los factores influyentes en la resistencia eléctrica es la temperatura. Si bien la temperatura tiene menos peso que las variables anteriores, no se debe dejar de lado. Por ejemplo, si un circuito eléctrico requiere mantener fijo el valor de la resistencia, se deberá tener en cuenta en su diseño el efecto de la temperatura del material.

La norma general dice que la resistencia de los metales aumenta con la temperatura. (Hay excepciones.) Al contrario, en otros materiales el aumento de temperatura reduce la resistencia eléctrica del material. Esto ocurre, por ejemplo, con el carbono (C). También con materiales semiconductores como el silicio (Si) y el germanio (Ge).

Aquí no es aplicable el símil del agua. La causa de que el calor aumente la resistencia eléctrica de algunos materiales es que dificulta el flujo de los electrones libres. (Al causar que los electrones libres de los átomos reboten más entre sí.)

Cincel de acero al rojo vivo en una forja El acero al rojo vivo presenta mayor resistencia eléctrica que a temperatura ambiente: conduce peor la electricidad. Herrero trabajando una herramienta de hierro en la forja.

Cambiando de tema, hoy no nos pelearemos con el álgebra. La ecuación de la ley de Ohm la dejamos para el siguiente tema.

—¡Albricias! —exclama el alumno holgazán.
—¡Dabuten! —celebra el alumno gandul.

Pero, para poner fin a este artículo, ¡vamos con unos apuntes opcionales para los aspirantes a eruditos!

Apuntes adicionales

Tal vez lea el lector este texto en la pantalla de su ordenador (se acepta móvil y tableta). ¿O quizás lo haya impreso porque prefiere el papel? De una u otra forma, no sería posible sin el descubrimiento de George Ohm. ¿Sí o no?

—Pues no.
—¡Paparruchas!
—Cualquiera habría descubierto esa ley —espetaréis no sin razón muchos de vosotros.

En efecto. Así hubiera sido, probablemente. De hecho... ¿¡Cómo se os quedaría el ojo si os dijesen que hubo otro físico que ya descubrió la ecuación, ocho años antes de que el mismísimo Georg Simon Ohm viniera al mundo!?

Os presento al colega Henry Cavendish, quien descubrió la ecuación que relaciona ohmios con amperios y voltios en 1781, ¡46 años antes que el señor de la hache intercalada!

Henry Cavendish En 1781 el físico británico Henry Cavendish descubrió la ley de Ohm, ocho años antes del nacimiento de este

—¡Cáscaras, Heidi!

Pues presta atención, Pedro, porque hay más. Según la edición de 1911 de la Enciclopedia Británica, otros descubrimientos de Cavendish fueron:

  • El potencial eléctrico (que él lo llamaba grado de electrificación)
  • La capacitancia (de la cual hablaremos más adelante)
  • La constante dieléctrica de un material (relacionada con el concepto anterior)
  • Las leyes que determinan cómo se divide la corriente eléctrica por las ramas de los circuitos conectados en paralelo (hoy atribuidas a Sir Charles Wheatstone)
  • Y la actual ley de Coulomb: la ley inversa del cuadrado de la variación de la fuerza eléctrica con respecto a la distancia

A todo esto, Cavendish nació en 1731 en la actual Niza (entonces Cerdeña). Destacó por ser un alumno aplicado, tímido y reservado. Sus profesores decían que siempre estaba en la luna. Nunca se casó ni tuvo hijos. ¡Ah! Y el psiquiatra y divulgador científico Oliver Sacks sugería en 2001 que Cavendish podría haber tenido síndrome de Asperger.

Este historial y el caracter ermitaño del físico (y químico) británico-francés parecen ser las causas de que no se difundieran los hallazgos de Cavendish. Murió en su casa de Londrés en 1810, a los 78 años, edad avanzada para el promedio de la época.

Y, ahora sí, ¡con esto rematamos la lección de hoy! En la siguiente unidad veremos la ley de Ohm o la ley que, en rigor, debería llamarse ley de Cavendish-Ohm.

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