Clase 005 – La Ley de Ohm

Contenido teórico

Resumen

La Ley de Ohm relaciona las tres principales magnitudes eléctricas: el voltaje, la intensidad y la resistencia. Estas tres magnitudes se relacionan entre sí siguiendo la siguiente fórmula:

\[ V=I \cdot R \]

Magnitud físicaUnidades (S.I.)
VoltajeVVoltiosV
IntensidadIAmperiosA
ResistenciaROhmiosΩ

Introducción

La Ley de Ohm, descubierta por Georg Simon Ohm, es un pilar básico de nuestra electrónica. Todo ingeniero o maker debe conocer el concepto de la Ley de Ohm y su gran importancia pues, si no se hubiera descubierto, el mundo que nos rodea no sería tal y como lo conocemos. Sin la Ley de Ohm no sabríamos hacer cosas tan sencillas como encender un LED o una bombilla. Tampoco seríamos capaces de plantear cosas más difíciles: como diseñar los complejos circuitos electrónicos que son fundamentales para el funcionamiento de nuestros móviles, ordenadores…

En definitiva,  cuando acabes de leer este post, tendrás en tu conocimiento la base de toda nuestra tecnología, por eso te pido que prestes mucha atención y releas una y otra vez lo que no entiendas. Por nuestra parte, nuestra intención es explicar un resumen de qué es la Ley de Ohm de forma sencilla, clara y fácil de digerir. El único objetivo es lograr que nuestros lectores consigan esta base tan importante en el mundo de la electrónica.

Explicación sencilla de la Ley de Ohm

Primero de todo,  hay que dejar claro que, la Ley de Ohm, relaciona tres conceptos básicos en la electrónica: el voltaje, la intensidad y la resistencia.

A pesar de que en entradas anteriores ya hemos explicado estas tres magnitudes físicas, en esta entrada vamos a volver a repasarlas para asegurar que el lector las interiorice. Como ya hemos mencionado, estos tres conceptos son fundamentales y es por ello tanto ímpetu en lograr una gran comprensión.

Una vez sabido esto, vamos a olvidar que estamos hablando de electrónica y/o electricidad y vamos a explicar de forma sencilla la Ley de Ohm comparándola con la hidráulica (tal y como hemos venido haciendo en entradas anteriores).

El voltaje eléctrico

Imagínate que tenemos dos depósitos de agua conectados por un canal y, un molino que gira si el agua circula de un depósito a otro.

Ley de Ohm - Comparación con la hidráulica - Mismo potencial

Pues bien, si ambos depósitos se encuentran a la misma altura, ¿circularía el agua de un depósito a otro sin aplicar ninguna fuerza externa? La respuesta es casi trivial: no. Esto se debe a que ambos depósitos tienen la misma altura respecto al suelo.

Si aumentamos la altura del depósito A, podemos intuir que el agua ahora sí empieza a circular desde el depósito A hasta el B, haciendo girar al molino.

Ley de Ohm - Comparación con la hidráulica - Diferente potencial

Antes de continuar, vamos a aclarar algo que es fundamental: ¿a qué altura se encuentra nuestro depósito A? ¿3 metros? ¿-4 metros? Eso no importa. Lo que realmente importa es a qué altura se sitúa nuestro depósito A respecto del B (en este caso, hay 1 metro de diferencia entre la altura del depósito A y el depósito B). 

Si la diferencia de altura es muy grande, podemos intuir que el molino gira muy rápido. Por el contrario, si la diferencia de altura es pequeña, el molino gira muy lento o incluso no gira.

Pues bien, si extrapolamos este concepto a la electrónica, esta diferencia de altura se conoce como diferencia de voltaje o diferencia de potencial eléctrico, más conocido como voltaje o tensión y se mide en “Voltios” (V).

Al igual que en nuestro ejemplo hidráulico, en una fuente de alimentación, como una pila, cada uno de sus polos tiene un voltaje diferente y necesitamos ver esta diferencia entre sus polos. Si nuestra pila es de 1.5V, quiere decir que entre sus extremos hay una diferencia de voltaje de 1.5V pero el polo positivo puede estar a 10V y el polo negativo a 8.5V. o incluso el polo positivo puede estar a 0V y el negativo a -1.5V. Para verlo con nuestro ejemplo, imagínate que nuestro depósito, ahora llamado “positivo”, está al nivel del mar. Excavamos y situamos nuestro depósito “negativo” a un metro y medio bajo tierra. Si nos fijamos, la diferencia de altura se encuentra  1.5m.

Ley de Ohm - Comparación con la hidráulica - Diferencia de potencial

La intensidad eléctrica

Ahora vamos a explicar la magnitud de intensidad o corriente eléctrica.

Si volvemos a nuestro ejemplo del agua, podemos comparar la intensidad eléctrica con el caudal de agua, es decir, con los litros agua que pasa cada segundo por un punto determinado. Como ya sabías de la entrada sobre la intensidad, la intensidad es igual a la cantidad de carga eléctrica que circulan cada segundo por un punto determinado.

Ley de Ohm - Comparación con la hidráulica - Intensidad eléctrica y caudal de agua

Si comparamos las dos fórmulas vemos de forma clara el símil.
\[ Caudal=\frac{Litros}{Tiempo} \]

\[ Intensidad=\frac{Carga}{Tiempo} \]

La unidad en la que se mide la intensidad son los “Amperios” (A).

La resistencia eléctrica

Por último vamos a explicar de forma sencilla qué es la resistencia eléctrica.

Para ello, como no, volvemos al ejemplo de nuestros depósitos de agua. Si disminuimos la sección del canal, provocaremos una disminución del caudal de agua. Es decir, circularán menos litros en el mismo tiempo que si no hubiéramos puesto hecho esta disminución de sección teniendo en cuenta que la diferencia de altura entre ambos depósitos no ha cambiado. Esta disminución de la sección ha provocado un aumento de la resistencia al paso de la corriente de agua, provocando una disminución del caudal.

Ley de Ohm - Comparación con la hidráulica - Resistencia eléctrica y resistencia hidráulica

Si extrapolamos esto mismo a unidades eléctricas, observamos que, a mayor resistencia eléctrica, menos intensidad (si el voltaje es constante) y que, a menor resistencia, mayor intensidad (si el voltaje también es constante).

La unidad en la que se mide la resistencia son los “Ohmios” (Ω).

Fórmulas de la Ley de Ohm

Según lo explicado anteriormente, se puede deducir que:

  • Si la altura es constante, cuanto mayor resistencia hidráulica, menor caudal (menos litros de agua atraviesan una sección de tubería por segundo).
  • Si el voltaje es constante, cuanto mayor resistencia eléctrica, menor intensidad (menos cargan atraviesan una sección de cable por segundo).

Por otro lado:

  • Si la altura es constante, cuanto menor resistencia hidráulica, mayor caudal (mas litros de agua atraviesan una sección de tubería por segundo).
  • Si el voltaje es constante, cuanto menor resistencia eléctrica, mayor intensidad (mas cargan atraviesan una sección de cable por segundo).

Entendido esto, se puede deducir que V=R⋅I. A esta fórmula se le conoce cómo la Ley de Ohm.

Si despejamos las tres variables que lo forman, obtenemos que:

  • Voltaje en función de la resistencia y la intensidad:

\[ V = I\cdot R \]

  • Intensidad en función del voltaje y la resistencia:

\[ I=\frac{V}{R} \]

  • Resistencia en función del voltaje y la intensidad:

\[ R=\frac{V}{I} \]

Triángulo de la Ley de Ohm

Si te cuesta un poco acordarte de estas tres fórmulas, una forma fácil de recordarlas es aprenderse el triángulo de la Ley de Ohm:

Ley de Ohm - Triángulo de las fórmulas

El triángulo funciona de la siguiente forma:

  1. Se elige la magnitud que queremos calcular (voltaje, intensidad o resistencia).
  2. Si queremos calcular la magnitud de la cúspide del triángulo (el voltaje), este será igual a los dos términos de abajo (la intensidad y la resistencia) multiplicados entre sí.
  3. Si queremos calcular alguna de las magnitudes de la base del triángulo (la intensidad o la resistencia), la magnitud seleccionada será igual al de arriba (el voltaje) divido entre la que quede libre de la base.

El triángulo de la Ley de Ohm es muy útil cuando te estás iniciando en el mundo de la electrónica. Sin embargo, conforme vayas adquiriendo soltura con la Ley de Ohm y con el diseño de circuitos, dejarás de necesitarlo, pues tendrás interiorizado estos conceptos de tal forma que las fórmulas te parecerán intuitivas.

¿Qué es un cortocircuito?

Imagínate un circuito con una resistencia eléctrica de valor nulo. ¿Qué pasará?.

Si miramos las fórmulas atentamente podemos ver que, si la resistencia es 0, la intensidad será infinito:

\[\lim_{R \to 0} I=\lim_{R \to 0} \frac{V}{R}=\infty \]

Se puede ver que se ha calculado el límite. Esto se debe a que realmente la intensidad no será infinito, sino que tenderá a infinito, pues realmente será físicamente imposible que la intensidad sea infinito, ya que romperá cualquier conductor.

Y, como resultado, si por un circuito pasa una corriente muy muy alta (tiende a infinito) acabará quemando los componentes electrónicos de este. Esto se debe a que todo el movimiento de (infinitos) electrones provocará un incremento muy grande en la temperatura del cable (o del componente electrónico), que muchas veces producirá fuego.

Conclusión

La Ley de Ohm es el “Hola Mundo” de la electrónica. Es el pilar fundamental sobre el que se sustenta toda la electrónica que conocemos. Por eso, si has llegado hasta aquí sin entender alguno de los conceptos explicado, te invito a releerlo para terminar de comprender estos conceptos.

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Curso I: Conceptos básicos