Resistencia eléctrica de los materiales

OBJETIVOS

Generales:

Determinar la resistencia eléctrica de los materiales.

Analizar las diferencias entre resistencia y resistividad de los materiales.

Comprender que la resistencia en los materiales influye en el comportamiento de los fenómenos eléctricos.

Específicos:

Conocer los conceptos básicos de la resistencia eléctrica de los materiales.

Analizar el comportamiento de los materiales al ser sometidos a una corriente eléctrica.

Entender de qué depende que un material sea conductor, semiconductor o aislante.

Saber claramente como se debería calcular la resistencia y resistividad de los materiales.

INTRODUCCIÓN

Las dos teorías fundamentales en las que se apoyan todas las ramas de la ingeniería eléctrica son las de circuitos eléctricos y la electromagnética. Muchas ramas de la ingeniería eléctrica, como potencia, máquinas eléctricas, control, electrónica, comunicaciones e instrumentación, se basa en la teoría de circuitos eléctricos. En ingeniería eléctrica, a menudo interesa comunicar o transferir energía de un punto a otro. Hacerlo requiere una interconexión de dispositivos eléctricos. A tal interconexión se le conoce como circuito eléctrico, y a cada componente del circuito como elemento.

La resistencia eléctrica es uno de estos elementos. Descubierta por Georg Ohm en 1827, la resistencia eléctrica tiene un parecido conceptual a la fricción en la física mecánica. La unidad de la resistencia en el Sistema Internacional de Unidades es el ohmio (Ω). Para su medición en la práctica existen diversos métodos, entre los que se encuentra el uso de un ohmímetro. Además, su cantidad recíproca es la conductancia, medida en Siemens.

MARCO TEÓRICO

RESISTENCIA ELÉCTRICA

Resistencia eléctrica es toda oposición que encuentra la corriente a su paso por un circuito eléctrico cerrado, atenuando o frenando el libre flujo de circulación de las cargas eléctricas o electrones. Cualquier dispositivo o consumidor conectado a un circuito eléctrico representa en sí una carga, resistencia u obstáculo para la circulación de la corriente eléctrica.

La resistencia eléctrica tiene un parecido conceptual a la fricción en la física mecánica. La unidad de la resistencia en el Sistema Internacional de Unidades es el ohmio (Ω). Para su medición en la práctica existen diversos métodos, entre los que se encuentra el uso de un ohmímetro. Además, su cantidad recíproca es la conductancia, medida en Siemens.

Para una gran cantidad de materiales y condiciones, la resistencia eléctrica depende de la corriente eléctrica que pasa a través de un objeto y de la tensión en los terminales de este. Esto significa que, dada una temperatura y un material, la resistencia es un valor que se mantendrá constante. Además, de acuerdo con la ley de Ohm la resistencia de un material puede definirse como la razón de la tensión y la corriente, así

R=V/I

Según sea la magnitud de esta medida, los materiales se pueden clasificar en conductores, aislantes y semiconductor.

Conductores: Son los elementos que presentan una oposición muy pequeña al paso de los electrones a través de ellos; es decir, presentan una resistencia eléctrica muy baja. Como ejemplo de buenos conductores eléctricos podemos nombrar a los metales.

Semiconductores: Son un grupo de elementos, o compuestos, que tienen la particularidad de que bajo ciertas condiciones, se comportan como conductores. Cuando estas condiciones no se dan, se comportan como aislantes. Como ejemplo podemos nombrar al germanio, al silicio, al arseniuro de galio...

Aislantes: Son los materiales o elementos que no permiten el paso de los electrones a través de ellos. Como ejemplo podemos nombrar a los plásticos

Existen además ciertos materiales en los que, en determinadas condiciones de temperatura, aparece un fenómeno denominado superconductividad, en el que el valor de la resistencia es prácticamente nulo.

FUNCIONAMIENTO IDEAL

Comportamientos Ideales y Reales

Una resistencia ideal es un elemento pasivo que disipa energía en forma de calor según la ley de Joule. También establece una relación de proporcionalidad entre la intensidad de corriente que la atraviesa y la tensión medible entre sus extremos, relación conocida como ley de Ohm:

u(t)=R.i(t)

Donde i(t) es la corriente eléctrica que atraviesa la resistencia de valor R y u(t) es la diferencia de potencial que se origina. En general, una resistencia real podrá tener diferente comportamiento en función del tipo de corriente que circule por ella.

Comportamiento en corriente continua

Una resistencia real en corriente continua (CC) se comporta prácticamente de la misma forma que si fuera ideal, esto es, transformando la energía eléctrica en calor por efecto Joule. La ley de Ohm para corriente continua establece que:

R=V/I

donde R es la resistencia en ohmios, V es la diferencia de potencial en voltios e I es la intensidad de corriente en amperios.

Comportamiento en corriente alterna

Como se ha comentado anteriormente, una resistencia real muestra un comportamiento diferente del que se observaría en una resistencia ideal si la intensidad que la atraviesa no es continua. En el caso de que la señal aplicada sea senoidal, corriente alterna (CA), a bajas frecuencias se observa que una resistencia real se comportará de forma muy similar a como lo haría en CC, siendo despreciables las diferencias. En altas frecuencias el comportamiento es diferente, aumentando en la medida en la que aumenta la frecuencia aplicada, lo que se explica fundamentalmente por los efectos inductivos que producen los materiales que conforman la resistencia real.

Diferencia entre resistencia y resistividad de un material

Para establecer la diferencia entre resistencia y resistividad de un material debemos tener en claro el concepto de resistividad:

La resistividad es una característica propia de un material y tiene unidades de ohmios–metro. La resistividad indica que tanto se opone

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