Explicación de la resistencia eléctrica | Definición, unidad, fórmula, ejemplos.

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Definición de resistencia: Es la oposición contra la corriente y es imaginada por R. Su unidad es la Ohsimbolizado por la letra griega Ω.

A tensión cuando se aplica a un conductor provoca una corriente neta de electrones libres a lo largo del conductor. La repulsión de los electrones que ingresan al conductor desde la fuente de energía acelera el circuito de electrones libres a lo largo del conductor. Por lo tanto, la energía se transfiere desde la fuente a los electrones libres en forma de energía cinética.

Cuando los electrones en movimiento chocan con los átomos en el conductor, parte de la energía cinética se transfiere de los electrones a los átomos. La energía transferida se considera calor porque aumenta la vibración de los átomos en la estructura reticular del conductor.

Las colisiones entre los electrones libres y los átomos reducen la velocidad a la que se mueven los electrones en respuesta a un voltaje aplicado. Cuanto mayor sea la tasa de colisión en un material, mayor será su resistencia.

La corriente que fluye a través de una resistencia siempre produce calor. Electrodomésticos tales como estufas y lámparas incandescentes emiten este calor.

En muchos circuitos, sin embargo, el calor producido es una pérdida inevitable de energía del sistema. Algunas aplicaciones requieren ventilación u otro tipo de refrigeración para evitar que el calor residual dañe el circuito.

Una resistencia es un componente diseñado para tener una resistencia específica. Si conectamos una resistencia entre una lámpara y una fuente de voltaje como se muestra en la Figura 1, la resistencia total del circuito aumenta y la corriente disminuye en consecuencia.

La velocidad a la que la fuente de energía se transfiere al circuito también se reduce y esta energía se comparte entre la lámpara y la resistencia. Por lo tanto, cuando se agrega la resistencia al circuito, la lámpara se atenúa.

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Figura 1 Uso de una resistencia para limitar la corriente.

Factores que afectan la resistencia eléctrica

Supongamos que tenemos dos piezas idénticas de hilo, excepto que una es el doble de larga que la otra.

Para los electrones libres que viajan a lo largo de estos cables, el intervalo promedio entre las colisiones con los átomos del cable es el mismo. Por lo tanto, los electrones que atraviesan el cable más largo tienen el doble de colisiones que los electrones que atraviesan el cable más corto.

Por lo tanto, la resistencia del cable más largo a la corriente eléctrica es el doble que la del cable más corto. Podemos generalizar esta comparación:

La resistencia de un conductor es directamente proporcional a su longitud.

[Ralpha l]

A continuación, comparamos dos piezas de alambre que son idénticas excepto que una tiene el doble de sección transversal que la otra.

El alambre más grueso tiene la misma sección transversal que dos piezas del alambre más delgado unidas (conectado en paralelo).

Cada uno de los dos cables de menor diámetro transportará la misma corriente cuando se conecte a una determinada fuente de voltaje. Por lo tanto El cable más grueso transporta el doble de corriente que el cable más delgado para un voltaje aplicado dado.

Como R = V/I, el alambre más grueso tiene la mitad de resistencia que el alambre más delgado. De nuevo, podemos generalizar la comparación:

La resistencia de un conductor es directamente proporcional a su sección transversal.

[Ralpha frac{1}{A}]

Como sabemos, algunos materiales tienen más electrones libres por unidad de volumen que otros. Los intervalos entre colisiones de electrones libres con átomos en un material y la energía transferida en las colisiones también dependen de la estructura molecular del material.

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Por ejemploel alambre de plata tiene una resistencia menor que el alambre de cobre de las mismas dimensiones, y el alambre de cobre tiene una resistencia menor que el alambre de aluminio de las mismas dimensiones.

La resistencia de un conductor depende de la composición del conductor.

Resistencia

La resistencia de un conductor es directamente proporcional a su longitud e inversamente proporcional a su sección transversal. Por lo tanto, podemos calcular la resistencia para todas las dimensiones del conductor si conocemos la resistencia de longitud de un material con una sección transversal uniforme, suponiendo que no haya cambios de temperatura.

[begin{matrix}   frac{{{R}_{2}}}{{{R}_{1}}}=frac{{{l}_{2}}}{{{l}_{1}}}times frac{{{A}_{1}}}{{{A}_{2}}} & {} & left( 1 right)  end{matrix}]

Donde R es la resistencia del conductor, l es la longitud y A es la sección transversal.

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Conductor de 1,0 m de largo con una sección transversal de 1,0 mm2 tiene una resistencia de 0.017 V. Encuentre la resistencia de 50 m de alambre del mismo material con una sección transversal de 0,25 mm2.

La solución

[{{R}_{2}}=0.017Omega times frac{50m}{1m}times frac{1m{{m}^{2}}}{0.25m{{m}^{2}}}=3.4Omega ]

La resistividad es una cantidad práctica para calcular la resistencia de un conductor dado.

Definición de resistencia: La resistividad de un material es la resistencia de una unidad de longitud del material a una unidad de sección transversal. La letra griega ρ (rho) es el símbolo alfabético de resistencia.

En SI, la resistividad de un material es la resistencia entre caras opuestas de un cubo del material con un lado de 1 m. Podemos aplicar el análisis dimensional para determinar las unidades de resistencia.

[begin{align}  & rho =resistancetext{ }oftext{ }unittext{ }areatext{ }pertext{ }unittext{ }length  & =frac{ohmstimes mete{{r}^{2}}}{meter}=ohm-meter end{align}]

unidad: La unidad SI de resistencia es el ohmímetro. Ωm es el símbolo de la unidad del ohmímetro.

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Dado que la temperatura afecta la resistencia, los valores de resistencia se dan para una temperatura específica, generalmente 20°C. La Tabla 1 enumera la resistividad de los materiales conductores metálicos más comunes a 20 °C.

Contenido Resistencia (nΩm)
De dinero16.4
Cobre17.2
Aluminio28.3
Tungsteno55
níquel78
El hierro120
Constantinoalrededor de 490
Nicromo IIalrededor de 1100

tabla 1 Resistencia de algunos conductores comunes a 20°C

Fórmula de resistencia eléctrica: Si ponemos el1 =1m y A1 = 1 metro2 en la ecuación 1, R1 se convierte en ρ. Reorganizar la ecuación da una fórmula para la resistencia de un solo conductor:

[begin{matrix}   R=rho frac{l}{A} & {} & left( 2 right)  end{matrix}]

Donde R es la resistencia del conductor en ohmios, l es la longitud del conductor en metros, A es la sección transversal en metros cuadrados y ρ es la resistividad del material conductor en ohmios metros.

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Encuentre la resistencia a 20 °C de 200 m de un conductor de aluminio que tiene una sección transversal de 4,0 mm2.

La solución

Usando el valor de ρ para el aluminio de la Tabla 1,

[R=rho frac{l}{A}=2.83times {{10}^{-8}}Omega mtimes frac{200m}{4times {{10}^{-6}}{{m}^{2}}}=1.4Omega ]

En esta solución, convertir milímetros cuadrados a metros cuadrados nos permite cancelar todas las unidades de metros.

La mayoría de los conductores tienen una sección transversal circular. Si conocemos el diámetro del conductor, podemos calcular la sección transversal.

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Encuentre la resistencia a temperatura ambiente de 60 m de alambre de cobre con un diámetro de 0,64 mm.

La solución

$begin{align} & A=pi {{r}^{2}}=frac{pi }{4}{{d}^{2}}=frac{pi }{4} veces {{0,64}^{2}}m{{m}^{2}}=3,217veces {{10}^{-7}}{{m}^{2}} & R=rho frac{l}{A}=1,72times {{10}^{-8}}Omega mtimes frac{60m}{3,217times {{10}^{-7}}{{m} ^{2}}}=3.2Omega end{alinear}$

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