Entendiendo la Resistencia Eléctrica, Energía y Efecto Joule: Características y Aplicaciones

Características de la Resistencia Eléctrica

La resistencia eléctrica representa la oposición de un conductor al paso de la corriente eléctrica y se debe a la dificultad que ofrecen los átomos del conductor a la circulación de los electrones.

• Aumenta con la longitud del conductor.
• Disminuye con la sección transversal del conductor.
• Depende del material de que está formado el conductor.

Para tener en cuenta la clase de material del conductor, se introduce la resistividad, ρ, que es la resistencia eléctrica de un conductor que tiene la unidad de sección y de longitud. La unidad en el SI es el ohmio metro (Ω · m).

Depende de su naturaleza y temperatura. Un material es tanto mejor conductor cuanto menor es su temperatura. R = ρ · l/S

Resistividad Eléctrica y Temperatura

En los conductores metálicos la resistividad aumenta con la temperatura. ρ = ρ₀ (1 + αΔt). Al elevar la temperatura, los átomos del conductor vibran más enérgicamente y dificultan el paso de los electrones. Existen otros materiales que, a temperaturas muy bajas, tienen una resistividad casi nula, superconductividad.

Energía y Potencia de la Corriente Eléctrica

En todos los circuitos eléctricos hay una energía eléctrica, E, disponible. W = QV

La energía disponible en el circuito es: E = QV

La unidad de trabajo eléctrico y de energía eléctrica en el SI es el julio (J).

Cuando relacionamos la energía que el generador proporciona a las cargas con el tiempo empleado en ello, se obtiene la potencia eléctrica.

La potencia eléctrica, P, es el trabajo eléctrico realizado por unidad de tiempo. P = VI

La unidad de potencia eléctrica en el SI es el vatio (W).

Tensión: diferencia de potencial entre 2 puntos. Caída de tensión: disminución del potencial entre 2 puntos del circuito: V = RI. Bornes: extremos de un elemento del circuito. Kilovatio-hora: energía proporcionada durante una hora por un generador de potencia = a mil W. 1kW · h = 3.6 · 10⁶ J.

Efecto Joule

Todos los aparatos eléctricos se calientan. La pérdida de energía se produce porque los electrones, al chocar con los átomos del conductor, aumentan la agitación térmica de estos últimos a costa de su propia energía.

El fenómeno por el cual en un conductor se transforma la energía eléctrica en calor se denomina efecto Joule. E = RI²t

Afirma que la cantidad de energía eléctrica transformada en calor en una resistencia R es proporcional al cuadrado de la intensidad, I², al tiempo, t, y a la propia R. La potencia disipada: P = RI². (dibujo 1).

Características de un Generador Eléctrico

Las características internas de un generador eléctrico son la fuerza electromotriz (fem) y la resistencia interna, r.

La fuerza electromotriz, ε, de un generador es el trabajo que realiza el generador por unidad de carga o, lo que es lo mismo, la energía que proporciona a la unidad de carga. ε = W/Q. La unidad en el SI es el voltio (V). P = εI.

Los generadores presentan cierta resistencia al paso de la corriente, resistencia interna del generador, r, y que causa pérdidas de energía por efecto Joule. V = ε - rI.

La tensión en bornes de un generador es igual a su fem menos la caída de tensión en la resistencia interna del propio generador.

Generador ideal: sin resistencia interna. En este caso, la tensión entre los bornes del generador es igual a la fem de éste, V = ε. Generador real: con resistencia interna, r. Puede considerarse como un generador ideal conectado en serie a una resistencia del mismo valor que su resistencia interna. (dibujo 2).