Corriente, voltaje y resistencia

¿Para qué sirve esto?

Cuando conectas el cargador del celular, enciendes una linterna o prendes el ventilador, por los cables circula carga eléctrica. Que el aparato funcione bien depende de tres magnitudes que se relacionan entre sí: cuánta carga pasa por segundo (la corriente), qué tanto empuja la fuente a esa carga (el voltaje) y cuánto se opone el aparato a que pase (la resistencia).

Con esas tres ideas y una sola ecuación, la ley de Ohm, vas a poder predecir qué pasa en un circuito antes de armarlo. Es la base de todo lo que sigue en esta unidad: los circuitos en serie, en paralelo y los bombillos que se apagan o brillan más.

Antes de empezar recuerda qué es la carga eléctrica y qué significa una diferencia de potencial: la energía por unidad de carga entre dos puntos.

La corriente eléctrica

En un cable metálico hay electrones que se pueden mover con libertad. Cuando el cable se conecta a una pila, esos electrones avanzan todos en la misma dirección, como el agua que corre por una manguera. La corriente eléctrica mide cuánta carga atraviesa una sección del cable en cada unidad de tiempo:

$$I = \frac{q}{t}$$

donde $q$ es la carga, en coulombs (C), y $t$ el tiempo, en segundos (s). La unidad de la corriente es el amperio (A): un amperio es un coulomb por segundo. Las corrientes pequeñas se dan en miliamperios (mA), la milésima parte de un amperio.

Por costumbre, el sentido convencional de la corriente va del polo positivo de la pila al negativo por fuera de ella, por los cables. Los electrones, que tienen carga negativa, se mueven en el sentido contrario. Para hacer cuentas da igual: lo que importa es cuánta carga pasa.

Una idea que conviene dejar clara desde ya: la corriente no se gasta. La carga que entra a un bombillo es la misma que sale de él, porque la carga no se crea ni se destruye. Lo que el bombillo aprovecha es la energía que traen las cargas, y la convierte en luz y calor. Si el cable de entrada lleva cierta corriente, el de salida lleva exactamente la misma.

El voltaje

Para que la carga circule hace falta una fuente que le dé energía, como una pila o el tomacorriente. El voltaje o diferencia de potencial entre dos puntos es la energía que gana o pierde cada coulomb de carga al pasar de un punto al otro. Se mide en voltios (V): un voltio es un joule por coulomb.

El voltaje siempre se dice entre dos puntos: entre los polos de la pila, o entre los extremos de una resistencia. La corriente, en cambio, se dice a través de un elemento.

La resistencia y la ley de Ohm

Cada elemento de un circuito se opone en alguna medida al paso de la carga. Esa oposición es su resistencia, $R$, y se mide en ohmios (Ω). Con el mismo voltaje, un elemento de resistencia grande deja pasar poca corriente, y uno de resistencia pequeña deja pasar mucha.

En muchos materiales, como los cables metálicos y los resistores de un laboratorio, la corriente es proporcional al voltaje: si el voltaje se duplica, la corriente también. Esa relación es la ley de Ohm:

$$V = I\,R$$

La misma ecuación se usa de tres maneras, según lo que se busque: $V = IR$ da el voltaje, $I = \dfrac{V}{R}$ da la corriente y $R = \dfrac{V}{I}$ da la resistencia. Un ohmio es, entonces, un voltio por amperio. Un elemento que cumple la ley de Ohm se llama óhmico. En esta unidad todos los elementos, incluidos los bombillos, se tratan como resistencias óhmicas.

La gráfica voltaje–corriente

Si a una resistencia se le aplican varios voltajes y se mide la corriente en cada caso, los puntos de la gráfica de $V$ contra $I$ quedan sobre una recta que pasa por el origen: sin voltaje no hay corriente. La pendiente de esa recta, $\dfrac{V}{I}$, es justamente la resistencia. Una recta más empinada corresponde a una resistencia mayor.

Cómo se lee un esquema

Los circuitos se dibujan con símbolos. Los cables son líneas rectas; una resistencia es una línea en zigzag; la pila son dos rayas paralelas, la larga para el polo positivo y la corta para el negativo. El esquema no muestra cómo se ve el circuito, sino cómo están conectados sus elementos. Lo que se mide (voltajes, corrientes, resistencias) se escribe en el enunciado del problema.

En resumen

• La corriente es la carga que pasa por segundo, I = q/t, y se mide en amperios.

• El voltaje es la energía por unidad de carga entre dos puntos y se mide en voltios; la resistencia se mide en ohmios.

• La ley de Ohm, V = IR, relaciona las tres magnitudes; con dos de ellas se halla la tercera.

• En la gráfica V–I de una resistencia óhmica sale una recta por el origen, y su pendiente es R.

• La corriente no se gasta en un bombillo; lo que se transforma es la energía de las cargas.

Vocabulario

Corriente eléctrica

Cantidad de carga que atraviesa una sección de un conductor en cada segundo. Se mide en amperios (A).

Voltaje

Diferencia de potencial entre dos puntos: la energía que gana o pierde cada coulomb de carga al ir de uno al otro. Se mide en voltios (V).

Resistencia

Oposición que presenta un elemento al paso de la corriente. Se mide en ohmios (Ω).

Ley de Ohm

En una resistencia óhmica, el voltaje entre sus extremos es proporcional a la corriente que la atraviesa: V = IR.

Circuito

Camino cerrado por el que circula la carga: una fuente, como una pila, unida por cables a uno o más elementos.