Fundamentos de Electricidad: Conductores, Aislantes y Ley de Ohm

Fundamentos de Electricidad: Conductores, Aislantes y Resistencia

2.1. Conductores y Aislantes Eléctricos

Existen dos elementos básicos en el funcionamiento de un circuito eléctrico: los conductores y los aislantes. Los primeros permiten el paso de la corriente con relativa facilidad, y los segundos la bloquean.

Los cuerpos aislantes de la electricidad se caracterizan por impedir el paso de la corriente eléctrica a través de ellos. Esto se debe a que los electrones se encuentran fuertemente ligados a sus átomos y para arrancarlos es necesario someter al cuerpo a una elevada tensión. Son buenos aislantes:

• Hexafluoruro de azufre (SF₆)
• Cámaras de vacío
• Porcelana
• Caucho
• Papel
• Plástico
• Algodón
• Otros materiales dieléctricos

Es importante destacar que, con tensiones extremadamente elevadas (como 440 kV o 220 kV), la electricidad puede abrirse paso incluso a través de un aislante, provocando una ruptura dieléctrica.

El hexafluoruro de azufre (SF₆) es un gas que posee una alta capacidad de aislamiento, lo que permite aproximar las partes activas de una instalación sin que haya peligro de descarga. Las cámaras de vacío son un excelente aislante en interruptores de media tensión. La porcelana es ideal para algunas aplicaciones por su capacidad de soportar altas temperaturas y su rigidez dieléctrica.

Los conductores permiten con facilidad el movimiento de electrones por su estructura molecular. Todos los metales son buenos conductores. Algunos ejemplos notables incluyen:

• La plata: Es un excelente conductor, pero debido a su alto costo, se emplea principalmente en contactos de apertura y cierre de circuitos donde la conductividad es crítica.
• El cobre: Conduce casi tan bien como la plata y su costo es significativamente inferior, lo que lo convierte en el material más utilizado en cableado eléctrico.
• El aluminio: Se utiliza ampliamente en las líneas de transporte de energía debido a su menor peso en comparación con el cobre, lo que facilita su instalación en grandes distancias.

También se fabrican materiales a base de aleaciones con propiedades conductoras o resistivas específicas, como el nicrom, el constantán y el ferroníquel. El carbono (en formas como el grafito) es un conductor relativamente pobre en comparación con los metales, pero es ideal para la fabricación de pequeñas resistencias en circuitos electrónicos debido a su estabilidad y capacidad de disipar calor.

2.2. Resistencia Eléctrica: Concepto y Unidades

La resistencia eléctrica permite diferenciar los cuerpos que son mejores conductores de los que son peores. Un material con alta resistencia eléctrica es un mal conductor, mientras que uno con baja resistencia es un buen conductor.

La resistencia eléctrica es la mayor o menor oposición que ofrecen los cuerpos conductores al paso de la corriente eléctrica. Cuando los electrones circulan por un conductor, estos tienen que moverse a través de los átomos, produciéndose una especie de fricción que se disipa en forma de calor (efecto Joule). La unidad de medida de la resistencia eléctrica (símbolo R) es el ohmio (Ω).

Las unidades de resistencia se expresan comúnmente con prefijos:

• 1 miliohmio (mΩ) = 0,001 Ω
• 1 kilohmio (kΩ) = 1.000 Ω
• 1 megaohmio (MΩ) = 1.000.000 Ω

2.3. Medida de la Resistencia Eléctrica

El aparato principal que se utiliza para medir la resistencia eléctrica es el ohmímetro. Para medir el valor de una resistencia, se conectan sus extremos a las puntas del ohmímetro. La forma más común y versátil para medir resistencias, así como otras magnitudes eléctricas, es a través del multímetro (también conocido como polímetro).

Para mediciones que requieren una mayor precisión, especialmente en entornos de laboratorio o para calibración, se utiliza el Puente de Wheatstone, un instrumento de medida muy exacto.

2.4. La Ley de Ohm: Principio Fundamental

El físico Georg Simon Ohm, basándose en un experimento, determinó que la intensidad de la corriente que recorre un circuito eléctrico es directamente proporcional a la tensión aplicada e inversamente proporcional a la resistencia eléctrica.

Esta relación fundamental se expresa mediante la siguiente fórmula:

I = V / R

Donde:

• I es la intensidad de corriente (en Amperios, A)
• V es la tensión o voltaje (en Voltios, V)
• R es la resistencia eléctrica (en Ohmios, Ω)

Al conectar una resistencia a los bornes de una fuente de tensión (como una pila o batería), aparece una corriente eléctrica que circula desde el polo negativo de la fuente, atraviesa dicha resistencia, y regresa al polo positivo. Cuanto mayor sea la tensión eléctrica aplicada, con mayor fuerza el polo positivo de la fuente atraerá a los electrones que salen del negativo y atraviesan la resistencia. En consecuencia, la intensidad de la corriente en el circuito será mayor.

Por el contrario, cuanto mayor sea el valor óhmico de la resistencia que se opone al paso de la corriente, menor será la intensidad de esta, ya que la oposición al flujo de electrones es mayor.