Introducción a los circuitos eléctricos: Ley de Ohm

Como una introducción al mundo de los circuitos eléctricos es necesario explicar los conceptos fundamentales que conforman al más sencillo de los circuitos eléctricos: Diferencial de voltaje, intensidad de corriente, resistores y las conexiones o conductores. Todos estos elementos se pueden relacionar mediante la Ley de Ohm.

Figura 1

Elementos activos y pasivos: Primeramente, dentro de todo circuito eléctrico existen elementos pasivos y activos. Un elemento activo es algún elemento que aporta energía al circuito eléctrico (baterías) mientras que los elementos pasivos son elementos sobre los cuales se está realizando un trabajo o que consumen energía (resistores).

Diferencial de voltaje: Comúnmente referido solo como "voltaje" con la abreviatura "V" en unidades de "Volts". Es la diferencia de potencial eléctrico entre un punto A y un punto B. Son elementos activos de los circuitos eléctricos, ya que aportan energía al sistema. En el punto inicial de una fuente de voltaje (una batería por ejemplo) se coloca un signo positivo para diferenciar al punto con mayor potencial eléctrico (el punto inicial de una corriente eléctrica). No significa que el punto inicial tenga 100V, sino que la diferencia de voltaje entre el punto A y punto B es de 100 V. El voltaje puede también ser negativo, lo cual indicaría que en el punto B hay mayor potencial que en A (en este caso la corriente viajaría de B hacia A). En un diagrama o circuito eléctrico el voltaje generalmente se representa mediante un círculo con un signo positivo y negativo dentro de él, indicando cual es punto A de la fuente de voltaje.

Caída de voltaje o Tensión: La tensión o caída de voltaje dentro de un circuito eléctrico es sencillamente el trabajo al cual es expuesto un elemento dentro del circuito debido al paso de la corriente. 

Es muy importante hacer énfasis en la diferencia entre los conceptos de "Diferencial de voltaje" y "Voltaje" propiamente. Cuando nosotros conectamos un elemento (ejemplo, un foco o bombillo) a una batería (fuente de voltaje o diferencial de voltaje), nosotros esperamos que la fuente de voltaje realice un trabajo sobre el elemento (ejemplo, encender el bombillo). Cuando el elemento está expuesto a dicho trabajo decimos que este tiene un "voltaje" o que tiene "un trabajo que está siendo aplicado sobre él".

En resumidas cuentas : el diferencial de voltaje es la condición que impulsa a la corriente eléctrica a desplazarse de un punto A hacia un punto B ; el voltaje o tensión es el trabajo que es aplicado sobre un elemento debido al paso de la corriente. Otra perspectiva válida para diferenciar estos conceptos es que una fuente de voltaje o diferencial aporta energía al circuito mientras que las caídas de voltajes representan energía que está siendo consumida por un elemento pasivo del circuito.

Intensidad de corriente: Referida también como "corriente eléctrica" con la abreviatura "I" en unidades de "Amperes". La corriente eléctrica se define como "la cantidad de Coulombs que atraviesan una sección del conductor durante una unidad infinitesimal de tiempo" o definido de manera más sencilla como "la velocidad del flujo de electrones". La corriente eléctrica se genera por la diferencia de potencial que es creada por un elemento activo (como una fuente de voltaje). Cuando la corriente eléctrica atraviesa un elemento se coloca un signo positivo en el lugar donde llega la corriente y un signo negativo donde sale de aquel elemento. La corriente puede ser constante o variable, positiva o negativa. Una corriente constante en todo momento se le conoce como "Corriente directa" y una corriente variable se le conoce como "Corriente alterna". Finalmente, una corriente eléctrica negativa significa sencillamente que los electrones están viajando en el sentido contrario para el cual asignamos un dirección inicial. En un circuito eléctrico la corriente eléctrica se visualiza como flechas indicando la dirección que lleva la corriente.

Resistor o resistencia:  Un resistor es un elemento pasivo de un circuito eléctrico, generalmente fabricado con materiales aislantes como cerámica o madera. Tiene una abreviatura "R" en unidades de "Ohms". Un resistor dificulta el paso de la corriente a través de él. Se encuentra unido a la conexión (por el cual fluye una corriente eléctrica) que une al punto A con el punto B de voltaje. 

Nota: Debido al paso de los electrones a través del conductor surge una fricción (fuerza resistiva) entre las paredes del conductor y la intensidad de la corriente, por lo cual se dice que el conductor mismo también es una resistencia al paso de la corriente. Sin embargo, generalmente se ignora dicho efecto en el análisis de circuitos.

Conexiones o conductores: Son sencillamente las conexiones físicas que unen a todos los elementos del circuito con los dos puntos de diferencia de voltaje.

Todos estos conceptos pueden parecer abstractos para el estudiante que inicia sus estudios en el mundo de la electricidad. A continuación, aunque no sea una comparación válida para la totalidad de los conceptos y los casos, es un consejo común que los elementos básicos de un circuito eléctrico sean comparados con el flujo del agua a través de una tubería, con el propósito de hacer las comparaciones necesarias para un mejor entendimiento de los circuitos eléctricos a través de dicho contraste:

• La diferencia de voltaje puede compararse con la presión ejercida dentro de la tubería. El agua (electrones) fluye de un extremo a otro solamente porque el agua busca estar en el punto de menor presión.
• La corriente eléctrica puede compararse con la velocidad del agua dentro de la tubería. A mayor presión, mayor será la velocidad que tendrá el agua.
• La resistencia puede ser comparada con la forma de la tubería, puede ser un diámetro pequeño de la tubería, algún obstáculo dentro de la tubería, la forma en que la tubería está colocada. Puede incluso ser la temperatura dentro de dicha tubería (en algunos casos). En fin, cualquier obstáculo o condición que dificulte el paso del agua.

Entonces, la corriente eléctrica aumenta conforme el voltaje aumenta (directamente proporcional) y disminuye mientras la resistencia aumenta (inversamente proporcional). Del mismo modo, un voltaje determinado generará una mayor intensidad de corriente cuanto menor sea el valor de la resistencia entre los puntos A y B. Basados en estos conceptos se establece la Ley de Ohm, la cual a resumidas cuentas es dada por:

V = IR 

Donde V es el voltaje, I es la intensidad de corriente y R es la resistencia eléctrica.