Tema 10: Ley de Ohm — apertura y saberes previos

El criterio exige demostrar mediante experimentación cuatro magnitudes en circuitos sencillos de corriente continua alimentados por baterías o fuentes DC:

1. Voltaje (V): diferencia de potencial eléctrico entre dos puntos, medida en volts (\text{V}).
2. Intensidad de corriente (I): carga que atraviesa una sección por unidad de tiempo, I = \frac{\Delta Q}{\Delta t}, medida en amperios (\text{A}).
3. Resistencia (R): oposición al paso de la corriente, con origen atómico-molecular: los electrones libres chocan con iones de la red cristalina y con defectos del material, perdiendo energía (modelos Drude y de Bloch), medida en ohmios (\Omega).
4. Potencia (P): rapidez de entrega de energía eléctrica, P = V \cdot I, medida en watts (\text{W}), asociada al calentamiento de Joule (Q = I^{2} R \, t).

La relación que las unifica es la Ley de Ohm:

V = I \cdot R \quad \Longleftrightarrow \quad I = \frac{V}{R} \quad \Longleftrightarrow \quad R = \frac{V}{I}

Además, para una fuente real se considera su resistencia interna r, de modo que la fuerza electromotriz \mathcal{E} satisface:

\mathcal{E} = V_{\text{terminal}} + I \cdot r

El calentamiento de Joule en la resistencia y en la fuente real se expresa como:

P_{\text{útil}} = V_{\text{terminal}} \cdot I, \qquad P_{\text{interna}} = I^{2} r

El objetivo es formativo: valorar la formación científica y adoptar una actitud crítica y fundamentada ante los problemas que plantean las relaciones entre ciencia y sociedad, por ejemplo el consumo eléctrico, la eficiencia energética y la seguridad en las instalaciones domiciliarias.

¿Por qué los electrodomésticos necesitan un cableado específico?

Respuesta orientativa: cada aparato demanda una corriente distinta (I = P/V), y los cables deben soportar esa corriente sin sobrecalentarse. Un conductor de sección pequeña ofrece mayor resistencia (R = \rho \frac{L}{A}); al circular la corriente produce pérdida de energía P = I^{2} R, que se disipa como calor. Por eso se usan calibres (secciones) adecuados, materiales buenos conductores (cobre) y el grosor indicado en la normativa, además de protecciones (fusibles, interruptores) que eviten incendios.

Situaciones diarias donde actúen la corriente y la resistencia.

Respuesta orientativa: el horno tostador y la plancha (resistencia de alta R que convierte energía en calor, P = I^2R); los focos incandescentes (filamento de tungsteno de alta resistencia); la bombilla quemada por sobrecarga; la caída de voltaje en extensiones largas (el cable mismo tiene R); y el calentamiento de un transformador o de los contactos mal apretados, que se vuelven puntos calientes por su resistencia de contacto.

El diagrama de la página conecta tres ideas: (i) la corriente eléctrica actúa como fuente de campo magnético alrededor del conductor (regla de la mano derecha); (ii) un conductor con corriente dentro de un campo magnético experimenta una fuerza \vec{F} = I \, \vec{L} \times \vec{B} (efecto motor); y (iii) dentro de un circuito, la corriente sigue la Ley de Ohm I = V/R con el símbolo de resistencia entre los puntos donde se mide el voltaje V.

Un ejemplo: V = 12 \, \text{V} y R = 4 \, \Omega. Entonces

I = \frac{V}{R} = \frac{12 \, \text{V}}{4 \, \Omega} = 3 \, \text{A}, \qquad P = V \cdot I = 12 \, \text{V} \times 3 \, \text{A} = 36 \, \text{W}