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Introducción a los circuitos y la ley de Ohm

Transcripción del video
Bien, ya hemos dedicado bastantes vídeos a los campos electrostáticos y al potencial de una carga o la energía potencial de una carga cuando está en un lugar. Pero veamos qué pasa cuando, dado un potencial, qué sucede cuando permitimos que la carga se mueva. Eso seguramente le resultará mucho más interesante, porque aprenderá cómo funciona gran parte del mundo moderno. Bueno, digamos que tengo una fuente de tensión. Veamos cómo voy a dibujar esto. Voy a dibujarlo así. Ésta es mi fuente de tensión, lo que se conoce normalmente como pila. Éste es el terminal positivo. Éste es el terminal negativo. Otro tema muy distinto, otro vídeo muy distinto, y haré uno algún día, es el de cómo funciona una pila. Pero, digamos por ahora que no importa cuánta corriente, bueno, vale, lo explico ahora mismo, pero no importa cuánta carga fluye de un extremo de la pila al otro, que de algún modo la tensiones permanecen constantes. Eso no es muy intuitivo, que digamos, porque ya sabemos algo de condensadores y más que sabremos sobre ellos en el contexto de los circuitos, pero por lo que sabemos de condensadores, si nos desprendemos de algo de carga en un extremo, la tensión total a través del condensador decrecerá. Pero una pila es esa cosa mágica. Creo que la inventó Volta, y por eso hablamos de voltios y de voltaje (tensión) y todo eso. Pero por esa cosa mágica, incluso cuando un extremo pierde carga para el otro extremo, la tensión real o el potencial entre los dos extremos permanece de hecho constante. Ésa es la magia de la pila. Así que, supongamos por ahora que tenemos uno de estos instrumentos mágicos. Seguramente tendrá Ud. uno en su calculadora o en su móvil. Veamos ahora qué pasa cuando permitimos que la carga se desplace de un extremo a otro. Digamos que tengo un conductor buenísimo. Digamos que es un conductor perfecto. Normalmente se dibuja más recto de lo que yo soy capaz de hacerlo. Y no, no he bebido nada antes de hacer este vídeo. Bueno, ¿qué es lo que he hecho? Mientras he tratado de conectar el terminal positivo con el negativo de la pila, le estoy mostrando cuál es la notación esquemática que usan los ingenieros eléctricos y los electricistas, etc., etc. Bueno, esto son, estas líneas son básicamente hilos eléctricos. No tiene nada de especial que haya dibujado aquí en ángulo recto. Es sólo para que quede bonito, con esos ángulos rectos. Y se asume que este hilo eléctrico es un conducto ideal, de modo que la carga puede fluir libre de toda resistencia. Esto de aquí, este garabato, es un resistor (resistencia), y es algo que, de hecho, obstruye el paso de la carga. Impide que la carga se mueva tan rápido como sería posible. Y luego, claro, aquí afuera, ahí tenemos otra vez un conductor perfecto. Vale, ¿en qué sentido fluirá la carga? Bueno, creo que ya lo he dicho antes, pero en los circuitos eléctricos, lo que de verdad se desplaza son los electrones. Los electrones son esas minipartículas que se mueven, muy, muy rápido alrededor del núcleo de un átomo. Y son de hecho los electrones los que cuenta con esa fluidez que les permite fluir por un conductor. Así que el movimiento real de objetos, si se puede decir que un electrón es un objeto (algunos dirían que se trata casi de objetos nocionales), que el flujo real es el de los electrones desde el terminal negativo al terminal positivo. Pero la gente y aquellos que inventaron los esquemas de circuitos y fueron los pioneros de la ingeniería eléctrica y los electricistas y, quien fuera, no sé a quién se le ocurrió, decidieron decir (y creo que lo que pretendían era confundir al personal), que la corriente fluye del positivo al negativo. Así que la dirección de la corriente normalmente se señaliza en esa dirección, y la corriente se especifica como I. ¿Y qué es la corriente? Bueno, la corriente, espere. Antes de que le diga qué es la corriente, recuerde, aunque se diga que la corriente, y la mayoría de los libros de texto lo hacen, y si se encuentra con un ingeniero eléctrico, se dice que la corriente es el flujo del terminal positivo al terminal negativo, el flujo real de las cosas tiene lugar desde el terminal negativo al terminal positivo. No es que esos grandes y pesados protones y núcleos estén desplazándose de ese modo. Si compara el tamaño de un electrón con el de un protón, se dará cuenta que no puede ser de ningún modo. Son los electrones, esas partículas superrápidas, las que se mueven así por el conductor desde el terminal negativo Así que podría visualizar esa corriente como si la falta de electrones estuviera moviéndose en ese sentido. No pretendo confundirle. En fin, recuerde que ésa es la convención, pero la realidad es, en cierto sentido, la contraria a la convención. Bueno, ¿y qué es el resistor? Bien, cuando la corriente se mueve, y quiero ceñirme a la realidad todo lo posible de modo que pueda visualizar bien lo que está pasando, cuando los electrones fluyen, Ud. tiene esos pequeños electrones, y están fluyendo por este hilo. Y, por alguna razón, asumimos que este hilo es tan increíble que no chocan, de ningún modo, contra los átomos del hilo ni nada. Pero cuando llegan al resistor, entonces esos electrones sí que empiezan a chocar con cosas. Empiezan a chocar contra los otros electrones de ese material. Así que aquí está el resistor. Y se ponen a chocar contra los otros electrones de ese material. Chocan contra los átomos y moléculas de ese material. Y al hacerlo los electrones básicamente pierden velocidad, ¿vale? Están chocando con otras cosas. Así que, básicamente, cuantas más cosas haya contra las que chocar, o cuanto menos espacio haya para que fluyan los electrones, tanto más ralentizará ese material el paso de los electrones. Y, como veremos, cuanto más largo sea, eso sólo aumentara la probabilidad de que los electrones choquen. Y esto se llama resistor y ofrece resistencia, y determina la rapidez del flujo de la corriente. Así que, aunque por convención se acepta que la corriente fluye de positivo a negativo, la corriente real es tan sólo flujo de carga por segundo. Así que, tomemos nota. Ya sé que lo que estoy diciendo parece inconexo, pero creo que me ha entendido. La corriente es flujo de carga, es decir, cambio en la carga por segundo, o por unidad de tiempo, ¿vale? ¿Y cómo podríamos imaginar qué es la tensión? ¿La tensión es las ganas que la corriente tiene de fluir? Así que si hay una gran diferencia de tensión entre estos dos terminales, entonces los electrones que están aquí sentados tienen pero que muchas ganas de pasar aquí, ¿vale? Y si la tensión es incluso mayor, entonces esos electrones tienen aún más ganas de pasar allí. Así que antes de que se entendiera que la tensión era sólo diferencia de potencial, a este deseo deseo de los electrones de pasar de aquí a aquí se la llamó "fuerza electromotriz" Pero lo que acabamos de aprender no es, de hecho, una fuerza. Es sólo una diferencia de potencial y podríamos visualizarla como una presión eléctrica y así es como solía llamarse, de hecho, a la tensión: presión eléctrica. Que tanto queremos que los electrones viajen de ahi hacia alla? Apenas le brindemos a los electrones un camino en el circuito los electrones empezaran a moverse. Empezaran a viajar, y vamos a asumir que este cable no genera resistencia, asi que ellos viajan tan rapido como quieren. Pero cuando se encuentra con esta resistencia, empiezan a chocarse contra cosas. y esto limita la velocidad de movimiento de los electrones. Entonces podes imaginarte que si este objeto aca es de alguna manera el factor limitante en la velocidad de los electrones, mas alla de la velocidad de movimiento de los electrones despues de ese objeto, ese fue el ¨embotellamiento¨ Entonces aunque los electrones pueden viajar muy rapido aca, ellos tienen que desacelerar aca, entonces ellos pueden viajar muy rapido aca, los electrones aca no pueden viajar mas rapido que los electrones a traves de esto. Entonces, porque pasa eso? Porque si estos electrones estan viajando mas lento, la corriente aca es mas baja -- la corriente es realmente solo la frecuencia en la cual la carga esta viajando, no? Entonces si la corriente es mas baja aca y era mas alta aca, estariamos esencialmente teniendo un aumento de carga en algun lugar, mientras toda la corriente estaria esperando viajar a traves de esto. Y sabemos que ese no es el caso, que todos los electrones realmente viajan a la misma frecuencia a lo largo del circuito entero. Voy a ir en sentido opuesto de la convencion ahora, porque convencion es que de alguna manera tenemos lo positivo viajando en esta direccion. Pero quiero darte un sentido intuitivo de que esta pasando en un circuito, porque creo que una vez que entiendas eso, todos los problemas que sean mas complicados no lo van a ser tanto. Entonces lo que sabemos, y esto se llama Ley de Ohm, sabemos que la corriente es proporcional al voltaje a lo largo del circuito. Entonces sabemos que el voltaje -- o podriamos verlo de la otra manera, que el voltaje es proporcional a la corriente a traves de un circuito. Entonces el voltaje es igual a la corrientes por la resistencia o podrias decir que el voltaje dividido la resistencia es igual a la corriente. Esto se llama la ley de Ohm, y es verdadera siempre y cuando estemos en una temperatura constante. vamos a entrar en mas detalle despues, y aprenderemos que si una resistencia aumenta su temperatura entonces sus particulas y moleculas se estan moviendo mas, tienen mayor carga cinetica. Y entonces hay mas probabilidades que los electrones choquen contra ellos,entonces la resistencia aumenta con la temperatura. Pero si debemos asumir una temperatura constante por un dado material-- y ademas debemos aprender despues que distintos materiales tienen distintas resistividades. Pero para un material dado a una temperatura constante en una configuracion dada, el voltaje a traves de una resistencia dividido por la resistencia es igual a la corriente que fluje a traves de el. La resistencia de un objeto es medida en ohms, y esta dada por la letra griega Omega. Entonces, vamos a hacer un ejemplo simple Digamos que esta es una bateria de 16 volt, entonces la diferencia potencial aca es 16 volts entre el terminal positivo y el terminal negativo. Entonces es una bateria de 16 volt. Digamos que esta resistencia tiene 8 ohms. Cual es la corriente fluyendo --- y yo sigo haciendo en la convencion opuesta pero volvamos a la convencion... Cual es la corriente fluyendo en este circuito? Bueno, es bastante directo Es la Ley de Ohm, V es igual a IR El voltaje es de 16 volts y se iguala con la corriente por la resistencia de 8ohm,Entonces la corriente es igual a 16 volts divididos por 8 ohms, que da un resultado de 2, y esto serian 2 amperes. O a veces se los llama Amps, y esa es la unidad para corriente. Pero como sabemos, la corriente es, la cantidad de carga por el tiempo, entonces un ampere es 2 coulombs por segundo, no? Ya llegue a los 11 minutos y 1/2 Asi que los dejo aca. Ahora ya saben las basicas de la Ley de Ohm y tal vez un poco de intuicion sobre que esta sucediendo en un circuito, y los veo en el proximo video.