Convertidor de Resistencia Eléctrica
Resistencia Eléctrica: De la Conductancia Cuántica a los Aislantes Perfectos
Desde superconductores con resistencia cero hasta aislantes que alcanzan teraohmios, la resistencia eléctrica abarca 27 órdenes de magnitud. Explora el fascinante mundo de la medición de la resistencia a través de la electrónica, la física cuántica y la ciencia de los materiales, y domina las conversiones entre más de 19 unidades, incluyendo ohmios, siemens y resistencia cuántica, desde el descubrimiento de Georg Ohm en 1827 hasta los estándares cuánticos definidos en 2019.
Fundamentos de la Resistencia Eléctrica
¿Qué es la Resistencia?
La resistencia se opone a la corriente eléctrica, como la fricción para la electricidad. Mayor resistencia = más difícil que fluya la corriente. Se mide en ohmios (Ω). Todo material tiene resistencia, incluso los cables. La resistencia cero solo se encuentra en los superconductores.
- 1 ohmio = 1 voltio por amperio (1 Ω = 1 V/A)
- La resistencia limita la corriente (R = V/I)
- Conductores: baja R (cobre ~0.017 Ω·mm²/m)
- Aislantes: alta R (caucho >10¹³ Ω·m)
Resistencia vs. Conductancia
Conductancia (G) = 1/Resistencia. Se mide en siemens (S). 1 S = 1/Ω. Dos formas de describir lo mismo: alta resistencia = baja conductancia. ¡Usa la que sea más conveniente!
- Conductancia G = 1/R (siemens)
- 1 S = 1 Ω⁻¹ (recíproco)
- Alta R → baja G (aislantes)
- Baja R → alta G (conductores)
Dependencia de la Temperatura
¡La resistencia cambia con la temperatura! Metales: R aumenta con el calor (coeficiente de temperatura positivo). Semiconductores: R disminuye con el calor (negativo). Superconductores: R = 0 por debajo de la temperatura crítica.
- Metales: +0.3-0.6% por °C (cobre +0.39%/°C)
- Semiconductores: disminuye con la temperatura
- Termistores NTC: coeficiente negativo
- Superconductores: R = 0 por debajo de Tc
- Resistencia = oposición a la corriente (1 Ω = 1 V/A)
- Conductancia = 1/resistencia (medida en siemens)
- Mayor resistencia = menos corriente para el mismo voltaje
- La temperatura afecta la resistencia (metales R↑, semiconductores R↓)
Evolución Histórica de la Medición de Resistencia
Primeros Experimentos con Electricidad (1600-1820)
Antes de que se entendiera la resistencia, los científicos luchaban por explicar por qué la corriente variaba en diferentes materiales. Las primeras baterías y los rudimentarios dispositivos de medición sentaron las bases para la ciencia eléctrica cuantitativa.
- 1600: William Gilbert distingue los 'eléctricos' (aislantes) de los 'no eléctricos' (conductores)
- 1729: Stephen Gray descubre la conductividad eléctrica frente al aislamiento en los materiales
- 1800: Alessandro Volta inventa la batería, la primera fuente fiable de corriente continua
- 1820: Hans Christian Ørsted descubre el electromagnetismo, permitiendo la detección de corriente
- Antes de Ohm: La resistencia se observaba pero no se cuantificaba: corrientes 'fuertes' vs. 'débiles'
La Revolución de la Ley de Ohm y el Nacimiento de la Resistencia (1827)
Georg Ohm descubrió la relación cuantitativa entre voltaje, corriente y resistencia. Su ley (V = IR) fue revolucionaria pero inicialmente rechazada por la comunidad científica.
- 1827: Georg Ohm publica 'Die galvanische Kette, mathematisch bearbeitet'
- Descubrimiento: La corriente es proporcional al voltaje e inversamente proporcional a la resistencia (I = V/R)
- Rechazo inicial: La comunidad de físicos alemanes lo llama 'una red de fantasías desnudas'
- Método de Ohm: Utilizó termopares y galvanómetros de torsión para mediciones precisas
- 1841: La Royal Society le concede a Ohm la Medalla Copley, una reivindicación 14 años después
- Legado: La ley de Ohm se convierte en el fundamento de toda la ingeniería eléctrica
Era de la Estandarización (1861-1893)
A medida que la tecnología eléctrica se expandía, los científicos necesitaron unidades de resistencia estandarizadas. El ohmio se definió utilizando artefactos físicos antes de los estándares cuánticos modernos.
- 1861: La Asociación Británica adopta el 'ohmio' como unidad de resistencia
- 1861: El ohmio de la B.A. se define como la resistencia de una columna de mercurio de 106 cm × 1 mm² a 0°C
- 1881: El Primer Congreso Internacional de Electricidad en París define el ohmio práctico
- 1884: La Conferencia Internacional fija el ohmio = 10⁹ unidades electromagnéticas CGS
- 1893: El congreso de Chicago adopta el 'mho' (℧) para la conductancia (ohmio escrito al revés)
- Problema: La definición basada en el mercurio era impráctica: la temperatura y la pureza afectaban la precisión
Revolución del Efecto Hall Cuántico (1980-2019)
El descubrimiento del efecto Hall cuántico proporcionó una cuantización de la resistencia basada en constantes fundamentales, revolucionando las mediciones de precisión.
- 1980: Klaus von Klitzing descubre el efecto Hall cuántico
- Descubrimiento: A baja temperatura y alto campo magnético, la resistencia se cuantiza
- Resistencia cuántica: R_K = h/e² ≈ 25.812,807 Ω (constante de von Klitzing)
- Precisión: Precisión de 1 parte en 10⁹, mejor que cualquier artefacto físico
- 1985: Von Klitzing gana el Premio Nobel de Física
- 1990: El ohmio internacional se redefine utilizando la resistencia Hall cuántica
- Impacto: Cada laboratorio de metrología puede realizar el ohmio exacto de forma independiente
Redefinición del SI de 2019: El Ohmio a partir de Constantes
El 20 de mayo de 2019, el ohmio se redefinió basándose en la fijación de la carga elemental (e) y la constante de Planck (h), haciéndolo reproducible en cualquier lugar del universo.
- Nueva definición: 1 Ω = (h/e²) × (α/2) donde α es la constante de estructura fina
- Basado en: e = 1,602176634 × 10⁻¹⁹ C (exacto) y h = 6,62607015 × 10⁻³⁴ J·s (exacto)
- Resultado: El ohmio ahora se define a partir de la mecánica cuántica, no de artefactos
- Constante de von Klitzing: R_K = h/e² = 25.812,807... Ω (exacto por definición)
- Reproducibilidad: Cualquier laboratorio con una configuración de efecto Hall cuántico puede realizar el ohmio exacto
- Todas las unidades del SI: Ahora se basan en constantes fundamentales, no quedan artefactos físicos
La definición cuántica del ohmio representa el logro más preciso de la humanidad en la medición eléctrica, permitiendo tecnologías desde la computación cuántica hasta sensores ultrasensibles.
- Electrónica: Permite una precisión por debajo del 0,01% para referencias de voltaje y calibración
- Dispositivos cuánticos: Mediciones de la conductancia cuántica en nanoestructuras
- Ciencia de los materiales: Caracterización de materiales 2D (grafeno, aislantes topológicos)
- Metrología: Estándar universal: laboratorios en diferentes países obtienen resultados idénticos
- Investigación: La resistencia cuántica se utiliza para probar teorías de física fundamental
- Futuro: Permite la próxima generación de sensores y computadoras cuánticas
Ayudas para la Memoria y Trucos de Conversión Rápida
Cálculo Mental Fácil
- Regla de la potencia de 1000: Cada paso de prefijo del SI = ×1000 o ÷1000 (MΩ → kΩ → Ω → mΩ)
- Recíproco resistencia-conductancia: 10 Ω = 0,1 S; 1 kΩ = 1 mS; 1 MΩ = 1 µS
- Triángulo de la ley de Ohm: Cubre lo que quieres (V, I, R), lo restante muestra la fórmula
- Resistores iguales en paralelo: R_total = R/n (dos de 10 kΩ en paralelo = 5 kΩ)
- Valores estándar: el patrón 1, 2.2, 4.7, 10, 22, 47 se repite en cada década (serie E12)
- Potencia de 2: 1.2 mA, 2.4 mA, 4.8 mA... la corriente se duplica en cada paso
Trucos para Memorizar el Código de Colores de los Resistores
¡Todo estudiante de electrónica necesita los códigos de colores! Aquí tienes reglas mnemotécnicas que realmente funcionan (y son apropiadas para el aula).
- Regla mnemotécnica clásica: 'No Compres Repuestos O Vas A Necesitar Venderlos Gris Barato' (0-9, Negro, Marrón, Rojo, Naranja, Amarillo, Verde, Azul, Violeta, Gris, Blanco)
- Números: Negro=0, Marrón=1, Rojo=2, Naranja=3, Amarillo=4, Verde=5, Azul=6, Violeta=7, Gris=8, Blanco=9
- Tolerancia: Oro=±5%, Plata=±10%, Ninguno=±20%
- Patrón rápido: Marrón-Negro-Naranja = 10×10³ = 10 kΩ (el pull-up más común)
- Resistor de LED: Rojo-Rojo-Marrón = 220 Ω (limitador de corriente clásico para LED de 5V)
- Recuerda: Los dos primeros son dígitos, el tercero es el multiplicador (ceros a añadir)
Comprobaciones Rápidas de la Ley de Ohm
- Memoria V = IR: 'Voltaje Es Resistencia por intensidad' (V-I-R en orden)
- Cálculos rápidos para 5V: 5V ÷ 220Ω ≈ 23 mA (circuito de LED)
- Cálculos rápidos para 12V: 12V ÷ 1kΩ = 12 mA exactamente
- Comprobación rápida de potencia: 1A a través de 1Ω = 1W exactamente (P = I²R)
- Divisor de tensión: V_salida = V_entrada × (R2/(R1+R2)) para resistores en serie
- Divisor de corriente: I_salida = I_entrada × (R_otro/R_total) para paralelo
Reglas Prácticas de Circuitos
- Resistor de pull-up: 10 kΩ es el número mágico (suficientemente fuerte, no demasiada corriente)
- Limitación de corriente de LED: Usa 220-470 Ω para 5V, ajústalo con la ley de Ohm para otros voltajes
- Bus I²C: 4.7 kΩ de pull-ups estándar para 100 kHz, 2.2 kΩ para 400 kHz
- Alta impedancia: >1 MΩ para la impedancia de entrada para evitar cargar los circuitos
- Baja resistencia de contacto: <100 mΩ para conexiones de potencia, <1 Ω aceptable para señales
- Puesta a tierra: <1 Ω de resistencia a tierra por seguridad e inmunidad al ruido
- Confusión en paralelo: ¡Dos resistores de 10 Ω en paralelo = 5 Ω (no 20 Ω!). Usa 1/R_total = 1/R1 + 1/R2
- Potencia nominal: ¡Un resistor de 1/4 W con 1 W de disipación = humo mágico! Calcula P = I²R o V²/R
- Coeficiente de temperatura: Los circuitos de precisión necesitan un bajo coeficiente de temperatura (<50 ppm/°C), no el estándar ±5%
- Acumulación de tolerancias: ¡Cinco resistores del 5% pueden dar un error del 25%! Usa el 1% para divisores de tensión
- CA vs. CC: A alta frecuencia, la inductancia y la capacitancia importan (impedancia ≠ resistencia)
- Resistencia de contacto: ¡Los conectores corroídos añaden una resistencia significativa! ¡Los contactos limpios importan!
Escala de Resistencia: De lo Cuántico a lo Infinito
| Escala / Resistencia | Unidades Representativas | Aplicaciones Típicas | Ejemplos |
|---|---|---|---|
| 0 Ω | Conductor perfecto | Superconductores por debajo de la temperatura crítica | YBCO a 77 K, Nb a 4 K—resistencia cero exacta |
| 25.8 kΩ | Cuanto de resistencia (h/e²) | Efecto Hall cuántico, metrología de la resistencia | Constante de von Klitzing R_K—límite fundamental |
| 1-100 µΩ | Microohmio (µΩ) | Resistencia de contacto, conexiones de cables | Contactos de alta corriente, resistores shunt |
| 1-100 mΩ | Miliohmio (mΩ) | Medición de corriente, resistencia de cables | Cable de cobre 12 AWG ≈ 5 mΩ/m; shunts 10-100 mΩ |
| 1-100 Ω | Ohmio (Ω) | Limitación de corriente de LED, resistores de bajo valor | Resistor de LED de 220 Ω, cable coaxial de 50 Ω |
| 1-100 kΩ | Kiloohmio (kΩ) | Resistores estándar, pull-ups, divisores de tensión | Pull-up de 10 kΩ (el más común), I²C de 4.7 kΩ |
| 1-100 MΩ | Megaohmio (MΩ) | Entradas de alta impedancia, pruebas de aislamiento | Entrada de multímetro de 10 MΩ, sonda de osciloscopio de 1 MΩ |
| 1-100 GΩ | Gigaohmio (GΩ) | Excelente aislamiento, mediciones con electrómetro | Aislamiento de cable >10 GΩ/km, mediciones de canales iónicos |
| 1-100 TΩ | Teraohmio (TΩ) | Aislantes casi perfectos | Teflón >10 TΩ, vacío antes de la ruptura |
| ∞ Ω | Resistencia infinita | Aislante ideal, circuito abierto | Aislante teórico perfecto, espacio de aire (antes de la ruptura) |
Explicación de los Sistemas de Unidades
Unidades del SI — Ohmio
El ohmio (Ω) es la unidad derivada del SI para la resistencia. Nombrado en honor a Georg Ohm (ley de Ohm). Se define como V/A. Los prefijos desde femto hasta tera cubren todos los rangos prácticos.
- 1 Ω = 1 V/A (definición exacta)
- TΩ, GΩ para resistencia de aislamiento
- kΩ, MΩ para resistores típicos
- mΩ, µΩ, nΩ para cables, contactos
Conductancia — Siemens
El siemens (S) es el recíproco del ohmio. 1 S = 1/Ω = 1 A/V. Nombrado en honor a Werner von Siemens. Anteriormente llamado 'mho' (ohmio al revés). Útil para circuitos en paralelo.
- 1 S = 1/Ω = 1 A/V
- Nombre antiguo: mho (℧)
- kS para resistencia muy baja
- mS, µS para conductancia moderada
Unidades CGS Antiguas
Abohmio (EMU) y statohmio (ESU) del antiguo sistema CGS. Rara vez se usan hoy en día. 1 abΩ = 10⁻⁹ Ω (diminuto). 1 statΩ ≈ 8.99×10¹¹ Ω (enorme). El ohmio del SI es el estándar.
- 1 abohmio = 10⁻⁹ Ω = 1 nΩ (EMU)
- 1 statohmio ≈ 8.99×10¹¹ Ω (ESU)
- Obsoleto; el ohmio del SI es universal
- Solo en textos de física antiguos
La Física de la Resistencia
Ley de Ohm
V = I × R (voltaje = corriente × resistencia). Relación fundamental. Si conoces dos, encuentras el tercero. Lineal para resistores. Disipación de potencia P = I²R = V²/R.
- V = I × R (voltaje a partir de la corriente)
- I = V / R (corriente a partir del voltaje)
- R = V / I (resistencia a partir de mediciones)
- Potencia: P = I²R = V²/R (calor)
Serie y Paralelo
Serie: R_total = R₁ + R₂ + R₃... (las resistencias se suman). Paralelo: 1/R_total = 1/R₁ + 1/R₂... (los recíprocos se suman). Para paralelo, usa la conductancia: G_total = G₁ + G₂.
- Serie: R_tot = R₁ + R₂ + R₃
- Paralelo: 1/R_tot = 1/R₁ + 1/R₂
- Conductancia en paralelo: G_tot = G₁ + G₂
- Dos R iguales en paralelo: R_tot = R/2
Resistividad y Geometría
R = ρL/A (resistencia = resistividad × longitud / área). Propiedad del material (ρ) + geometría. Los cables largos y delgados tienen alta R. Los cables cortos y gruesos tienen baja R. Cobre: ρ = 1.7×10⁻⁸ Ω·m.
- R = ρ × L / A (fórmula de geometría)
- ρ = resistividad (propiedad del material)
- L = longitud, A = área de la sección transversal
- Cobre ρ = 1.7×10⁻⁸ Ω·m
Puntos de Referencia de Resistencia
| Contexto | Resistencia | Notas |
|---|---|---|
| Superconductor | 0 Ω | Por debajo de la temperatura crítica |
| Resistencia cuántica | ~26 kΩ | h/e² = constante fundamental |
| Cable de cobre (1m, 1mm²) | ~17 mΩ | Temperatura ambiente |
| Resistencia de contacto | 10 µΩ - 1 Ω | Depende de la presión, materiales |
| Resistor de corriente de LED | 220-470 Ω | Circuito típico de 5V |
| Resistor de pull-up | 10 kΩ | Valor común para lógica digital |
| Entrada de multímetro | 10 MΩ | Impedancia de entrada típica de DMM |
| Cuerpo humano (seco) | 1-100 kΩ | Mano a mano, piel seca |
| Cuerpo humano (mojado) | ~1 kΩ | Piel mojada, peligroso |
| Aislamiento (bueno) | >10 GΩ | Prueba de aislamiento eléctrico |
| Espacio de aire (1 mm) | >10¹² Ω | Antes de la ruptura |
| Vidrio | 10¹⁰-10¹⁴ Ω·m | Excelente aislante |
| Teflón | >10¹³ Ω·m | Uno de los mejores aislantes |
Valores Comunes de Resistores
| Resistencia | Código de Colores | Usos Comunes | Potencia Típica |
|---|---|---|---|
| 10 Ω | Marrón-Negro-Negro | Medición de corriente, potencia | 1-5 W |
| 100 Ω | Marrón-Negro-Marrón | Limitación de corriente | 1/4 W |
| 220 Ω | Rojo-Rojo-Marrón | Limitación de corriente de LED (5V) | 1/4 W |
| 470 Ω | Amarillo-Violeta-Marrón | Limitación de corriente de LED | 1/4 W |
| 1 kΩ | Marrón-Negro-Rojo | Uso general, divisor de tensión | 1/4 W |
| 4.7 kΩ | Amarillo-Violeta-Rojo | Pull-up/down, I²C | 1/4 W |
| 10 kΩ | Marrón-Negro-Naranja | Pull-up/down (el más común) | 1/4 W |
| 47 kΩ | Amarillo-Violeta-Naranja | Entrada de alta Z, polarización | 1/8 W |
| 100 kΩ | Marrón-Negro-Amarillo | Alta impedancia, temporización | 1/8 W |
| 1 MΩ | Marrón-Negro-Verde | Impedancia muy alta | 1/8 W |
Aplicaciones en el Mundo Real
Electrónica y Circuitos
Resistores: de 1 Ω a 10 MΩ típicamente. Pull-up/down: 10 kΩ es común. Limitación de corriente: 220-470 Ω para LEDs. Divisores de tensión: rango de kΩ. Resistores de precisión: tolerancia del 0.01%.
- Resistores estándar: 1 Ω - 10 MΩ
- Pull-up/pull-down: 1-100 kΩ
- Limitación de corriente de LED: 220-470 Ω
- Precisión: tolerancia del 0.01% disponible
Potencia y Medición
Resistores shunt: rango de mΩ (medición de corriente). Resistencia de cable: de µΩ a mΩ por metro. Resistencia de contacto: de µΩ a Ω. Impedancia de cable: 50-75 Ω (RF). Puesta a tierra: se requiere <1 Ω.
- Shunts de corriente: 0.1-100 mΩ
- Cable: 13 mΩ/m (cobre 22 AWG)
- Resistencia de contacto: 10 µΩ - 1 Ω
- Coaxial: 50 Ω, 75 Ω estándar
Resistencia Extrema
Superconductores: R = 0 exactamente (por debajo de Tc). Aislantes: rango de TΩ (10¹² Ω). Piel humana: 1 kΩ - 100 kΩ (seca). Electrostática: mediciones en GΩ. Vacío: R infinita (aislante ideal).
- Superconductores: R = 0 Ω (T < Tc)
- Aislantes: de GΩ a TΩ
- Cuerpo humano: 1-100 kΩ (piel seca)
- Espacio de aire: >10¹⁴ Ω (ruptura ~3 kV/mm)
Matemáticas Rápidas de Conversión
Conversiones Rápidas de Prefijos del SI
Cada paso de prefijo = ×1000 o ÷1000. MΩ → kΩ: ×1000. kΩ → Ω: ×1000. Ω → mΩ: ×1000.
- MΩ → kΩ: multiplica por 1,000
- kΩ → Ω: multiplica por 1,000
- Ω → mΩ: multiplica por 1,000
- Inverso: divide por 1,000
Resistencia ↔ Conductancia
G = 1/R (conductancia = 1/resistencia). R = 1/G. 10 Ω = 0,1 S. 1 kΩ = 1 mS. 1 MΩ = 1 µS. ¡Relación recíproca!
- G = 1/R (siemens = 1/ohmios)
- 10 Ω = 0,1 S
- 1 kΩ = 1 mS
- 1 MΩ = 1 µS
Comprobaciones Rápidas de la Ley de Ohm
R = V / I. Si conoces el voltaje y la corriente, encuentras la resistencia. 5V a 20 mA = 250 Ω. 12V a 3 A = 4 Ω.
- R = V / I (Ohmios = Voltios ÷ Amperios)
- 5V ÷ 0.02A = 250 Ω
- 12V ÷ 3A = 4 Ω
- Recuerda: divide el voltaje por la corriente
Cómo Funcionan las Conversiones
- Paso 1: Convierte la fuente → ohmios usando el factor toBase
- Paso 2: Convierte ohmios → destino usando el factor toBase del destino
- Conductancia: Usa el recíproco (1 S = 1/1 Ω)
- Comprobación de sentido común: 1 MΩ = 1,000,000 Ω, 1 mΩ = 0.001 Ω
- Recuerda: Ω = V/A (definición de la ley de Ohm)
Referencia de Conversiones Comunes
| Desde | Hasta | Multiplicar Por | Ejemplo |
|---|---|---|---|
| Ω | kΩ | 0.001 | 1000 Ω = 1 kΩ |
| kΩ | Ω | 1000 | 1 kΩ = 1000 Ω |
| kΩ | MΩ | 0.001 | 1000 kΩ = 1 MΩ |
| MΩ | kΩ | 1000 | 1 MΩ = 1000 kΩ |
| Ω | mΩ | 1000 | 1 Ω = 1000 mΩ |
| mΩ | Ω | 0.001 | 1000 mΩ = 1 Ω |
| Ω | S | 1/R | 10 Ω = 0.1 S (recíproco) |
| kΩ | mS | 1/R | 1 kΩ = 1 mS (recíproco) |
| MΩ | µS | 1/R | 1 MΩ = 1 µS (recíproco) |
| Ω | V/A | 1 | 5 Ω = 5 V/A (identidad) |
Ejemplos Rápidos
Problemas Resueltos
Limitación de Corriente de LED
Fuente de 5V, el LED necesita 20 mA y tiene un voltaje de 2V. ¿Qué resistor?
Caída de tensión = 5V - 2V = 3V. R = V/I = 3V ÷ 0.02A = 150 Ω. Usa un resistor estándar de 220 Ω (más seguro, menos corriente).
Resistores en Paralelo
Dos resistores de 10 kΩ en paralelo. ¿Cuál es la resistencia total?
Paralelo igual: R_tot = R/2 = 10kΩ/2 = 5 kΩ. O: 1/R = 1/10k + 1/10k = 2/10k → R = 5 kΩ.
Disipación de Potencia
12V a través de un resistor de 10 Ω. ¿Cuánta potencia?
P = V²/R = (12V)² / 10Ω = 144/10 = 14.4 W. ¡Usa un resistor de 15W+! Además: I = 12/10 = 1.2A.
Errores Comunes a Evitar
- **Confusión con la resistencia en paralelo**: ¡Dos resistores de 10 Ω en paralelo ≠ 20 Ω! Son 5 Ω (1/R = 1/10 + 1/10). El paralelo siempre reduce la R total.
- **La potencia nominal importa**: ¡Un resistor de 1/4 W con 14 W de disipación = humo! Calcula P = V²/R o P = I²R. Usa un margen de seguridad de 2 a 5 veces.
- **Coeficiente de temperatura**: La resistencia cambia con la temperatura. Los circuitos de precisión necesitan resistores con bajo coeficiente de temperatura (<50 ppm/°C).
- **Acumulación de tolerancias**: Múltiples resistores del 5% pueden acumular grandes errores. Usa 1% o 0.1% para divisores de tensión de precisión.
- **Resistencia de contacto**: No ignores la resistencia de conexión a altas corrientes o bajos voltajes. Limpia los contactos, usa conectores adecuados.
- **Conductancia para paralelo**: ¿Sumando resistores en paralelo? Usa la conductancia (G = 1/R). G_total = G₁ + G₂ + G₃. ¡Mucho más fácil!
Datos Fascinantes sobre la Resistencia
El Cuanto de Resistencia es 25.8 kΩ
El 'cuanto de resistencia' h/e² ≈ 25,812.807 Ω es una constante fundamental. A escala cuántica, la resistencia viene en múltiplos de este valor. Se utiliza en el efecto Hall cuántico para estándares de resistencia precisos.
Los Superconductores Tienen Resistencia Cero
Por debajo de la temperatura crítica (Tc), los superconductores tienen R = 0 exactamente. La corriente fluye para siempre sin pérdidas. Una vez iniciada, una espira superconductora mantiene la corriente durante años sin energía. Permite imanes potentes (MRI, aceleradores de partículas).
El Rayo Crea un Camino de Plasma Temporal
La resistencia del canal del rayo cae a ~1 Ω durante el impacto. El aire normalmente tiene >10¹⁴ Ω, pero el plasma ionizado es conductor. El canal se calienta a 30,000 K (5 veces la superficie del sol). La resistencia aumenta a medida que el plasma se enfría, creando múltiples pulsos.
El Efecto Piel Cambia la Resistencia de CA
A altas frecuencias, la corriente alterna fluye solo por la superficie del conductor. La resistencia efectiva aumenta con la frecuencia. ¡A 1 MHz, la R de un cable de cobre es 100 veces mayor que en CC! Esto obliga a los ingenieros de RF a usar cables más gruesos o conductores especiales.
La Resistencia del Cuerpo Humano Varía 100 Veces
Piel seca: 100 kΩ. Piel mojada: 1 kΩ. Cuerpo interno: ~300 Ω. Por eso las descargas eléctricas son mortales en los baños. 120 V a través de piel mojada (1 kΩ) = 120 mA de corriente—letal. Mismo voltaje, piel seca (100 kΩ) = 1.2 mA—cosquilleo.
Los Valores de Resistencia Estándar son Logarítmicos
La serie E12 (10, 12, 15, 18, 22, 27, 33, 39, 47, 56, 68, 82) cubre cada década en pasos de ~20%. La serie E24 da pasos de ~10%. La E96 da ~1%. Basado en una progresión geométrica, no lineal, ¡una invención genial de los ingenieros eléctricos!
Evolución Histórica
1827
Georg Ohm publica V = IR. La ley de Ohm describe cuantitativamente la resistencia. Inicialmente fue rechazada por la comunidad de físicos alemanes como una 'red de fantasías desnudas'.
1861
La Asociación Británica adopta el 'ohmio' como unidad de resistencia. Definido como la resistencia de una columna de mercurio de 106 cm de longitud y 1 mm² de sección transversal a 0°C.
1881
El Primer Congreso Internacional de Electricidad define el ohmio práctico. El ohmio legal = 10⁹ unidades CGS. Nombrado en honor a Georg Ohm (25 años después de su muerte).
1893
El Congreso Internacional de Electricidad adopta el 'mho' (ohmio al revés) para la conductancia. Posteriormente reemplazado por 'siemens' en 1971.
1908
Heike Kamerlingh Onnes licua el helio. Permite experimentos de física a baja temperatura. Descubre la superconductividad en 1911 (resistencia cero).
1911
¡Se descubre la superconductividad! La resistencia del mercurio cae a cero por debajo de 4.2 K. Revoluciona la comprensión de la resistencia y la física cuántica.
1980
Se descubre el efecto Hall cuántico. La resistencia se cuantiza en unidades de h/e² ≈ 25.8 kΩ. Proporciona un estándar de resistencia ultrapreciso (precisión de 1 parte en 10⁹).
2019
Redefinición del SI: el ohmio ahora se define a partir de constantes fundamentales (carga elemental e, constante de Planck h). 1 Ω = (h/e²) × (α/2) donde α es la constante de estructura fina.
Consejos Profesionales
- **Rápido de kΩ a Ω**: Multiplica por 1000. 4.7 kΩ = 4700 Ω.
- **Resistores iguales en paralelo**: R_total = R/n. Dos de 10 kΩ = 5 kΩ. Tres de 15 kΩ = 5 kΩ.
- **Valores estándar**: Usa las series E12/E24. 4.7, 10, 22, 47 kΩ son los más comunes.
- **Comprueba la potencia nominal**: P = V²/R o I²R. Usa un margen de 2-5× para fiabilidad.
- **Truco del código de colores**: Marrón(1)-Negro(0)-Rojo(×100) = 1000 Ω = 1 kΩ. Banda dorada = 5%.
- **Conductancia para paralelo**: G_total = G₁ + G₂. ¡Mucho más fácil que la fórmula 1/R!
- **Notación científica automática**: Valores < 1 µΩ o > 1 GΩ se muestran en notación científica para facilitar la lectura.
Referencia Completa de Unidades
Unidades SI
| Nombre de la Unidad | Símbolo | Equivalente en Ohmios | Notas de Uso |
|---|---|---|---|
| ohmio | Ω | 1 Ω (base) | Unidad derivada del SI; 1 Ω = 1 V/A (exacto). Nombrada en honor a Georg Ohm. |
| teraohmio | TΩ | 1.0 TΩ | Resistencia de aislamiento (10¹² Ω). Aislantes excelentes, mediciones con electrómetro. |
| gigaohmio | GΩ | 1.0 GΩ | Alta resistencia de aislamiento (10⁹ Ω). Pruebas de aislamiento, mediciones de fugas. |
| megaohmio | MΩ | 1.0 MΩ | Circuitos de alta impedancia (10⁶ Ω). Entrada de multímetro (típica de 10 MΩ). |
| kiloohmio | kΩ | 1.0 kΩ | Resistores comunes (10³ Ω). Resistores de pull-up/down, uso general. |
| miliohmio | mΩ | 1.0000 mΩ | Baja resistencia (10⁻³ Ω). Resistencia de cable, resistencia de contacto, shunts. |
| microohmio | µΩ | 1.0000 µΩ | Resistencia muy baja (10⁻⁶ Ω). Resistencia de contacto, mediciones de precisión. |
| nanoohmio | nΩ | 1.000e-9 Ω | Resistencia ultra baja (10⁻⁹ Ω). Superconductores, dispositivos cuánticos. |
| picoohmio | pΩ | 1.000e-12 Ω | Resistencia a escala cuántica (10⁻¹² Ω). Metrología de precisión, investigación. |
| femtoohmio | fΩ | 1.000e-15 Ω | Límite cuántico teórico (10⁻¹⁵ Ω). Solo aplicaciones de investigación. |
| voltio por amperio | V/A | 1 Ω (base) | Equivalente al ohmio: 1 Ω = 1 V/A. Muestra la definición de la ley de Ohm. |
Conductancia
| Nombre de la Unidad | Símbolo | Equivalente en Ohmios | Notas de Uso |
|---|---|---|---|
| siemens | S | 1/ Ω (reciprocal) | Unidad del SI de conductancia (1 S = 1/Ω = 1 A/V). Nombrada en honor a Werner von Siemens. |
| kilosiemens | kS | 1/ Ω (reciprocal) | Conductancia de resistencia muy baja (10³ S = 1/mΩ). Superconductores, materiales de baja R. |
| milisegundo | mS | 1/ Ω (reciprocal) | Conductancia moderada (10⁻³ S = 1/kΩ). Útil para cálculos en paralelo en el rango de kΩ. |
| microsiemens | µS | 1/ Ω (reciprocal) | Conductancia baja (10⁻⁶ S = 1/MΩ). Alta impedancia, mediciones de aislamiento. |
| mho | ℧ | 1/ Ω (reciprocal) | Nombre antiguo del siemens (℧ = ohmio al revés). 1 mho = 1 S exactamente. |
Antiguas y científicas
| Nombre de la Unidad | Símbolo | Equivalente en Ohmios | Notas de Uso |
|---|---|---|---|
| abohm (EMU) | abΩ | 1.000e-9 Ω | Unidad CGS-EMU = 10⁻⁹ Ω = 1 nΩ. Unidad electromagnética obsoleta. |
| statohm (ESU) | statΩ | 898.8 GΩ | Unidad CGS-ESU ≈ 8.99×10¹¹ Ω. Unidad electrostática obsoleta. |
Preguntas Frecuentes
¿Cuál es la diferencia entre resistencia y conductancia?
La resistencia (R) se opone al flujo de corriente, se mide en ohmios (Ω). La conductancia (G) es el recíproco: G = 1/R, se mide en siemens (S). Alta resistencia = baja conductancia. Describen la misma propiedad desde perspectivas opuestas. Usa la resistencia para circuitos en serie, la conductancia para paralelo (matemáticas más fáciles).
¿Por qué aumenta la resistencia con la temperatura en los metales?
En los metales, los electrones fluyen a través de una red cristalina. Mayor temperatura = los átomos vibran más = más colisiones con los electrones = mayor resistencia. Los metales típicos tienen de +0.3 a +0.6% por °C. Cobre: +0.39%/°C. Este es el 'coeficiente de temperatura positivo'. Los semiconductores tienen el efecto contrario (coeficiente negativo).
¿Cómo calculo la resistencia total en paralelo?
Usa los recíprocos: 1/R_total = 1/R₁ + 1/R₂ + 1/R₃... Para dos resistores iguales: R_total = R/2. Método más fácil: ¡usa la conductancia! G_total = G₁ + G₂ (solo suma). Luego R_total = 1/G_total. Por ejemplo: 10 kΩ y 10 kΩ en paralelo = 5 kΩ.
¿Cuál es la diferencia entre tolerancia y coeficiente de temperatura?
Tolerancia = variación de fabricación (±1%, ±5%). Error fijo a temperatura ambiente. Coeficiente de temperatura (tempco) = cuánto cambia R por °C (ppm/°C). 50 ppm/°C significa un cambio del 0.005% por grado. Ambos son importantes para circuitos de precisión. Resistores con bajo tempco (<25 ppm/°C) para un funcionamiento estable.
¿Por qué los valores de resistencia estándar son logarítmicos (10, 22, 47)?
La serie E12 usa pasos de ~20% en progresión geométrica. Cada valor es ≈1.21× el anterior (raíz 12 de 10). Esto asegura una cobertura uniforme en todas las décadas. Con una tolerancia del 5%, los valores adyacentes se superponen. ¡Un diseño brillante! Las series E24 (pasos del 10%), E96 (pasos del 1%) usan el mismo principio. Hace que los divisores de tensión y los filtros sean predecibles.
¿Puede la resistencia ser negativa?
En componentes pasivos, no: la resistencia es siempre positiva. Sin embargo, los circuitos activos (amplificadores operacionales, transistores) pueden crear un comportamiento de 'resistencia negativa' donde aumentar el voltaje disminuye la corriente. Se usa en osciladores, amplificadores. Los diodos túnel muestran naturalmente resistencia negativa en ciertos rangos de voltaje. Pero la R pasiva real siempre es > 0.
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