Resistencia, Reactancia, Impedancia

RESISTENCIA, REACTANCIA, IMPEDANCIA

La electricidad es una forma de energía. Por lo tanto una fuente de electricidad es  una fuente de energía es decir tiene capacidad para generar trabajo.

Una fuente de electricidad se presenta entre dos bornes o terminales entre los cuales existe una diferencia de potencial que se mide en VOLTIOS y puede dar un flujo de corriente entre los bornes que se mide en AMPERIOS. Si nosotros multiplicamos el potencial en voltios por la corriente que circula en amperios tendremos los WATIOS que es la potencia generada por la fuente de electricidad.  Potencia es la energía liberada en la unidad de tiempo (ejemplo un segundo) entonces para conocer la energía tenemos que tener en cuenta cuanto tiempo hemos liberado o consumido una potencia.

Ahora bien, si a una fuente de electricidad conocida porque tiene una diferencia de potencial medida en VOLTIOS le conectamos algo que llamamos un CIRCUITO entonces circulara una corriente que podemos medir en AMPERIOS. Si nosotros dividimos el voltaje por la corriente tendremos una relación que llamamos RESISTENCIA y que se mide en OHMS.  La expresión que R es igual a V dividido por I se conoce como la ley de Ohms en reconocimiento a un científico alemán George Simons Ohm que la propuso.

La ley de ohms es una definición por lo que es siempre correcto. Los dispositivos eléctricos o electrónicos son circuitos a los cuales se le aplica una diferencia de tención (voltaje) y por el cual circulara una corriente (amperios) por lo cual presenta una resistencia (ohm). Por lo cual trabajar con electricidad no es otra cosa de aplicar la ley de Ohm.

Pero los circuitos eléctricos incluye o aparecen dos componentes con un comportamiento especial.

Cuando tenemos dos placas o laminas metálicas separadas por un aislador (puede ser el aire) nosotros podemos suponer que es un circuito completamente aislado, pero si nosotros lo conectamos a una fuente de electricidad, en los primeros instantes de la conexión el materia aislantes presenta un movimiento de electrones para reagrupar las cargas eléctricas en las superficies metálicas. Este movimiento de electrones significan un flujo de electricidad que es máximo en el momento de conectar la electricidad y nulo después de un tiempo.

El dispositivo de dos palcas separadas por un aislante se llama CONDENSADOR y la resistencia depende del tiempo que lleva conectado al suministro de electricidad.

Existe otro componente compuesto de un alambre enrollado alrededor de un núcleo. Este componente se llama BOBINA.

Una bobina que está hecha de alambre, la podemos considerar como de muy baja resistencia, pero cuando la conectamos a una fuente de electricidad en los primeros instantes el cambio de electricidad provoca campos magnéticos en las vueltas de la bobina que se oponen a la circulación de corriente en los primeros momentos. Es decir que la bobina no tiene circulación de corriente en los primeros instantes o lo que es lo mismo una resistencia muy alta al principio y una resistencia casi cero después de un tiempo.

Como pueden ver el condensador de la bobina presentan comportamientos opuestos y su resistencia depende del tiempo que ha pasado desde que se aplicó la electricidad. Es decir que para aplicar la ley de ohm a condensadores y resistencias debemos incluir el factor de tiempo por lo que el manejo matemático nos conducen a considerar la ley de ohm como una función del tiempo y tenemos lo que se llama electricidad dinámica en oposición a el estudio de los fenómenos sin tener en cuenta el tiempo que se conoce como electricidad estática.

En la práctica actual tenemos que las fuentes de electricidad son variables con el tiempo, las más comunes son fuentes  que el voltaje varia periódicamente siguiendo un cambio similar a las funciones trigonométricas SENO. Estas fuente se llaman de corriente alterna y el número de cambios hechos en un segundo se llama FRECUENCIA.

Cuando nosotros conectamos un condensador a una fuente de electricidad alterna, el condensador conduce una corriente similar al voltaje aplicado pero desplazada en el tiempo. Cuando se tiene un pico de voltaje la corriente es nula y cuando el voltaje es cero hay un máximo de corriente. Podemos decir que la corriente y el voltaje están “desfasados”. Como la fuente sigue un patrón de la función trigonométrica seno se considera que el voltaje y la corriente por el condensador presentan un desfasaje de 90 grados.

Para las bobinas se tiene el mismo comportamiento: voltaje y corriente presentan un desfasaje lo que se tiene es que el ángulo desfasaje se considera de signo diferente.

Es curioso entender que cuando en los picos de voltaje tengamos corriente nula y cuando el voltaje es cero la corriente es máxima, pero lo que podemos decir es que un condensador o bobina toma corriente y luego la devuelve en otro ciclo.  En teoría un condensador o bobina no consumen energía, solo la toman prestada y luego la devuelven.

A diferencia, cuando un voltaje se aplica a una resistencia pura esta consume corriente en tiempo real por lo cual hay consumo de energía representada generalmente como disipación de calor.

Ahora si por un condensador o bobina le aplicamos un voltaje alterno y medimos la corriente que pasa podríamos aplicar la ley de ohm y calcular algo que parece una resistencia. Esta resistencia calculada no es real porque son magnitudes desplazadas en el tiempo, por esta razón esta resistencia calculada se le da el nombre de REACTANCIA. La reactancia hay que especificarla CAPACITIVA si es de un condensador o REACTIVA si es de una bobina.

La REACTANCIA de un condensador o bobina depende de la frecuencia. La reactancia de un condensador disminuye con la frecuencia en cambio la reactancia de una bobina aumenta con la frecuencia.   Si nosotros ponemos un condensador y una bobina en paralelo, la reactancia del conjunto dependerá del componente que presente menor reactancia a la frecuencia aplicada pero la mayor reactancia se tendrá en la frecuencia para la cual la reactancia del condensador y la bobina son iguales. Esta frecuencia se conoce como la frecuencia de resonancia del circuito y es la base para el diseño de filtros usados en electrónica.

En la realidad, un circuito eléctrico incluye resistencias puras, condensadores y bobinas por lo cual debemos considerar que el circuito presenta un componente resistivo y otro reactivo. La suma del componente resistivo más reactivo se conoce como IMPEDANCIA.

Sobre una impedancia el voltaje y la corriente son similares en forma pero presentan un desfasamiento en el tiempo que variable entre 0 y 90 grados dependiendo de la mayor o menor reactancia que tenga la impedancia.

Para anotar el valor de una IMPEDANCIA debemos especificar el valor de la RESISTENCIA y el valor de la REACTANCIA. En la escritura establecida se anota el valor de la resistencia seguido de la letra J (jota)  antecediendo al valor de la reactancia. En la anotación matemática la J indica que es un componente imaginario  y existen herramientas matemáticas para poder hacer cálculos con estas expresiones.

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