¿Qué hace una resistencia y por qué se calienta?

Una pieza pequeña con un papel importante

Si miras una placa electrónica, quizá encuentres pequeños componentes con bandas de colores o cifras impresas. Algunos son resistores, también llamados resistencias. Su aspecto discreto oculta una pregunta interesante: si queremos que un circuito funcione, ¿para qué colocar algo que dificulta el paso de la corriente? [1]

El vídeo de La Ciencia de Jaun seleccionado hoy incluye los resistores entre los conceptos que anuncia su descripción. Tomamos ese tema como punto de partida. Los ejemplos numéricos y la explicación del calentamiento que siguen se apoyan en las fuentes técnicas enlazadas, sin atribuir al vídeo detalles que no hemos comprobado. [7]

Resistencia: una propiedad y un componente

La resistencia eléctrica describe la oposición de un elemento al paso de corriente. Se mide en ohmios, cuyo símbolo es Ω. Un resistor es un componente diseñado para aportar un valor determinado de esa resistencia. Puede ayudar a limitar la corriente o a obtener una diferencia de tensión entre dos puntos del circuito. [1]

El valor depende del material y de su geometría. En un conductor uniforme, manteniendo el material y la temperatura, una longitud mayor supone más resistencia; una sección transversal mayor supone menos. Por eso no basta con decir que una pieza es metálica para saber cómo se comportará. Importan el material concreto, sus dimensiones y las condiciones de funcionamiento. [1]

Un ejemplo con cinco voltios

Para un resistor que sigue aproximadamente la ley de Ohm, la relación es V = I × R. V representa la tensión entre sus extremos, medida en voltios; I es la corriente que lo atraviesa, medida en amperios; R es su resistencia. Si conocemos dos de estas cantidades, podemos calcular la tercera. [2]

Imaginemos una fuente ideal que mantiene 5 voltios entre los extremos de un resistor de 1.000 ohmios. La corriente será 5 dividido entre 1.000: 0,005 amperios, equivalentes a 5 miliamperios. Si sustituimos el resistor por otro de 2.000 ohmios y mantenemos esos mismos 5 voltios, la corriente baja a 2,5 miliamperios. [2]

La condición de mantener la tensión es esencial. Además, la ley de Ohm describe un comportamiento que debe comprobarse: no todos los componentes presentan esa proporcionalidad, ni un resistor real conserva exactamente el mismo valor cuando cambian sus condiciones. [2]

La corriente no se gasta al atravesarlo

Limitar la corriente no significa que entren muchas cargas por un extremo y salgan menos por el otro. En un circuito sencillo en régimen estable, sin ramificaciones, la corriente es la misma antes y después del resistor. Lo que disminuye a su paso es la energía potencial eléctrica de las cargas. [3]

Si conectamos dos resistores en serie, uno detrás de otro, la misma corriente atraviesa ambos. Sus resistencias se suman y la tensión total se reparte entre ellos. Esta distinción evita una confusión habitual: la corriente no es una sustancia que cada componente vaya consumiendo. Para entender el circuito necesitamos seguir tanto las cargas como la transferencia de energía. [3]

La energía aparece como calor

En un conductor metálico, el campo eléctrico actúa sobre los electrones. Estos transfieren energía al material mediante sus interacciones con la estructura del conductor. La energía eléctrica se transforma en energía térmica: es el calentamiento por efecto Joule. El resistor puede elevar su temperatura y transferir calor al entorno. [4]

La potencia indica cuánta energía se transforma por segundo y se mide en vatios. En nuestro ejemplo se calcula multiplicando tensión por corriente: 5 voltios por 0,005 amperios dan 0,025 vatios. Esos 25 milivatios describen una transferencia de energía; no son una temperatura. [4]

Si duplicamos la tensión hasta 10 voltios y suponemos que la resistencia sigue siendo de 1.000 ohmios, la corriente se duplica y la potencia llega a 0,1 vatios. El calentamiento eléctrico por segundo se ha multiplicado por cuatro. Por eso un cambio aparentemente pequeño de tensión puede alterar mucho la potencia que debe disipar el componente. [4]

Los ohmios no cuentan toda la historia

Dos resistores con el mismo valor nominal pueden admitir potencias diferentes. La documentación de Vishay distingue la resistencia, su tolerancia y la potencia admisible. La tolerancia expresa cuánto puede desviarse inicialmente el valor real del nominal; durante el uso también pueden influir la temperatura y otros cambios. [5]

La potencia indicada por el fabricante corresponde a condiciones definidas. Cuando la temperatura ambiente aumenta, puede ser necesario reducirla. También existe un límite de tensión de funcionamiento. Elegir una resistencia exige revisar esos datos, en vez de fijarse únicamente en el número de ohmios. [5]

El montaje también importa. En sus explicaciones sobre determinados resistores de potencia, Vishay señala que la placa debe evacuar el calor generado. Si esa transferencia resulta insuficiente, la temperatura puede ser excesiva. La misma potencia eléctrica no garantiza la misma temperatura en montajes distintos. [6]

Tres preguntas para entender el circuito

Al volver a aquella pequeña pieza, podemos formular tres preguntas: ¿qué resistencia ofrece?, ¿qué tensión tiene entre sus extremos?, ¿cuánta potencia transforma en calor? Separarlas ayuda a entender su función. Los ohmios describen una relación eléctrica; los vatios permiten estudiar la energía que habrá que transferir al entorno. [2] [6]