Ley de Ohm explicada: voltaje, corriente y resistencias para LED

Tres magnitudes que describen cada circuito

El movimiento de la carga eléctrica a través de un conductor se llama corriente. Algo debe hacerla moverse, y eso es el voltaje. Algo también se interpone, y eso es la resistencia.

• Voltaje (V), medido en voltios, es la energía que se da a cada unidad de carga al cruzar una fuente, como una pila. Es el empuje.
• Corriente (I), medida en amperios (amps), es la cantidad de carga que pasa por un punto cada segundo. Es el flujo.
• Resistencia (R), medida en ohmios (Ω), indica con qué fuerza una parte se opone a ese flujo.

Una analogía con el agua ayuda al principio: el voltaje es como la presión, la corriente es como la tasa de flujo a través de una tubería y la resistencia es como una sección estrecha de la tubería. Como toda analogía, tiene límites, pero da la sensación correcta de cómo dependen las tres entre sí.

Una palabra sobre el alcance de seguridad: todo aquí trata sobre circuitos de bajo voltaje, del tamaño de una pila. La electricidad de la red doméstica es peligrosa y no es algo con lo que se deba experimentar, por lo que esta guía y el laboratorio nunca entran en ese terreno.

Ley de Ohm: una ecuación, tres respuestas

Para muchas resistencias ordinarias, duplicar el voltaje a través de ellas duplica la corriente que las atraviesa. Esa relación de línea recta es la ley de Ohm:

V = I × R

Reordenada, responde a tres preguntas diferentes:

• ¿Necesitas el voltaje? V = I × R
• ¿Necesitas la corriente? I = V / R
• ¿Necesitas la resistencia? R = V / I

Un ejemplo rápido: una pila de 9 V a través de una resistencia de 450 Ω da I = 9 / 450 = 0.02 A, que son 20 miliamperios. Cambia cualquiera de los tres números y los otros siguen.

La ley de Ohm describe un tipo particular de componente, llamado resistencia óhmica, en condiciones aproximadamente constantes. Algunos componentes no la cumplen, y uno de ellos es el LED, al que conocemos en un momento.

Leyendo los números: miliamperios, kiloohmios y bandas de color

Los circuitos reales usan prefijos constantemente. 1 mA es una milésima de un amperio. 1 kΩ son mil ohmios. Mezclar unidades es el error más común al usar V = I × R, así que convierte primero: 20 mA se convierte en 0,02 A antes de dividir.

Los resistores pequeños llevan una fila de bandas pintadas en lugar de números impresos. En el estilo común de cuatro bandas, las dos primeras son dígitos, la tercera es el multiplicador y la cuarta es la tolerancia, que indica cuánto puede variar el valor real. Por ejemplo, marrón, negro, rojo se lee como 1, 0, luego ×100, lo que da 1 kΩ.

No necesitas memorizar todo el código el primer día. Leer algunos resistores en el laboratorio hasta que el patrón te quede claro funciona mejor que una tabla.

Por qué un LED no se puede conectar directamente a una batería

Un resistor normal deja que la corriente suba suavemente a medida que aumenta el voltaje. Un LED (diodo emisor de luz) no funciona así. Por debajo de cierto voltaje, llamado voltaje directo, apenas deja pasar corriente. Justo por encima de ese voltaje, la corriente sube muy bruscamente con un pequeño empujón extra.

Eso hace que un LED suelto en una batería sea una apuesta: la batería sigue empujando, la corriente crece mucho más allá de lo que el LED está diseñado para soportar, y el LED puede fallar casi de inmediato. El LED no tiene una forma integrada de decir "suficiente".

La solución es añadir un resistor limitador de corriente en serie. Como la misma corriente debe fluir a través de ambas partes, el resistor toma el voltaje que el LED no necesita y, mediante la ley de Ohm, limita la corriente.

Elegir el resistor: un ejemplo resuelto

Supongamos que un LED rojo tiene un voltaje directo de unos 2 V y quieres que circule aproximadamente 15 mA a través de él, alimentado por una fuente de 5 V.

1. Calcula el voltaje restante para la resistencia: 5 V − 2 V = 3 V.
2. Divídelo por la corriente que deseas: R = 3 / 0.015 = 200 Ω.
3. Elige el valor estándar más cercano que no sea menor, como 220 Ω. La corriente resultante será ligeramente menor y el LED un poco más tenue, lo cual es una dirección segura para el error.

También podemos calcular cuánta potencia maneja la resistencia. La potencia es P = V × I, por lo que 3 V × 0.015 A = 0.045 W, cómodamente dentro de la clasificación de una resistencia pequeña.

Revisa siempre los datos propios del LED para su voltaje directo y corriente recomendada; las cifras anteriores son típicas, no universales.

Errores a evitar

• Olvidar convertir unidades. Los miliamperios y kilohmios deben convertirse en amperios y ohmios antes de dividir.
• Poner el resistor en paralelo. Para que la limitación de corriente funcione, el resistor debe estar en serie, en el mismo bucle que el LED.
• Invertir el LED. Un LED solo conduce en una dirección. Si no se enciende, intenta girarlo antes de culpar a las matemáticas.
• Tratar la ley de Ohm como universal. Se aplica a los resistores, no a cada componente del circuito.
• Pensar que "menos resistencia es más seguro". Lo contrario es cierto para un LED: un resistor más pequeño deja pasar más corriente.

Cómo explorar esto en el laboratorio

El laboratorio de Electrónica y Arduino te permite construir y medir estos circuitos sin hardware. Un orden lógico para el primer mundo gratis:

1. Empieza con Voltaje, corriente y resistencia para distinguir las tres ideas.
2. Prueba la ecuación en La ley de Ohm en la práctica y luego practica las tres transformaciones en Transformando la ley de Ohm.
3. Observa cómo se comporta un LED en El LED.
4. Protégelo con Resistencias limitadoras de corriente.
5. Termina con Potencia y vatios para ver cuánta calor disipa la resistencia.

El laboratorio es un modelo educativo simplificado de componentes ideales, por lo que los componentes reales diferirán un poco en los detalles. Usa baterías de bajo voltaje y fuentes de alimentación a nivel USB para tus propios experimentos.