Ohm

El ohmio (símbolo: Ω , la letra griega mayúscula omega ) es la unidad de resistencia eléctrica del Sistema Internacional de Unidades (SI) . Recibe su nombre del físico alemán Georg Ohm (1789-1854). Se desarrollaron diversas unidades estándar de resistencia eléctrica, derivadas empíricamente, en relación con los inicios de la telegrafía , y la Asociación Británica para el Avance de la Ciencia propuso ya en 1861 una unidad derivada de las unidades existentes de masa, longitud y tiempo, con una escala conveniente para el trabajo práctico.

Tras la revisión del SI de 2019 , en la que el amperio y el kilogramo se redefinieron en términos de constantes fundamentales, el ohmio también se define ahora como un valor exacto en términos de estas constantes.

El ohmio se define como la resistencia eléctrica entre dos puntos de un conductor cuando una diferencia de potencial constante de un voltio (V), aplicada a estos puntos, produce en el conductor una corriente de un amperio (A), sin que el conductor sea la sede de ninguna fuerza electromotriz . ^{[ 1 ]}

${\displaystyle \Omega ={\frac {\mathrm {V} }{\mathrm {A} }}={\frac {1}{\mathrm {S} }}={\frac {\mathrm {W} }{\mathrm {A^{2}} }}={\frac {\mathrm {V} ^{2}}{\mathrm {W} }}={\frac {\mathrm {s} }{\mathrm {F} }}={\frac {\mathrm {H} }{\mathrm {s} }}={\frac {\mathrm {Wb} }{\mathrm {C} }}={\frac {\mathrm {J{\cdot }s} }{\mathrm {C^{2}} }}={\frac {\mathrm {J} }{\mathrm {s{\cdot }A^{2}} }}={\frac {\mathrm {kg{\cdot }m^{2}} }{\mathrm {s{\cdot }C^{2}} }}={\frac {\mathrm {kg{\cdot }m^{2}} }{\mathrm {s^{3}{\cdot }A^{2}} }}}$

En muchos casos, la resistencia de un conductor es aproximadamente constante dentro de un cierto rango de voltajes, temperaturas y otros parámetros. Estos se denominan resistencias lineales . En otros casos, la resistencia varía, como en el caso del termistor , que presenta una fuerte dependencia de su resistencia con la temperatura.

En Estados Unidos, las vocales consecutivas en las unidades con prefijo "kiloohm" y "megaohm" se reducen comúnmente a una, produciendo "kiloohm" y "megohm". ^{[ 2 ] [ 3 ] [ 4 ] [ 5 ]}

En los circuitos de corriente alterna, la impedancia eléctrica también se mide en ohmios.

La potencia disipada por una resistencia se puede calcular a partir de su resistencia y la tensión o corriente involucradas. La fórmula es una combinación de la ley de Ohm y la ley de Joule : $${\displaystyle P=VI={\frac {V^{2}}{R}}=I^{2}R,}$$

donde P es la potencia, R es la resistencia, V es el voltaje a través de la resistencia e I es la corriente a través de la resistencia.

Una resistencia lineal mantiene un valor constante para todas las tensiones o corrientes aplicadas; muchas resistencias prácticas presentan un comportamiento lineal en un rango útil de corrientes. Las resistencias no lineales tienen un valor que puede variar según la tensión (o corriente) aplicada. Cuando se aplica corriente alterna al circuito (o cuando el valor de la resistencia depende del tiempo), la relación anterior se cumple en cualquier instante, pero el cálculo de la potencia media durante un intervalo de tiempo requiere la integración de la potencia instantánea durante dicho intervalo.

Dado que el ohmio pertenece a un sistema coherente de unidades , cuando cada una de estas magnitudes tiene su unidad SI correspondiente ( vatio para P , ohmio para R , voltio para V y amperio para I , que se relacionan como en la sección  Definición ), esta fórmula sigue siendo numéricamente válida cuando se utilizan estas unidades (y se consideran canceladas u omitidas).

El rápido auge de la electrotecnología en la segunda mitad del siglo XIX generó la necesidad de un sistema de unidades racional, coherente, consistente e internacional para las magnitudes eléctricas. Los telegrafistas y otros usuarios pioneros de la electricidad en el siglo XIX necesitaban una unidad de medida estándar práctica para la resistencia. Esta se expresaba a menudo como un múltiplo de la resistencia de un cable telegráfico de longitud estándar; dado que diferentes organismos utilizaban bases distintas para la estandarización, las unidades no eran fácilmente intercambiables. Las unidades eléctricas definidas de esta manera no constituían un sistema coherente con las unidades de energía, masa, longitud y tiempo, lo que requería el uso de factores de conversión en los cálculos que relacionaban la energía o la potencia con la resistencia. ^{[ 6 ]}

Se pueden elegir dos métodos diferentes para establecer un sistema de unidades eléctricas. Diversos objetos, como un trozo de cable o una celda electroquímica estándar , podrían especificarse para producir cantidades definidas de resistencia, voltaje, etc. Alternativamente, las unidades eléctricas pueden relacionarse con las unidades mecánicas definiendo, por ejemplo, una unidad de corriente que proporcione una fuerza específica entre dos cables, o una unidad de carga que proporcione una unidad de fuerza entre dos cargas unitarias. Este último método garantiza la coherencia con las unidades de energía. Definir una unidad de resistencia que sea coherente con las unidades de energía y tiempo también requiere definir unidades de potencial y corriente. Es deseable que una unidad de potencial eléctrico obligue a una unidad de corriente eléctrica a pasar a través de una unidad de resistencia eléctrica, realizando una unidad de trabajo en una unidad de tiempo; de lo contrario, todos los cálculos eléctricos requerirán factores de conversión.

Dado que las llamadas unidades "absolutas" de carga y corriente se expresan como combinaciones de unidades de masa, longitud y tiempo, el análisis dimensional de las relaciones entre potencial, corriente y resistencia muestra que la resistencia se expresa en unidades de longitud por unidad de tiempo  : una velocidad. Algunas definiciones antiguas de una unidad de resistencia, por ejemplo, la definían como un cuadrante de la Tierra por segundo.

El sistema de unidades absolutas relacionaba las magnitudes magnéticas y electrostáticas con las unidades métricas de masa, tiempo y longitud. Estas unidades tenían la gran ventaja de simplificar las ecuaciones utilizadas en la resolución de problemas electromagnéticos y eliminaban los factores de conversión en los cálculos de magnitudes eléctricas. Sin embargo, las unidades centímetro-gramo-segundo (CGS) resultaron tener dimensiones poco prácticas para las mediciones reales.

Se propusieron varios patrones de referencia como definición de la unidad de resistencia. En 1860, Werner Siemens (1816-1892) publicó una sugerencia para un patrón de resistencia reproducible en los Annalen der Physik und Chemie de Poggendorff . ^{[ 7 ]} Propuso una columna de mercurio puro, de un milímetro cuadrado de sección transversal y un metro de longitud: la unidad de mercurio Siemens . Sin embargo, esta unidad no era coherente con otras unidades. Una propuesta fue diseñar una unidad basada en una columna de mercurio que fuera coherente; en efecto, ajustando la longitud para que la resistencia fuera de un ohmio. No todos los usuarios de unidades tenían los recursos para realizar experimentos de metrología con la precisión requerida, por lo que se necesitaban patrones de trabajo basados ​​conceptualmente en la definición física.

En 1861, Latimer Clark (1822–1898) y Sir Charles Bright (1832–1888) presentaron un trabajo en la reunión de la Asociación Británica para el Avance de la Ciencia ^{[ 8 ]} sugiriendo que se establecieran estándares para las unidades eléctricas y proponiendo nombres para estas unidades derivados de filósofos eminentes: «Ohma», «Farad» y «Voltio». La BAAS nombró en 1861 un comité, que incluía a Maxwell y Thomson, para que informara sobre los estándares de resistencia eléctrica. ^{[ 9 ]} Sus objetivos eran diseñar una unidad de tamaño conveniente, que formara parte de un sistema completo de mediciones eléctricas, coherente con las unidades de energía, estable, reproducible y basada en el sistema métrico francés. ^{[ 10 ]} En el tercer informe del comité, de 1864, la unidad de resistencia se denomina «unidad BA u Ohmad». ^{[ 11 ]} En 1867, la unidad se denomina simplemente ohmio . ^{[ 12 ]}

La unidad BA ohm debía ser de 10⁹ ^unidades CGS, pero debido a un error de cálculo, la definición resultó ser un 1,3 % menor de lo esperado. Este error fue significativo para la elaboración de patrones de trabajo.

El 21 de septiembre de 1881, el Congreso Eléctrico Internacional definió una unidad práctica de ohmio para la resistencia, basada en unidades CGS , utilizando una columna de mercurio ^de  1 mm² de sección transversal, de aproximadamente 104,9 cm de longitud a 0 °C, similar al aparato sugerido por Siemens.  

El ohmio legal , un estándar reproducible, fue definido por la conferencia internacional de electricistas en París en 1884 como la resistencia de una columna de mercurio de peso específico y 106  cm de longitud; este fue un valor de compromiso entre la unidad BA (equivalente a 104,7  cm), la unidad Siemens (100  cm por definición) y la unidad CGS. ^{[ 13 ]} Aunque se le denominó "legal", este estándar no fue adoptado por ninguna legislación nacional. El ohmio "internacional" fue recomendado por resolución unánime en el Congreso Eléctrico Internacional de 1893 en Chicago. ^{[ 14 ]} La unidad se basó en el ohmio equivalente a 10⁹ ^unidades de resistencia del sistema CGS de unidades electromagnéticas. El ohmio internacional está representado por la resistencia ofrecida a una corriente eléctrica constante en una columna de mercurio de área de sección transversal constante de 106,3  cm de longitud, masa de 14,4521 gramos y 0  °C. Esta definición se convirtió en la base de la definición legal del ohmio en varios países. En 1908, esta definición fue adoptada por representantes científicos de varios países en la Conferencia Internacional sobre Unidades y Patrones Eléctricos en Londres. ^{[ 14 ]} El patrón de columna de mercurio se mantuvo hasta la Conferencia General de Pesas y Medidas de 1948 , en la que el ohmio se redefinió en términos absolutos en lugar de como un patrón de artefacto.

A finales del siglo XIX, las unidades eran bien conocidas y consistentes. Los cambios en las definiciones tenían escaso impacto en su uso comercial. Los avances en metrología permitieron formular definiciones con gran precisión y repetibilidad.

El método de la columna de mercurio para obtener un ohmio estándar físico resultó difícil de reproducir debido a la sección transversal variable del tubo de vidrio. La Asociación Británica y otras organizaciones construyeron diversas bobinas de resistencia para servir como patrones físicos para la unidad de resistencia. La estabilidad y reproducibilidad a largo plazo de estos patrones fue objeto de investigación constante, ya que se detectaron y analizaron los efectos de la temperatura, la presión atmosférica, la humedad y el tiempo sobre ellos.

Aunque todavía se utilizan patrones de referencia, los experimentos de metrología que relacionan inductores y capacitores con dimensiones precisas proporcionaron una base más fundamental para la definición del ohmio. Desde 1990, el efecto Hall cuántico se ha utilizado para definir el ohmio con alta precisión y repetibilidad. Los experimentos de Hall cuántico se utilizan para comprobar la estabilidad de patrones de trabajo con valores convenientes para la comparación. ^{[ 17 ]}

Tras la revisión del SI de 2019 , en la que el amperio y el kilogramo se redefinieron en función de constantes fundamentales , el ohmio también se define ahora en función de estas constantes.

El símbolo Ω fue sugerido, debido al sonido similar de ohm y omega, por William Henry Preece en 1867. ^{[ 18 ]} En los documentos impresos antes de la Segunda Guerra Mundial, el símbolo de la unidad a menudo consistía en la omega minúscula elevada (ω), de modo que 56  Ω se escribía como 56 ^ω .

Históricamente, algunas aplicaciones de edición de documentos han utilizado la tipografía Symbol para representar el carácter Ω. ^{[ 19 ]} Cuando la fuente no es compatible, el mismo documento puede mostrarse con una "W" ("10  W" en lugar de "10  Ω", por ejemplo). Dado que W representa el vatio , la unidad de potencia del SI , esto puede generar confusión, por lo que es preferible utilizar el código Unicode correcto.

Cuando el conjunto de caracteres se limita a ASCII , la norma IEEE 260.1 recomienda utilizar el nombre de la unidad "ohm" como símbolo en lugar de Ω.

En la industria electrónica, es común usar la letra R en lugar del símbolo Ω; así, una  resistencia de 10 Ω se representa como 10R. Esto forma parte del código RKM y se usa en muchos casos donde el valor tiene decimales. Por ejemplo, 5,6  Ω se representa como 5R6, o 2200  Ω como 2K2. Este método evita que se pase por alto el punto decimal, que puede no ser reproducido correctamente en los componentes o al duplicar documentos.

Unicode codifica el símbolo como U+2126 Ω OHM SIGN , distinto de la omega griega entre los símbolos parecidos a letras , pero es canónicamente equivalente al carácter omega mayúscula griego U+03A9 Ω GREEK CAPITAL LETTER OMEGA ( & ohm;, & Omega; ) , que por lo tanto es el preferido. ^{[ 20 ]} En MS-DOS y Microsoft Windows, el código alt + puede producir el símbolo Ω. En Mac OS, + hace lo mismo.Alt234⌥ OptZ

• Código de colores electrónico , utilizado para indicar el valor de las resistencias.
• Historia de la medición
• Comité Internacional de Pesas y Medidas
• Órdenes de magnitud (resistencia)
• Resistividad

• Libros escaneados de Georg Simon Ohm en la biblioteca de la Universidad de Ciencias Aplicadas de Núremberg.
• Folleto oficial de SI
• Publicación especial 811 del NIST
• Historia del ohmio en sizes.com
• Historia de las unidades eléctricas.