Tecnología Electrónica

Ley de Ohm: ¿Verdad Universal o Aproximación Conveniente?

La Ley de Ohm (V = I·R) es la primera ley de los circuitos, pero no es una ley universal de la física como la gravedad o la termodinámica. Es una propiedad material empírica—verdadera solo para materiales óhmicos bajo condiciones específicas. La mayoría de los dispositivos del mundo real la violan.

Donde Se Mantiene: Conductores Óhmicos (Lineales)

  • Metales a temperatura constante: Cobre, aluminio, plata, oro, tungsteno (filamentos a temperatura fija). La resistencia es constante; el gráfico V-I es una línea recta por el origen.
  • Resistores de carbón (composición, película): Diseñados para ser óhmicos dentro del rango nominal.
  • Resistores Ideales: Elementos de circuito teóricos.
  • Electrolitos (a baja densidad de corriente, concentración uniforme): Aproximadamente óhmicos.

Donde Falla: Dispositivos No Óhmicos (No Lineales)

La resistencia cambia con el voltaje o la corriente aplicados. La curva V-I no es una línea recta. «Resistencia» se convierte en una función: R(V) o R(I). Definimos Resistencia Estática (V/I en un punto) y Resistencia Dinámica (dV/dI — la pendiente).

Dispositivo / MaterialMecanismo No LinealCaracterística V-I
Diodos Semiconductores (PN, Schottky, LED)Inyección exponencial de portadores a través de la región de agotamientoI = I₀(e^(qV/nkT) - 1). Encendido brusco (~0.7V Si, ~0.3V Schottky, ~1.8–3V LED).
Transistores (BJT, MOSFET, IGBT)Conductividad de canal controlada por campoCorte → Activo (lineal/saturación) → Saturación. Tres terminales; V-I es una familia de curvas.
Tubos de Descarga de Gas / Neón / Fluorescente / PlasmaAvalancha de ionización, región de resistencia negativaAlto voltaje de ruptura → caída repentina (R negativa) → brillo/arco. Necesita balasto.
Varistores (MOV) / Diodos TVSRuptura dependiente del voltaje (avalancha/Zener)Alta R por debajo de Vclamp → Baja R por encima. Protección contra sobretensiones.
Termistores (NTC/PTC)Resistividad dependiente de la temperatura (autocalentamiento o ambiente)NTC: R cae al aumentar T. PTC: R se dispara en el punto Curie. El autocalentamiento hace V-I no lineal.
Filamento Incandescente (Tungsteno)Coeficiente de temperatura de la resistividad (α ≈ 4.5×10⁻³/K)R en frío ≈ 1/10–1/15 R en caliente. Corriente de arranque 10–15× el estado estable.
Electrolitos (Alta Corriente)Polarización de concentración, polarización de electrodoDesviación de la linealidad a alta densidad de corriente.
Tubos de VacíoCorriente limitada por carga espacial (Ley de Child-Langmuir: I ∝ V^(3/2))No lineal. Histórico.

Por Qué Importa: Análisis de Pequeña Señal

Incluso para dispositivos no óhmicos, linealizamos alrededor de un punto de polarización (punto Q):

rd = dV/dI |Q (Resistencia Dinámica / de Pequeña Señal)

Esto permite el análisis AC usando la Ley de Ohm en las señales incrementales (v = i·rd). Todo el modelo de pequeña señal de un transistor (rπ, gm, ro) se construye sobre este concepto.

Temperatura: El Rompedor Silencioso de la Ley de Ohm

Incluso los resistores «óhmicos» tienen TCR (Coeficiente de Temperatura de la Resistencia). Resistores de precisión: ±25 ppm/°C. Carbón barato: ±500 ppm/°C. Un resistor de 100 ppm/°C cambia 1% cada 10°C. En circuitos de precisión, esta es una fuente dominante de error. Los resistores de potencia deben ser deratados y disipar con disipador.

Conclusión

  • La Ley de Ohm es un modelo de material, no una ley universal.
  • Se aplica perfectamente a resistores ideales y metales a temperatura constante.
  • Falla para semiconductores, descargas de gas, termistores, filamentos y cualquier dispositivo donde R = f(V, I, T, t, luz, campo B...).
  • El análisis de circuitos usa la Ley de Ohm para partes lineales y la reemplaza con ecuaciones de dispositivo (Shockley, Child-Langmuir, Ebers-Moll, BSIM) para partes no lineales.

Saber dónde falla es lo que separa a un analista de circuitos de un reemplazador de componentes.

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