Características Corriente-Voltaje

Materiales no óhmicos

Generalmente, la resistencia no es una constante que se obtiene dividiendo la diferencia de potencial por la corriente eléctrica. En realidad, la resistencia es una función arbitraria R(V, I) que depende de la diferencia de potencial y de la corriente. La ley de Ohm es la aproximación lineal para una pequeña región de esta relación. En los materiales no óhmicos, la resistencia no seguirá la aproximación lineal .

Si tenemos la relación entre la corriente I y la tensión V(I), podemos calcular la resistencia como sigue

\[R(V,I) = \frac{dV(I)}{dI}\].

Fig. 1. Aproximación lineal, commons.wikimedia.org

Para una función general (verde) que no sea una línea recta, siempre podemos limitarnos a un rango muy pequeño en el que la relación pueda estimarse mediante una relación lineal, es decir, una línea recta. Cuanto menor sea el intervalo, mejor será la aproximación.

Si la función verde anterior capta la relación entre la tensión y la corriente eléctrica, vemos que para un rango pequeño en el que la tensión y la corriente no varían mucho, la función se aproxima por la línea roja. Entonces podemos utilizar la ley de Ohms para determinar la resistencia sin necesidad de diferenciar.

Características de corriente-tensión

Estudiemos varios ejemplos de estas curvas en distintos dispositivos y averigüemos qué conclusiones podemos sacar de ellas.

Características de corriente-tensión de una resistencia óhmica

Las características corriente-voltaje, también conocidas como características I-V, de las resistencias óhmicas son:

• La gráfica I-V de una resistencia óhmica es una línea recta.
• La curva pasa por el origen, lo que significa que para una diferencia de potencial cero, tenemos una corriente cero.
• La corriente es directamente proporcional a la diferencia de potencial.
• La pendiente es \(\frac{1}{R}\}).

Características de corriente-tensión de un filamento

Los filamentos son materiales utilizados en las lámparas que están compuestos de metales que brillan cuando pasa por ellos una determinada cantidad de corriente. Los filamentos son un tipo de dispositivo eléctrico llamado termistor, que es un material cuya resistencia depende de su temperatura.

Como la resistencia es sensible al calor y una corriente calienta el material cuando fluye a través de él, la resistencia cambiará. Este efecto se observa en las curvas I-V de los filamentos. Técnicamente, todos los materiales se comportan así, pero algunos lo hacen en una escala muy leve que no podemos medir.

Las características corriente-voltaje de una lámpara de filamento son:

• El gráfico I-V muestra que la corriente aumenta a un ritmo menor que la diferencia de potencial (tensión).
• En los rangos en los que la tensión no es demasiado fuerte, la corriente no es muy fuerte y la temperatura no es muy elevada. Esto significa que la resistencia no es alta y la corriente puede fluir fácilmente.
• En los rangos en los que la tensión es alta (positiva o negativa), la corriente generada es muy fuerte y la temperatura aumenta rápidamente. Al aumentar la temperatura, aumenta la resistencia y disminuye el flujo de la corriente. Para una tensión suficientemente alta, se alcanza una corriente máxima.

Características corriente-voltaje de un diodo

Un diodo es un semiconductor que permite que la corriente circule en una dirección determinada (pero no en la contraria). Funciona como un conductor o como una resistencia muy buena dependiendo de la dirección de la corriente.

Las características corriente-voltaje de los diodos son:

• Cuando la corriente fluye en la dirección que funciona como conductor (diferencia de potencial positiva), se produce un aumento brusco de la corriente a partir de determinados valores de tensión, y la resistencia disminuye bruscamente. Lo hace para un valor umbral que determina cuándo el diodo empieza a conducir la electricidad.
• Cuando la corriente intenta fluir en la dirección que se comporta como una resistencia (diferencia de potencial negativa), aproximadamente no fluye corriente. La resistencia se aproxima al infinito.

Características de corriente-tensión de una célula solar fotovoltaica

Una célula solar fotovoltaica es un dispositivo que convierte la luz en energía eléctrica. Su funcionamiento se basa en el efecto fotoeléctrico: la liberación de electrones por parte de un material cuando recibe el impacto de una radiación electromagnética de un determinado rango de frecuencias. Cuanto mayor sea la frecuencia de la luz, más intensa será la corriente eléctrica inducida.

Las características corriente-voltaje de las células solares fotovoltaicas son un poco diferentes porque, en este caso, tenemos control sobre la corrientegenerada, y nuestro objetivo es producir una diferencia de potencial.

• En la región de diferencia de potencial positiva, la corriente puede crecer arbitrariamente y aparecerá unadiferencia de potencial constante. En esta región no podemos utilizarla eficazmente. Esta es la región en la que el material no recibe luz.
• A medida que la cantidad de luz incidente comienza a crecer, la corriente se hace cada vez más negativa, y aparece una diferencia de potencial negativa que puede crecer arbitrariamente en función de las características de la luz y del material.