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DEFINICION
El movimiento de carga dentro de un conductor debido a un campo eléctrico aplicado, lo llamaremos corriente eléctrica. Suponga que las cargas se mueven perpendiculares a una superficie de área A, como en la figura.7.1. La corriente es la tasa a la cual fluye la carga por esta superficie. La corriente promedio, I es igual a la carga que pasa por unidad de tiempo:
Corriente
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SENTIDO DE LA CORRIENTE
De lo estudiado el capitulo anterior podemos deducir el sentido de la corriente en un conductor. Por convención, se toma como sentido positivo de la corriente, el de la trayectoria que seguirían las cargas positivas (Fig.7.2), aun siendo las cargas negativas las que se mueven en dirección opuesta, ¿Por qué?
Explicación:
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Para establecer una corriente en un conductor se requiere una diferencia de potencial entre sus extremos, como indica la figura 7.2.Cuando se conecta una batería a un conductor, la diferencia de potencial crea un campo eléctrico dentro del conductor. Los electrones libres de un extremo del alambre son atraídos al borne positivo y al mismo tiempo, en el otro extremo los electrones dejan el borne negativo de la batería y entran al alambre. Así se establece un flujo continuo de electrones, de tal forma que la corriente de electrones es equivalente a una corriente de cargas positivas en sentido contrario.
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DENSIDAD DE CORRIENTE
La densidad de corriente eléctrica se define como una magnitud vectorial que tiene unidades de corriente eléctrica por unidad de superficie. Matemáticamente, la corriente y la densidad de corriente se relacionan como:
Densidad de Corriente
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Vectorialmente la expresamos:
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La densidad de corriente puede ser no uniforme y podemos expresar la corriente que atraviesa un elemento de una superficie como: di = J.dA
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VELOCIDAD MEDIA O DE ARRASTRE
Cuando se aplica una diferencia de potencial, se establece internamente un movimiento de cargas, debido a que se establece un campo eléctrico dentro del conductor. Aunque el campo eléctrico acelera a los electrones, debido a los choques internos, sus velocidades no aumentan indefinidamente. El resultado es que la velocidad promedio o de arrastre es lenta y ordenada.
Velocidad de arrastre
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Cuando se aplica un campo eléctrico a un conductor, los electrones son acelerados por el campo, aunque esta energía cinética es inmediatamente disipada por los choques con los iones de la red. Los electrones son continuamente acelerados y frenados en un movimiento similar a la de las canicas de la figura. El resultado neto de esta aceleración y disipación es una velocidad de equilibrio muy baja denominada velocidad de arrastre.
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TEORIA DE LA CONDUCCION
Si hay n partículas por unidad de volumen, con carga q, la carga total dentro de un trozo de material de longitud Δx y área A (fig. 7.4) es:
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Así tenemos que la corriente es:
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Finalmente:
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Metiendo este valor de I en (7.2), tenemos para la densidad:
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LEY DE OMHN
En muchos materiales (incluidos la mayor parte de los metales), la proporción entre la corriente y El voltaje es una constante, que es independiente del voltaje productor de la corriente. Los materiales que obedecen la ley de Ohm y que, en consecuencia, presentan este comportamiento lineal entre V y I se dice que son óhmicos. Ver fig.7.6..
Enunciado
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La corriente que fluye a través de un conductor es proporcional al voltaje aplicado entre sus extremos, teniendo en cuenta que la temperatura y demás condiciones se mantengan constantes.
Hay que tener en cuenta que no se menciona la resistencia, sino que simplemente éste es el nombre dado a la constante de proporcionalidad involucrada. |
Considerando la resistencia como el inverso de la constante m, la corriente como la variable y, y el voltaje como la variable dependiente x. De esta manera se establece una relación de proporcionalidad entre el voltaje y la corriente:
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CONDUCTIVIDAD Y RESISTIVIDAD
La resistividad eléctrica de una sustancia mide su capacidad para oponerse al flujo de carga eléctrica a través de ella. Un material con una resistividad eléctrica alta (conductividad eléctrica baja), es un aislante eléctrico y un material con una resistividad baja (conductividad alta) es un buen conductor eléctrico.
La ley de Ohms, también la podemos escribir como:
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RESISTENCIA
Sea un conductor homogéneo e isotrópico, de longitud L y de sección constante A (fig.6.6). Si se aplica una diferencia de potencial, el campo E es uniforme, (E=V/L) y la corriente es:
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Despejando (V/I=R), e igualando con 7.5, obtenemos que la resistencia es proporcional a la resistividad del material y a su longitud, y es inversamente proporcional al área de su sección transversal.
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Y si la sección transversal nos es constante, tenemos que:
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RESISTIVIDAD Y TEMPERATURA
En algunos materiales como el grafito y los semiconductores, la resistividad disminuye con la temperatura. Por otra parte, en los metales, la resistividad aumenta con la temperatura. Esto se debe a que al calentar el material, se incrementa las amplitudes de vibración de los iones, lo cual disminuye la probabilidad de choques con los electrones libres. En el rango de temperaturas cercanas al ambiente la resistividad aumenta en forma lineal:
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Siendo ρ0 (Ω.m) la resistividad a una temperatura T0 y en (0C-1) es una constante denominada coeficiente térmico de resistividad.
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ENERGIA Y POTENCIA
ENERGIA : Cuando conectamos un equipo o consumidor eléctrico a un circuito alimentado por una fuente de fuerza electromotriz (F.E.M), como puede ser una batería, la energía eléctrica que suministra fluye por el conductor, permitiendo que, por ejemplo, una bombilla de alumbrado, transforme esa energía en luz y calor, o un motor pueda mover una maquinaria.
POTENCIA : Potencia es la velocidad a la que se consume la energía. Si la energía fuese un líquido, la potencia sería los litros por segundo que vierte el depósito que lo contiene. La potencia se mide en joule por segundo (J/seg) y se representa con la letra “P”. Un J/seg equivale a 1 watt (W), por tanto, cuando se consume 1 joule de potencia en un segundo, estamos gastando o consumiendo 1 watt de energía eléctrica.
CORRIENTE CONTINUA
La corriente continua la producen las baterías, las pilas y las dinamos. Entre los extremos de cualquiera de estos generadores se genera una tensión constante que no varia con el tiempo, por ejemplo si la pila es de 12 voltios, todo los receptores que se conecten a la pila estarán siempre a 12 voltios (a no ser que la pila este gastada y tenga menos tensión). Si no tienes claro las magnitudes de tensión e intensidad, te recomendamos que vayas primero al enlace de la parte de abajo sobre las magnitudes eléctricas antes de seguir. Además de estar todos los receptores a la tensión de la pila, al conectar el receptor (una lámpara por ejemplo) la corriente que circula por el circuito es siempre constante (mismo número de electrones) , y no varia de dirección de circulación, siempre va en la misma dirección, es por eso que siempre el polo + y el negativo son siempre los mismos.
Conclusión, en c.c. (corriente continua o DC) la Tensión siempre es la misma y la Intensidad de corriente también.
Si tuviéramos que representar las señales eléctricas de la Tensión y la Intensidad en corriente continua en una gráfica quedarían de la siguiente forma:
Si quieres aprender a resolver circuitos de c.c. te recomendamos que comiences por este enlace: Circuitos de 1 Receptor.
La corriente continua la producen las baterías, las pilas y las dinamos. Entre los extremos de cualquiera de estos generadores se genera una tensión constante que no varia con el tiempo, por ejemplo si la pila es de 12 voltios, todo los receptores que se conecten a la pila estarán siempre a 12 voltios (a no ser que la pila este gastada y tenga menos tensión). Si no tienes claro las magnitudes de tensión e intensidad, te recomendamos que vayas primero al enlace de la parte de abajo sobre las magnitudes eléctricas antes de seguir. Además de estar todos los receptores a la tensión de la pila, al conectar el receptor (una lámpara por ejemplo) la corriente que circula por el circuito es siempre constante (mismo número de electrones) , y no varia de dirección de circulación, siempre va en la misma dirección, es por eso que siempre el polo + y el negativo son siempre los mismos.
Conclusión, en c.c. (corriente continua o DC) la Tensión siempre es la misma y la Intensidad de corriente también.
Si tuviéramos que representar las señales eléctricas de la Tensión y la Intensidad en corriente continua en una gráfica quedarían de la siguiente forma:
Si quieres aprender a resolver circuitos de c.c. te recomendamos que comiences por este enlace: Circuitos de 1 Receptor.
CORRIENTE ALTERNA
Este tipo de corriente es producida por los alternadores y es la que se genera en las centrales eléctricas. La corriente que usamos en las viviendas es corriente alterna (enchufes).
En este tipo de corriente la intensidad varia con el tiempo (numero de electrones), además cambia de sentido de circulación a razón de 50 veces por segundo (frecuencia 50Hz). Según esto también la tensión generada entre los dos bornes (polos) varia con el tiempo en forma de onda senoidal (ver gráfica), no es constante. Veamos como es la gráfica de la tensión en corriente alterna.
Esta onda senoidal se genera 50 veces cada segundo, es decir tiene una frecuencia de 50Hz (hertzios), en EEUU es de 60Hz. Como vemos pasa 2 veces por 0V (voltios) y 2 veces por la tensión máxima que es de 325V. Es tan rápido cuando no hay tensión que los receptores no lo aprecian y no se nota, excepto los fluorescentes (efecto estroboscópico). Además vemos como a los 10ms (milisegundos) la dirección cambia y se invierten los polos, ahora llega a una tensión máxima de -325V (tensión negativa).
Esta onda se conoce como onda alterna senoidal y es la más común ya que es la que tenemos en nuestras casas. La onda de la intensidad sería de igual forma pero con los valores de la intensidad lógicamente, en lugar de los de la tensión.
Para aprender a resolver circuitos de corriente alterna te recomendamos este enlace: Circuitos de Corriente Alterna.
Pero ¿Por qué se dice que que hay una tensión de 220V en los enchufe? . Como la tensión varia constantemente se coge una tensión de referencia llamada Valor Eficaz. Este valor es el valor que debería tener en corriente continua para que produjera el mismo efecto sobre un receptor en corriente alterna. Es decir si conectamos un radiador eléctrico a 220V en corriente continua (siempre constante), daría el mismo calor que si lo conectamos a una corriente alterna con tensión máxima de 325V (tensión variable), en este caso diríamos que la tensión en alterna tiene una tensión de 220V, aunque realmente no sea un valor fijo sino variable. Estaría mejor dicho que hay una tensión con valor eficaz de 220V. Esto lo podemos ver en la gráfica.
Si quieres saber como se genera la corriente continua y la corriente alterna pincha en este enlace:: DINAMO Y ALTERNADOR
También es interesante que repases o aprendas el siguiente tema: Ondas Electromagnéticas
Este tipo de corriente es producida por los alternadores y es la que se genera en las centrales eléctricas. La corriente que usamos en las viviendas es corriente alterna (enchufes).
En este tipo de corriente la intensidad varia con el tiempo (numero de electrones), además cambia de sentido de circulación a razón de 50 veces por segundo (frecuencia 50Hz). Según esto también la tensión generada entre los dos bornes (polos) varia con el tiempo en forma de onda senoidal (ver gráfica), no es constante. Veamos como es la gráfica de la tensión en corriente alterna.
Esta onda senoidal se genera 50 veces cada segundo, es decir tiene una frecuencia de 50Hz (hertzios), en EEUU es de 60Hz. Como vemos pasa 2 veces por 0V (voltios) y 2 veces por la tensión máxima que es de 325V. Es tan rápido cuando no hay tensión que los receptores no lo aprecian y no se nota, excepto los fluorescentes (efecto estroboscópico). Además vemos como a los 10ms (milisegundos) la dirección cambia y se invierten los polos, ahora llega a una tensión máxima de -325V (tensión negativa).
Esta onda se conoce como onda alterna senoidal y es la más común ya que es la que tenemos en nuestras casas. La onda de la intensidad sería de igual forma pero con los valores de la intensidad lógicamente, en lugar de los de la tensión.
Para aprender a resolver circuitos de corriente alterna te recomendamos este enlace: Circuitos de Corriente Alterna.
Pero ¿Por qué se dice que que hay una tensión de 220V en los enchufe? . Como la tensión varia constantemente se coge una tensión de referencia llamada Valor Eficaz. Este valor es el valor que debería tener en corriente continua para que produjera el mismo efecto sobre un receptor en corriente alterna. Es decir si conectamos un radiador eléctrico a 220V en corriente continua (siempre constante), daría el mismo calor que si lo conectamos a una corriente alterna con tensión máxima de 325V (tensión variable), en este caso diríamos que la tensión en alterna tiene una tensión de 220V, aunque realmente no sea un valor fijo sino variable. Estaría mejor dicho que hay una tensión con valor eficaz de 220V. Esto lo podemos ver en la gráfica.
Si quieres saber como se genera la corriente continua y la corriente alterna pincha en este enlace:: DINAMO Y ALTERNADOR
También es interesante que repases o aprendas el siguiente tema: Ondas Electromagnéticas
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