CORRIENTE ELÉCTRICA

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que es la corriente electrica

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CORRIENTE ELÉCTRICA1. INTRODUCCIÓN.

El término corriente eléctrica, o simplemente corriente, se emplea para describir la tasa de flujo de carga que pasa por alguna región de espacio. La mayor parte de las aplicaciones prácticas de la electricidad tienen que ver con corrientes eléctricas. Por ejemplo, la batería de una luz de destellos suministra corriente al filamento de la bombilla cuando el interruptor se conecta. Una gran variedad de aparatos domésticos funcionan con corriente alterna. En estas situaciones comunes, el flujo de carga fluye por un conductor, por ejemplo, un alambre de cobre. Es posible también que existan corrientes fuera de un conductor. Por ejemplo, un haz de electrones en el tubo de imagen de una TV constituye una corriente.

2. HISTORIA.Luigi Galvani (1737-1798) propone la teoría de la electricidad animal.Alejandro Volta (1745-1827): Inventa en 1800 la pila de volta, es la primera batería capaz de producir corriente eléctrica.Henry Cavendish realiza los primeros experimentos de conducción eléctrica hacia 1775, pero no los publica.Georg Simon Ohm (1786-1854) descubre la ley de Ohm.Hermann Ludwig Ferdinand Helmholtz (1821-1894) descubre que la primera ley los circuitos eléctricos cumple la ley de la conservación de la energía.James Prescott Joule (1818-1889), descubridor de la equivalencia entre calor y energía, inventa la soldadura eléctrica de arco.

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3. CORRIENTE ELÉCTRICA.

Se puede imaginar un conductor como una esponja mojada. La parte sólida de la esponja la forman los cationes, y confieren rigidez al sólido. Los electrones libres (en el caso de un metal) son como el líquido que se mueve libremente por el interior de la esponja, y se les denomina portadores de carga, cargas libres o cargas de conducción. Bajo la acción de un campo eléctrico, las cargas libres se moverán.

Figura 01: Medio conductorEl flujo de carga eléctrica por unidad de tiempo a través de una superficie se denomina corriente eléctrica.

I=dQ (t )dt

unidad : AMPERIOS

El sentido de la corriente eléctrica coincide con el del campo E responsable de la corriente eléctrica en caso de que los portadores de carga positivos. Si los portadores de carga son negativos (como los electrones) la corriente tiene el sentido opuesto al movimiento de las cargas eléctricas.

3.1.Intensidad de corriente eléctrica.

a) Velocidad de desplazamiento o arrastre (V a).La velocidad de arrastre caracteriza el movimiento de los electrones dentro de un conductor sometido a un campo eléctrico externo en la

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dirección en que se produce la corriente eléctrica. Es inferior a la velocidad de las cargas en el interior del material debido a que al moverse van chocando con los iones que forman el material.

La corriente eléctrica depende del tipo de portadores de carga, de la velocidad de los portadores, de la carga de los portadores y de por dónde circule la corriente eléctrica.Llamaremos:

n :densidad de portadores decargaq : cargadecada portador

va: velocidad decada portador

No hay que confundir la densidad de portadores de carga, n, con la densidad de carga. La densidad de portadores de carga n es el número de cargas libres por unidad de volumen. Sus unidades en el S.I. son:

[n ]=1 /m3

Suponer que queremos calcular la carga eléctrica que pasa por una

superficie dada S=A1. Podemos imaginar esa superficie como la

sección recta de un cable.

La carga total que pasa por la superficie Senun tiempo∆ t es función de

la densidad de portadores n ( portadores /m3 ), la carga de cada uno y la

velocidad a la que se mueven va:

∆Q=qn (Sva∆ t )Luego la corriente que circula por el cable de sección S es:

I=dQ (t )dt

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I=∆Q∆ t

=nq vdS

Si la carga circula por una superficie A2 cuya normal n no es paralela a

la velocidad de arrastre de las cargas portadoras, entonces hay que tener en cuenta que solo la componente perpendicular de la velocidad a la superficie permite a las cargas pasar por dicha superficie. Esto hace

que la carga total que pasa por sea A2 (que es igual a al que circula por

A1) sea:

∆Q=qn ( A2va∆ t )cos (α )

Como: I=dQdt

I=∆Q∆ t

=nq va A2cos (α )=nq vaS

Es claro que la intensidad de corriente que circula por la sección del cable es igual sea cual sea la sección considerada. Es lo mismo que la corriente de agua que circula por una manguera: sale la misma agua por la boca de la manguera aunque cortemos la manguera con el ángulo que sea.

3.2.Densidad de corriente eléctrica.

Si en un medio conductor no existe un campo eléctrico:

E⃗=0→F⃗=q E⃗=0No actúa fuerza sobre los portadores de carga y no se moverán. El conductor está en equilibrio electrostático. Esto no implica que los portadores estén en reposo. Mejor habría que decir que no se produce un desplazamiento neto de carga en el conductor.Debido a la temperatura, los portadores, electrones libres en los metales, están en un continuo movimiento aleatorio chocando con los iones de la red cristalina del material de forma que no se produce un flujo neto de carga a lo largo del conductor.

Figura 02: Los e−¿¿ libres de la red se comportan como las moléculas

de un gas chocando con los átomos

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de la red cristalina del material.En equilibrio térmico y electrostático no hay flujo neto de carga a través de una sección del conductor, y no hay corriente eléctrica neta. Por tanto:Para que exista una corriente eléctrica neta en un conductor debe existir un campo eléctrico E en su interior.La densidad de corriente, J, dice cuántos portadores de carga atraviesan una superficie por unidad de superficie y tiempo. Es un vectorSi la densidad de portadores es constante y se mueven todos a la misma velocidad.

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|J⃗|= dIdS

=nqva→J⃗=Jv⃗a

va

=nq v⃗ a

En general: La densidad de corriente, J, nos dice cuántos portadores de carga atraviesan una superficie por unidad de superficie y tiempo, y puede variar de un punto a otro del material.

dI=nqvd dS=nq v⃗a n⃗sdS=nq v⃗ d S⃗= J⃗ d S⃗

Figura 04: Densidad de corriente. α : Ángulo que forma la normal a lasuperficie con la velocidad de las cargas portadoras.

I=∫S

J⃗ ∙ d S⃗=∫S

J ∙cos (α )dS

La densidad de corriente tiene el sentido del campo eléctrico aplicado y no el del movimiento de las cargas portadoras. Este resultado se observa claramente en el esquema siguiente.

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4. TIPOS DE CORRIENTE ELÉCTRICA.

4.1.Corriente Continua.

Cuando la intensidad y sentido de una corriente permanece constante a lo largo del tiempo, la corriente se denomina continua (CC o DC).Esto se representa en el siguiente gráfico de intensidad en función del tiempo.Es evidente que si la corriente es continua será exactamente lo mismo medirla en cualquier intervalo de tiempo y por lo tanto para calcular la intensidad instantánea ya no será necesario calcular el límite. Por lo tanto para las CC y solo las CC podremos calcular:

I=∆Q∆ t

4.2.Corrientes Variables.

Cuando la intensidad y/o sentido de la corriente varían a lo largo del tiempo la corriente se denomina variable. Estas a su vez pueden clasificarse de muchas maneras, algunas de las más conocidas son:

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5. SENTIDOS DE LA CORRIENTE ELÉCTRICA.

Cuando comienzan los estudios sobre corrientes eléctricas, a finales del siglo XVIII, no se sabía cuál era el signo con que estaban cargadas las partículas que se desplazaban para conformar las corrientes eléctricas. Arbitrariamente se decidió que las partículas que se movían eran las positivas y por ésta razón, en un circuito, la corriente circularía de positivo a negativo por afuera de la fem. Cuando, muy posteriormente, se descubre que las partículas móviles son los electrones y estos tenían carga negativa, queda en evidencia que en realidad la corriente eléctrica circula de negativo a positivo. Sin embargo, como todas las teorías de electromagnetismo se habían desarrollado con la primera convención y, el sentido de circulación de la corriente eléctrica no modificaba ninguna de sus conclusiones, se decidió seguir con el sentido convencional de positivo a negativo.

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