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
Fig. 7.1 Cooriente electrica

 

 

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:

Fig.7.2 Sentido de la corriente

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.

 

 

 

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

Fig.7.3 Densidad de corriente

Vectorialmente la expresamos:

La densidad de corriente puede ser no uniforme y podemos expresar la corriente que atraviesa un elemento de una superficie como: di = J.dA

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

Fig.7.4 Velocidad de arrastre
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.

 

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:


Fig. 7.5. Teoría de la conducción

Así tenemos que la corriente es:

Finalmente:

Metiendo este valor de I en (7.2), tenemos para la densidad:

 

 

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

Fig.7.6 Ley de Ohmns
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:

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:


 

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:


Fig.7. 7 Resistencia electrica

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.

Y si la sección transversal nos es constante, tenemos que:

 

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:


Siendo ρ0 (Ω.m) la resistividad a una temperatura T0 y  en (0C-1) es una constante denominada coeficiente térmico de resistividad.

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.

A partir del concepto de energía calcularemos una ecuación de la potencia consumida en un circuito eléctrico.


ANALISIS

Fig. 7.8 Energía Y Potencia

Recordemos que el trabajo está dado por:

Aplicando diferencial:

Como el potencial es constante dV = 0, así:

Y como la potencia es la variación de la energía respecto al tiempo, tenemos:

También la podemos expresar como:

 

RESISTENCIAS EN SERIES


Cuando tenemos un conjunto de resistencias en serie como indica la fig.7.9, experimentalmente la corriente es la misma en cada resistencia, es decir:


CONCLUSIONES

Fig.7.9 Circuitos en serie
    El voltaje total se distribuye entre las resistencia del circuito.

De la ley de Ohms, V = IR.

Y   como las corrientes son iguales, nos queda para la resistencia total:

 

 

RESISTENCIAS EN PARALELO


Cuando tenemos un conjunto de resistencias en paralelo como indica la fig. , experimentalmente se demuestra que:


CONCLUSIONES

Fig.7.10 Circuitos en paralelo
La corriente total se distribuye en cada resistencia del circuito.

De la ley de Ohms, I = V/R,

Y como los voltajes son iguales, nos queda para la resistencia total:

 


Prof. Beltrán Velásquez