Corriente Eléctrica

Corriente eléctrica: es el movimiento ordenado y permanente de las cargas eléctricas a través de un conductor, bajo la influencia de un campo eléctrico.

Efectos de la Corriente Eléctrica:

• Efecto térmico: Se produce cuando un conductor es atravesado por una corriente eléctrica, teniendo como consecuencia que dicho conductor se caliente (Efecto Joule).
• Efecto lumínico: Se pone de manifiesto cuando al pasar la corriente a través del filamento de un bombillo eléctrico, este se enciende.
• Efecto fisiológico: Afecta a seres vivos (humanos y animales) y consiste en el paso de corriente a través del cuerpo, pudiendo originar desde contracciones musculares hasta electrocución.
• Efecto químico: Se produce cuando la corriente eléctrica circula a través de ciertas sustancias (electrolitos), teniendo como consecuencia cambios químicos en dichas sustancias (electrólisis).
• Efecto magnético: Se manifiesta cuando alrededor de los conductores que transportan corrientes eléctricas se generan campos magnéticos (electromagnetismo).

Intensidad y Densidad de Corriente

Intensidad de corriente (I): Es la cantidad de carga eléctrica (Q) que pasa por una sección transversal del conductor en una unidad de tiempo (t). I = Q/t.

Ampere (A): Es la unidad de intensidad de corriente en el Sistema Internacional. Un ampere es la corriente que circula cuando por la sección transversal del conductor atraviesa la carga de un coulomb (C) en cada segundo (s). 1 A = 1 C/s.

Densidad de corriente (J): Es la cantidad de corriente eléctrica que circula por unidad de área o sección transversal del conductor. J = I/A.

Tipos de Corriente

Corriente continua (CC o DC): Es aquella en la cual las cargas eléctricas dentro del conductor se desplazan predominantemente en un solo sentido.

Corriente alterna (CA o AC): Es aquella cuyas cargas eléctricas dentro del conductor circulan alternativamente en uno u otro sentido, cambiando constantemente.

Conductividad Eléctrica

Conductividad eléctrica (σ): Es la medida de la capacidad que tienen los cuerpos o las sustancias para conducir la corriente eléctrica. Es la inversa de la resistividad (ρ). σ = 1/ρ.

Conductividad en Diferentes Medios:

• Conductividad en los Gases:

  En general, los gases en condiciones ordinarias no son buenos conductores de la electricidad. Esta es la razón por la cual un electroscopio permanece cargado durante mucho tiempo si el aire circundante no está ionizado. Una vez ionizado el gas (por ejemplo, mediante radiación o altos voltajes), se vuelve conductor porque existen iones y electrones libres que pueden moverse.

• Conductividad en las Disoluciones (Electrolitos):

  Las disoluciones acuosas de ácidos, bases y sales son conductoras de la electricidad y se denominan electrolitos. Las moléculas o redes iónicas de estas sustancias se disocian o disuelven en iones: cationes (iones positivos) y aniones (iones negativos), que son los portadores de carga en la disolución.

• Conductividad en Metales:

  A diferencia de los líquidos y gases, en los metales los átomos forman una red cristalina y no tienen libertad para moverse de un lugar a otro. Sin embargo, poseen electrones (electrones de valencia) que están débilmente ligados a los átomos y pueden moverse libremente por la red. La corriente eléctrica en los metales está constituida por el movimiento ordenado de estos electrones libres.

Instrumentos de Medición Eléctrica

Amperímetro: Es un instrumento utilizado para medir la intensidad de la corriente eléctrica que circula por un punto de un circuito. Se conecta en serie.

Voltímetro: Es un instrumento utilizado para medir la diferencia de potencial (voltaje) entre dos puntos de un circuito. Se conecta en paralelo.

Resistencia Eléctrica

Resistencia eléctrica (R): Es la oposición que ofrece un material (conductor) al paso de la corriente eléctrica a través de él.

Ohm (Ω): Es la unidad de resistencia eléctrica en el Sistema Internacional. Un ohm es la resistencia de un conductor que, al aplicarle una diferencia de potencial de un voltio (V), permite el paso de una corriente de un ampere (A). 1 Ω = 1 V/A.

Factores que Afectan la Resistencia de un Conductor:

• La longitud (L) del conductor: A mayor longitud, mayor resistencia.
• El área (A) de la sección transversal del conductor: A mayor área, menor resistencia.
• La naturaleza del material (resistividad, ρ): Cada material ofrece una resistencia específica.
• La temperatura (T): Para la mayoría de los metales, la resistencia aumenta con la temperatura.

Dependencia entre Resistencia y Temperatura:

La resistencia de los conductores metálicos se debe, en parte, a los choques de los portadores de carga (electrones) con los iones de la red cristalina y otras imperfecciones. Al aumentar la temperatura, aumenta la vibración de los iones en la red, lo que incrementa la frecuencia de los choques y, por tanto, la resistencia. Aunque los electrones pierden energía en las colisiones, el campo eléctrico aplicado les proporciona continuamente energía para mantener el flujo.

Leyes Fundamentales de los Circuitos

Ley de Ohm

Ley de Ohm: Establece que, para muchos materiales (conductores óhmicos) y a temperatura constante, la diferencia de potencial (V) aplicada entre los extremos de un conductor es directamente proporcional a la intensidad de corriente (I) que circula por él. La constante de proporcionalidad es la resistencia (R) del conductor. V = I * R.

Ley de Pouillet (Resistencia)

Nota: La descripción original parecía confundir esta ley. La Ley de Pouillet usualmente se refiere a la fórmula que calcula la resistencia de un conductor en función de sus dimensiones y material.

La resistencia (R) de un conductor es directamente proporcional a su longitud (L) e inversamente proporcional al área de su sección transversal (A). La constante de proporcionalidad es la resistividad (ρ) del material. R = ρ * (L / A).

Fuerza Electromotriz (FEM)

Fuerza electromotriz (FEM, ε): Es la energía suministrada por una fuente (como una batería o generador) por unidad de carga eléctrica que pasa a través de ella. Representa el trabajo necesario para mover una carga a través de todo el circuito, incluyendo la propia fuente. Se mide en voltios (V).

Ley de Ohm para un Circuito Completo

Ley de Ohm generalizada: La intensidad de corriente (I) que circula por un circuito completo es igual a la fuerza electromotriz total (Σε) dividida por la resistencia total del circuito (R_total), que incluye tanto la resistencia externa (R_e) como la resistencia interna (r) de la fuente. I = Σε / (R_e + r).

Energía y Potencia Eléctrica

Potencial Eléctrico

Potencial eléctrico (V): Es el trabajo realizado por unidad de carga para mover una carga de prueba positiva desde un punto de referencia (generalmente el infinito o tierra) hasta un punto específico dentro de un campo eléctrico. La diferencia de potencial entre dos puntos es el trabajo por unidad de carga necesario para moverla entre esos dos puntos.

Efecto Joule

Efecto Joule: Consiste en la transformación de energía eléctrica en energía térmica (calor) cuando una corriente eléctrica atraviesa una resistencia.

Ley de Joule

Ley de Joule: La cantidad de calor (Q) desprendida en un conductor por el que circula una corriente eléctrica es directamente proporcional:

• Al cuadrado de la intensidad de corriente (I²) que circula.
• A la resistencia (R) del conductor.
• Al tiempo (t) durante el cual circula la corriente.

Q = I² * R * t (en Joules si I está en Amperes, R en Ohms y t en segundos).

Costo de la Energía Eléctrica

Cómo se determina el costo de la energía eléctrica: El precio de la energía eléctrica consumida se calcula generalmente multiplicando la cantidad de energía utilizada (medida en kilovatios-hora, kWh) por la tarifa establecida por la compañía eléctrica. Esta tarifa puede variar según el país, la región, el tipo de consumidor (residencial, industrial) y, a veces, la hora del día o la cantidad total consumida.

Etiquetas: circuitos eléctricos, conductividad, corriente eléctrica, efecto Joule, fuerza electromotriz, intensidad de corriente, Ley de Ohm, resistencia eléctrica