Definición y Efectos de la Corriente Eléctrica
Corriente eléctrica: Es el movimiento ordenado y permanente de las cargas eléctricas en un conductor, bajo la influencia de un campo eléctrico.
La corriente eléctrica produce diversos efectos:
- Efecto térmico: Se produce cuando un conductor es atravesado por una corriente eléctrica, lo que provoca que el conductor se caliente.
- Efecto lumínico: Se observa cuando se enciende una bombilla al pasar la corriente eléctrica; la energía eléctrica se transforma en energía lumínica.
- Efecto fisiológico: Consiste en el paso de corriente a través del cuerpo humano y de los animales, lo que puede originar electrocución.
- Efecto químico: Se produce cuando la corriente eléctrica pasa a través de ciertas sustancias, provocando cambios químicos en ellas.
- Efecto magnético: Se genera cuando alrededor de los conductores que transportan corrientes eléctricas se producen campos magnéticos.
Magnitudes y Unidades Relacionadas con la Corriente Eléctrica
Intensidad de corriente eléctrica: Es la cantidad de carga que pasa por una sección transversal del conductor en una unidad de tiempo.
Amperio (A): Es la corriente que circula cuando por la sección transversal del conductor atraviesa una carga de un culombio (Coulomb) en cada segundo.
Densidad de corriente: Es la cantidad de corriente que circula por unidad de área o sección transversal.
Tipos de Corriente Eléctrica
Corriente continua (CC): Es aquella en la cual las cargas eléctricas dentro del conductor se desplazan en un solo sentido.
Corriente alterna (CA): Es aquella en la que las cargas eléctricas dentro del conductor circulan en uno y otro sentido, lo que provoca que la corriente cambie constantemente de dirección.
Conductividad Eléctrica
Conductividad eléctrica: Capacidad, mayor o menor, que tienen los cuerpos o sustancias para conducir la electricidad.
- Conductividad de los gases: En general, los gases son malos conductores de la electricidad. Por esto, un electroscopio permanece cargado durante mucho tiempo cuando se coloca un gas alrededor de su caja. (Nota: Los gases ionizados sí pueden ser buenos conductores).
- Conductividad en las disoluciones: Las disoluciones de bases, sales y ácidos son conductoras de la electricidad. Las moléculas de estas sustancias se dividen en dos partes: cationes (iones positivos) y aniones (iones negativos).
- Conductividad de metales: En los metales, los átomos no tienen libertad para moverse de un lugar a otro, por lo que la corriente eléctrica está constituida por el movimiento de los electrones libres, que se desplazan de un lugar a otro.
Instrumentos de Medición
Amperímetro: Instrumento utilizado para medir la intensidad de la corriente en un circuito. Se conecta en serie.
Voltímetro: Instrumento utilizado para medir la diferencia de potencial (voltaje) entre dos puntos de un circuito. Se conecta en paralelo.
Resistencia Eléctrica y Leyes Asociadas
Resistencia eléctrica: Es la oposición que ofrece un conductor a la circulación de la corriente eléctrica a través de él.
Ley de Ohm: La diferencia de potencial (V) aplicada a los extremos de un conductor metálico es directamente proporcional a la intensidad de la corriente (I) que circula por él. La constante de proporcionalidad es la resistencia (R) del conductor. Matemáticamente: V = I * R
Ohmio (Ω): Es la resistencia de un conductor que, al aplicarle la diferencia de potencial de 1 voltio, permite el paso de una corriente de 1 amperio.
Factores de los que depende la resistencia de un conductor:
- Longitud del conductor (a mayor longitud, mayor resistencia).
- Área de la sección transversal del conductor (a mayor área, menor resistencia).
- Tipo de material (cada material tiene una resistividad característica).
- Temperatura (generalmente, la resistencia aumenta con la temperatura en los metales).
Dependencia entre resistencia y temperatura: Cuando los portadores de carga chocan con los átomos del conductor, pierden velocidad y energía, pero el campo eléctrico les hace recuperar esa velocidad. Esta energía del campo hace que el conductor aumente su temperatura. La variación de la resistencia (ΔR = R2 – R1) es proporcional a la resistencia inicial (R1) y al cambio de temperatura (ΔT = T2 – T1). Esta relación se expresa mediante el coeficiente de temperatura de la resistencia (α): ΔR = R1 * α * ΔT
Ley de Pouillet: La resistencia (R) de un conductor es directamente proporcional a su longitud (L) e inversamente proporcional a su área de sección transversal (A). La constante de proporcionalidad es la resistividad (ρ) del material: R = ρ * (L / A)
Fuerza Electromotriz y Potencia Eléctrica
Fuerza electromotriz (FEM): Es el trabajo que debe realizar un generador para trasladar la unidad de carga positiva a través de todo el circuito (tanto por el interior del generador como por el circuito externo).
Ley de Ohm para un circuito completo: En un circuito completo, la fuerza electromotriz (ε) del generador es igual al producto de la intensidad de la corriente (I) que circula por el circuito y la resistencia total (RT) del circuito: ε = I * RT
Potencia eléctrica (P): Es el trabajo (W) realizado sobre una carga por unidad de tiempo (t). También se puede expresar como el producto de la diferencia de potencial (V) y la intensidad de la corriente (I): P = W/t = V * I
Efecto Joule y Aplicaciones
Efecto Joule: Es el proceso de transformación de energía eléctrica en energía térmica (calor) en una resistencia atravesada por una corriente eléctrica.
Ley de Joule: La cantidad de calor (Q) desprendido por un conductor metálico cuando circula corriente a través de él es directamente proporcional al cuadrado de la intensidad de la corriente (I), a la resistencia (R) del conductor y al tiempo (t) que dura la corriente: Q = I² * R * t
Cálculo del costo de la energía eléctrica: El costo se determina mediante la energía consumida (W), que se calcula multiplicando la potencia (P) por el tiempo (t) de uso: W = P * t. La energía se suele expresar en kilovatios-hora (kWh), y el costo se obtiene multiplicando los kWh consumidos por el precio unitario del kWh.