La corriente eléctrica
Cargas eléctricas en movimiento
La corriente eléctrica es el movimiento de cargas eléctricas a través de un material. Estas cargas pueden ser transportadas por electrones o iones.
- Sólidos: Se mueven los electrones.
- Líquidos: Se mueven los iones.
- Gases: Se pueden mover tanto electrones como iones.
La corriente eléctrica es el movimiento ordenado de cargas por un conductor.
Circuitos eléctricos
Un circuito eléctrico es el camino por el que puede circular la corriente eléctrica. Debe tener los siguientes dispositivos:
- Generador: Suministra energía eléctrica a las cargas.
- Receptores: Transforman la energía eléctrica en otras formas de energía.
- Conductores de conexión: Permiten el flujo de la corriente entre los diferentes elementos del circuito.
El sentido real de la corriente es el movimiento de electrones, del polo negativo al positivo. Sin embargo, se ha adoptado el sentido convencional de la corriente, que es contrario al sentido real, del positivo al negativo.
La diferencia de potencial
Si dos puntos igualan su potencial eléctrico, la corriente cesa. Se necesitaría un generador eléctrico que mantenga la diferencia de potencial eléctrico entre los puntos.
La diferencia de potencial entre dos puntos, V, es la energía, E, necesaria para desplazar la unidad de carga eléctrica positiva desde un punto hasta el otro. Se denomina tensión o voltaje, y se mide en voltios (V).
V=E/q
Voltímetros: Aparatos que miden la diferencia de potencial entre dos puntos de un circuito. Se deben conectar en paralelo a los puntos cuya diferencia de potencial se quiera medir.
La intensidad de la corriente eléctrica
Por la sección de un conductor puede circular una cantidad mayor o menor de carga eléctrica en un tiempo dado. Esta cantidad se mide mediante la intensidad de la corriente eléctrica.
Intensidad de la corriente eléctrica (I): Cantidad de carga, q, que atraviesa la sección de un conductor en la unidad de tiempo.
I=q/t
Se mide en Amperios (A). Un amperio es la intensidad de la corriente eléctrica producida cuando pasa por la sección de un conductor una carga de 1 culombio en 1 segundo.
Amperímetros: Aparatos que miden la intensidad de corriente eléctrica que pasa por un punto de un circuito. Los amperímetros se conectan en serie con los aparatos o conductores en los que se quiera medir el valor de la intensidad de corriente.
La ley de Ohm: Resistencia eléctrica
La intensidad de la corriente eléctrica que circula por un conductor es directamente proporcional a la diferencia de potencial aplicada a sus extremos. Por tanto: V/I=cte.
V/I= R
La unidad de resistencia es el ohmio (Ω). Un ohmio es la resistencia eléctrica de un conductor por el que circula una intensidad de corriente de 1 amperio, cuando se aplica en sus extremos una diferencia de potencial de 1 V.
Resistencia eléctrica de un conductor
La resistencia eléctrica de un conductor es la dificultad que encuentran los electrones en su movimiento al atravesarlo. Los factores de los que depende la resistencia son:
- Longitud (L): Cuanto más largo sea el conductor, mayor será su resistencia.
- Sección (S): Cuanto más fino sea el conductor, mayor será su resistencia.
- Material del que esté fabricado: Cada material tiene una resistividad propia.
R= ρ L/S
Donde ρ es la constante de resistividad. Su unidad es Ωm.
Asociación de resistencias
Para calcular la resistencia equivalente a una asociación de resistencias, se tienen en cuenta dos tipos de conexiones:
En serie
Las resistencias se sitúan una detrás de la otra, por lo que la corriente que circula por ellas es la misma. En este caso:
V= Req x I= V1+V2 → Req= R1+R2 → Req x I= R1x I+ R2x I
La resistencia equivalente a dos resistencias conectadas en serie es la suma de las dos resistencias.
En paralelo
Las resistencias tienen sus extremos conectados a los mismos puntos del circuito. En este caso:
I= I1+I2= V/Req , 1/Req=1/R1+1/R2
La inversa de la resistencia equivalente a una asociación de resistencias en paralelo es igual a la suma de las inversas de las resistencias asociadas.
Energía y potencia eléctricas
No toda la energía eléctrica suministrada por el generador se transforma en otras formas de energía en los receptores; parte de ella se disipa en forma de calor.
Principio de conservación de la energía
La energía suministrada por el generador es igual a la suma de la energía transformada en cada receptor más la energía disipada en forma de calor.
Ley de Joule
La ley de Joule describe la disipación de energía en forma de calor en conductores y dispositivos eléctricos.
La energía eléctrica disipada mediante calor en una resistencia es directamente proporcional al valor de la resistencia, al cuadrado de la intensidad que la recorre y al tiempo de paso de la corriente.
Energía= RI2t=VIt ( R= I2Rt) ( E(suministrada por el generador) = ( VA-Vb) q) (diferencia de potencial: RI= Va-Vb)
La unidad de energía es el Julio (J).
Aplicaciones de la ley de Joule
El efecto Joule tiene aplicaciones útiles, como en calentadores eléctricos, lámparas de incandescencia y fusibles. Sin embargo, también tiene consecuencias negativas desde el punto de vista económico y ambiental, ya que se producen importantes pérdidas de energía eléctrica por disipación calorífica en los conductores, en las líneas de transmisión y en todos los dispositivos eléctricos.
Potencia eléctrica
La potencia eléctrica consumida por un dispositivo eléctrico se calcula multiplicando la diferencia de potencial por la intensidad.
P=VI=V2/R=I2R
La unidad de medida de la potencia es el Vatio (W). Un vatio es la potencia que se consume cuando circula por un dispositivo una corriente de 1 amperio conectado a una diferencia de potencial de 1 voltio.
La energía también se mide habitualmente en kilovatios-hora (kWh).
1kWh= 3,6 x106 J.