CORRIENTE, RESISTENCIA Y FUERZA
ELECTROMOTRIZ
SALOMON POLANCO
¿QUÉ ES LA CORRIENTE ELÉCTRICA?
De forma general, la corriente eléctrica es el flujo neto de carga eléctrica que circula de forma ordenada por un
medio material conductor. Dicho medio material puede ser sólido, líquido o gaseoso y las cargas son transportadas
por el movimiento de electrones o iones. Mas concretamente:
En los sólidos se mueven los electrones.
En los líquidos los iones.
Y en los gases, los iones o electrones.
Aunque esto es así, el caso más general de corriente eléctrica es el que se produce por el movimiento de los
electrones dentro de un conductor, así que suele reservarse este término para este caso en concreto.
¿QUÉ ES LA CORRIENTE ELÉCTRICA?
La corriente eléctrica es el flujo de electrones entre dos puntos de un conductor que se encuentran a distinto
potencial eléctrico.
Tal y como estudiamos en el apartado del movimiento de cargas en el seno de un campo eléctrico, los electrones se
mueven desde zonas de menor potencial eléctrico a mayor potencial eléctrico. A medida que los electrones se
desplazan, el potencial en ambas zonas tiende a igualarse y poco a poco el movimiento de los electrones se detiene.
Por esta razón, si deseamos mantener una corriente eléctrica constante es necesario hacer uso de un dispositivo que
permita una diferencia de potencial o tensión constante denominado generador de corriente.
¿QUÉ ES LA CORRIENTE ELÉCTRICA?
Tipos de corriente Eléctrica
Dependiendo de la temporalidad del sentido de la corriente eléctrica podemos distinguir dos tipos:
Corriente continua (C.C.). El flujo de electrones se produce siempre en el mismo sentido.
Corriente alterna (C.A.). El sentido de circulación de los electrones cambia de forma periódica.
Efectos de la Corriente Eléctrica
De forma general, la corriente eléctrica produce tres tipos de efectos:
Efectos caloríficos. Cuando circula una corriente eléctrica por un conductor, este aumenta su temperatura. Este
efecto es utilizado en estufas, hornillos, etc.
Efectos químicos. Si la corriente eléctrica circula por un conductor iónico, dicha corriente es capaz de producir un
cambio químico en él. Este efecto es utilizado en la electrólisis.
Efectos magnéticos. El paso de la corriente eléctrica a través de un conductor crea un campo magnético similar al
que produce un imán. Este efecto es el fundamento de motores eléctricos, dispositivos de televisión, radio,
amperímetros, voltímetros, etc.
CORRIENTE ELÉCTRICA
Flujo de cargas eléctricas que por unidad de tiempo atraviesan un área transversal
SENTIDO DE LA CORRIENTE
Para indicar el sentido del flujo de carga se utiliza el signo de la intensidad de corriente
Se asigna signo positivo al sentido de flujo de las cargas positivas
¿y si los portadores llevan carga negativa?
Conductores metálicos: los electrones son las cargas en movimiento y, por tanto, el sentido de la corriente es el
contrario al del movimiento de los electrones
CORRIENTE EN METALES
En ausencia de campo eléctrico los electrones se mueven al azar por agitación térmica con una velocidad del orden
de 106 m/s
En esta situación no hay, por tanto, corriente neta
Cuando aplicamos un campo eléctrico:
Aceleración inicial en sentido opuesto al campo
choques con los iones fijos de la red metálica
La consecuencia es una velocidad adicional promedio en el sentido opuesto al campo
Esta velocidad adicional recibe varios nombres: velocidad de desplazamiento o velocidad de deriva o velocidad de
arrastre
RELACIÓN
ENTRE I Y LA
VELOCIDAD
DE DERIVA
DENSIDAD DE CORRIENTE
Se define la densidad de corriente como la intensidad por unidad de área transversal al movimiento de los
portadores
En general es una magnitud vectorial
La I que atraviesa una superficie es el flujo de 𝐽Ԧ
RESISTENCIA DE UN CONDUCTOR
Todos los conductores eléctricos se oponen al paso de la corriente eléctrica en mayor o menor medida. Esto es
debido a que los portadores de carga (electrones o iones) se encuentran con ciertas dificultades para desplazarse
dentro del material del que forman parte. Esta oposición se denomina resistencia eléctrica de un conductor.
De forma experimental se puede demostrar que la resistencia eléctrica de un conductor depende de
El material del que está compuesto.
La temperatura a la que se encuentra. Cuanto mayor es la temperatura mayor es su resistencia eléctrica
Su longitud. La resistencia aumenta proporcionalmente a la longitud del conductor.
Su sección. La resistencia disminuye proporcionalmente a la sección transversal del conductor.
RESISTENCIA DE UN CONDUCTOR
Se denomina resistencia eléctrica de un conductor a la oposición que ofrece dicho conductor al paso de la corriente
eléctrica. Matemáticamente:
Donde:
R es la resistencia eléctrica. Su unidad de medida en el Sistema Internacional (S.I.) es el ohmio (Ω).
ρ es la resistividad del material. Su unidad de medida en el S.I. es el ohmio por metro (Ω· m)
l es la longitud del conductor. Su unidad de medida en el S.I es el metro (m)
S es la sección del conductor. Su unidad de medida en el S.I es el metro al cuadrado (m^2)
CONDUCTANCIA
Si la resistencia nos da idea de lo difícil que es para un conductor conducir la electricidad, la conductancia
nos permite medir su facilidad de conducción.
Denominamos conductancia (G) a la inversa de la resistencia.
Su unidad de medida en el Sistema Internacional (S.I.) es el siemens (S=Ω-1)
RESISTIVIDAD
La resistividad es una magnitud propia de cualquier material que depende directamente de su naturaleza y de su
temperatura. Matemáticamente se puede obtener a partir de la temperatura del material por medio de la
siguiente expresión:
Donde:
ρ0 es la resistividad a la temperatura ambiente, normalmente 20ºC. Su unidad en el S.I. es el ohmio por metro, Ω
·m
α es un coeficiente propio de cada material, y nos da una idea de lo sensible que es la resistividad del material a
los cambios de temperatura. Normalmente se mide en ºC-1
ΔT es la diferencia de temperatura considerada (Tf o temperatura final) con respecto a la temperatura ambiente
(Tamb), es decir ΔT = Tf - Tamb. Como normalmente la temperatura ambiente es de 20º C, nos quedaría ΔT = Tf - 20
RESISTIVIDAD
Como puedes ver, la resistividad de un material no depende de si tienes un conductor con mayor o menor sección, o
con mayor o menor longitud, al contrario de lo que sucedía con la resistencia.
Nota: Es interesante que nos paremos a reflexionar un momento sobre las unidades de la resistividad. Podemos
deducirlas despejándolas de la ecuación de la propia resistencia, sabiendo que esta se mide en ohmios. Si
sustituimos cada magnitud por su unidad en el Sistema Internacional, nos queda:
Ahora, observa que no es habitual tener la sección de un conductor en metros cuadrados, con lo que otra unidad
muy utilizada para la resistividad es Ω·mm2/m. En este caso, para usarla directamente sobre la ecuación de la
resistencia, pondremos la longitud en metros, y la sección em milímetros al cuadrado (mm2).
RESISTENCIAS EN CIRCUITOS ELÉCTRICOS
Todos los conductores ofrecen una resistencia al paso
de la corriente eléctrica, aunque como hemos visto,
unos más que otros. En ocasiones, es interesante
introducir en los circuitos eléctricos unos dispositivos
llamados resistencias cuya única misión es oponerse al
paso de la corriente eléctrica con el fin , entre otras
cosas, de disminuir la intensidad de corriente que
circula por una determinada sección del circuito.
Normalmente se emplea carbono en su fabricación y
el valor de su resistencia R en ohmios viene expresado
por medio de un código de colores.
TABLA DE
CODIGO DE
COLORES DE
RESISTENCIA
ENERGÍA EN EL PROCESO DE CONDUCCIÓN: EFECTO JOULE
Cuando los portadores se desplazan por el interior del conductor disminuye su energía
potencial
Las colisiones con los iones reticulares causan que en estado estacionario los portadores
viajen con una velocidad de deriva constante → no hay cambio de energía cinética de los
portadores
¿Dónde va entonces la energía potencial que pierden los portadores?
Respuesta: se acumula en forma de energía interna del material → aumento de
temperatura
POTENCIA DISIPADA POR EFECTO JOULE
Consideramos un segmento de alambre que transporta una corriente estacionaria
Q es la carga libre en un segmento L
Cuando transcurre un tiempo ∆t la carga se desplaza un poco hacia la derecha
Disminución de energía potencial: equivale a que un ∆Q se desplace del extremo
izquierdo al derecho:
Potencia perdida por la carga Q:
Por tanto, la potencia disipada por efecto Joule es
POTENCIA DISIPADA POR EFECTO JOULE
La potencia disipada es el producto de la disminución de energía potencial por unidad de carga (V ) por
el flujo de carga por unidad de tiempo (I)
Esto puede aplicarse a cualquier dispositivo de un circuito
En un conductor de resistencia R podemos utilizar V=IR para escribir:
FEM Y BATERÍAS
Para mantener una corriente en un conductor es necesario suministrar energía eléctrica
Fuente de fem (fuerza electromotriz). Ejemplos:
Pila: Energía química
energía eléctrica
Generador: energía mecánica
energía eléctrica
FUENTE DE FEM
Modelamos un hilo de corriente como una resistencia
Cuando la carga recorre la R su energía potencial electrostática baja (porque pasa a un potencial menor)
Para cerrar el circuito hace falta un dispositivo que pase la carga de Vd a Vc
Le suministra energía potencial electrostática
FUENTE DE FEM
Fem (fuerza electromotriz) = trabajo por unidad de carga que realiza la fuente
No es una fuerza: sus unidades son voltios (V)
Se suele usar el símbolo ε
BATERÍA IDEAL
En una batería ideal el trabajo por unidad de carga coincide con el necesario para elevar el potencial
de la carga:
Es decir, la fem es igual a la diferencia de potencial entre los bornes de la batería
BATERIA REAL
Cuando se mide ΔV entre los bornes de una batería se comprueba que
decrece linealmente con I:
Parte de la energía que suministra una batería real se disipa en su
resistencia interna (r)
RESUMEN
La corriente eléctrica se define como el flujo de carga que por unidad de tiempo atraviesa la unidad de área transversal
En metales los portadores son electrones, que bajo condiciones de corriente estacionaria, se mueven con una velocidad de deriva constante.
La velocidad de deriva toma típicamente valores del orden de centímetros ó decenas de centímetros por hora
La densidad de corriente es un campo vectorial cuyo flujo a través de una determinada superficie nos da la intensidad de corriente que la
atraviesa
La resistencia eléctrica de un hilo conductor se define como el cociente entre la diferencia de potencial entre sus extremos y la intensidad
que lo atraviesa
La resistencia de un conductor óhmico no depende del voltaje aplicado, pero suele variar con la temperatura de forma aproximadamente
lineal
El aumento de temperatura que experimenta un material conductor cuando transporta una corriente se denomina efecto Joule
La potencia disipada por efecto Joule es: P=IV
Una fuente de fem es el dispositivo que suministra la energía que es necesaria para mantener una corriente estacionaria en un conductor
La fem (ε) se mide en voltios y es el trabajo por unidad de carga realizado por la fuente de fem
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