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ELECTROCINETICA
CORRIENTE ELÉCTRICA
Corriente eléctrica = Flujo neto de cargas ● En cables conductores ● Haz de iones de un acelerador ● Electrones en los monitores Tipos de corriente :
- Corriente continua c.c. no cambia la dirección de la corriente
- Corriente alterna c.a. cambia la dirección de la corriente CORRIENTE ELÉCTRICA (I) Flujo de cargas eléctricas que, por unidad de tiempo pasan por una sección transversal. Su unidad es el Amperio= Culombio/segundo. Sentido de la corriente es el del movimiento de las cargas positivas Las cargas se mueven perpendicularmente a la superficie 🛆S. En un cable metálico de sección S, si pasan por dicha superficie Q cargas en un tiempo 🛆t. La corriente en el hilo conductor tiene como intensidad I = Modelo que relaciona corriente macroscópica con partículas cargadas V del electrón es del orden de 10^6 ms- Dirección al azar Origen térmico v del electrón adquiere una pequeña velocidad adicional en sentido opuesto al campo
desplazamiento=arrastre Un conductor con: n portadores de carga por unidad de volumen (densidad numérica de portadores) q carga de cada portador vd velocidad de desplazamiento de los portadores. La corriente en este conductor será la carga total contenida en el volumen sombreado dividido por 🛆t. DENSIDAD DE CORRIENTE El concepto de intensidad es útil cuando se puede despreciar la sección del conductor, y aproximarlo por un hilo fino. Sin embargo en el caso que se estudien los efectos de la corriente en puntos cercanos, la forma del conductor (su sección) juega un papel relevante. Se define la densidad de corriente como un vector que en cada punto del conductor tiene la dirección y sentido del movimiento de las cargas positivas y cuyo módulo es igual a la cantidad de carga que atraviesa la unidad de superficie normal a la velocidad por unidad de tiempo. ←vector unitario perpendicular a dicho elemento de superficie (es decir, paralelo al movimiento de las cargas) ↑ Elemento de superficie normal al movimiento de las cargas Flujo del vector densidad de corriente a través de la superficie S Si tomamos una sección normal al movimiento de las cargas, y si J es uniforme a lo largo de dicha sección del conductor, la expresión anterior la podemos escribir como Integrales La definición de una integral consta de tres elementos: A es el dominio de integración, que es el intervalo de la variable w - escalar o vectorial- donde la integral esta definida. f(w) es una función -escalar o vectorial- definida en el dominio A, que hace corresponder a cada valor de w un valor dado. La definición de integral operacionalmente implica los siguientes pasos:
La carga que entra en una superficie cerrada, sale, o sino el medio cambia su densidad de carga. El término divJ representa la variación de la carga -por unidad de tiempo debida a la corriente. El otro término representa la variación local de densidad de carga. Eso indica que si toda la carga que entra en un punto no sale, se produce una variación de la densidad en ese punto. Para que esto ocurra ha de existir en ese punto un “condensador”, algo que permita acumular o liberar carga. En la mayoría de casos eso no ocurre, ya que la corriente no cambia la densidad de carga del conductor. En este caso la ecuación de continuidad se escribe simplemente: y las corrientes se llaman estacionarias. Sin embargo el término de la derivada de la densidad de carga juega un papel importante en las ecuaciones de Maxwell, donde aparece como corriente de desplazamiento. LEY DE OHM: CONDUCTIVIDAD Experimentalmente se comprueba que en la mayoría de los medios, a temperatura constante la densidad de corriente es proporcional al campo eléctrico aplicado: donde σ es la conductividad, una constante característica del medio. Normalmente se utiliza la resistividad ρ, que es el inverso de la conductividad: sus unidades son Ωm La conductividad mide la facilidad con que un campo eléctrico induce una corriente en un medio: en un medio perfectamente conductor sería infinita, mientras que en un aislante ideal sería cero. Un Ohm es la resistencia de un conductor que al aplicarle una diferencia de potencial de un voltio circula una corriente de un Amperio. Los multiplos y submultiplos de Ohm son: RESISTENCIA. LEY DE OHM EN UN CIRCUITO ELÉCTRICO Si consideramos un elemento pequeño de un conductor de longitud ΔL, y sección S: Aplicando la ley de Ohm I=σES, donde hemos supuesto que E es constante en el interior del conductor. R es la resistencia eléctrica del hilo su unidad es el Ohmio Ω. Aunque se ha demostrado la ley para un hilo de sección constante, se puede generalizar para conductores de geometría arbitraria.
Este resultado muestra que las magnitudes de velocidad de arrastre representativas son muy pequeñas. Por ejemplo, los electrones que viajan con una rapidez de 2.23 x 10-4 m/s tardarían aproximadamente 75 min en recorrer 1 m. Por lo tanto, puede preguntarse por qué una luz se enciende casi instantáneamente cuando se
La energía perdida por unidad de tiempo se llama potencia disipada P Para un conductor cuya resistencia es R : Analogía mecánica de un circuito eléctrico:
