Corriente eléctrica – Part 1

Hubo un tiempo en que no había dispositivos electrónicos disponibles, dispositivos como laptop, celulares, incluso hubo un tiempo en que los humanos no tenían ventilador para tapar el calor, luz en la casa para ver en la oscuridad, pero en la actualidad, la gente tener todo esto al alcance de la mano, todo esto fue posible gracias a un invento: la «Electricidad». La electricidad es el flujo de cargas eléctricas cuando hay una diferencia de potencial disponible en los extremos del cable. No será incorrecto decir que los humanos dependen principalmente de la electricidad no solo para una vida fácil, sino que se ha convertido en una forma de vida. Desde cohetes hasta trenes, fábricas y nuestros electrodomésticos, todo funciona con electricidad.

¿Qué es la corriente eléctrica?

El flujo de cargas eléctricas se conoce como corriente eléctrica. Anteriormente, cuando no se descubrieron los electrones, se dijo que la corriente eléctrica es el flujo de cargas positivas. El flujo de corriente y la corriente en sí se genera debido al movimiento de cargas negativas (electrones), los electrones fluyen desde el terminal negativo al terminal positivo . (de menor a mayor potencial) que se conoce como flujo de electrones, mientras que la corriente fluye de terminal positivo a terminal negativo (de mayor a menor potencial), que también se conoce como flujo de corriente convencional.

La mejor manera de imaginar el flujo de corriente en un circuito es imaginando el flujo de líquido dentro de una tubería desde un punto más alto hacia un punto más bajo, el líquido representa la corriente, la diferencia en las alturas del extremo de la tubería representa la diferencia de potencial que causa la corriente a fluir si la tubería está torcida en algún punto el flujo del líquido se ralentizará, eso representa la resistencia que ofrece el conductor que reduce la corriente.

Fórmula para corriente eléctrica 

La corriente eléctrica se puede representar como la tasa de flujo de la carga eléctrica (q). La carga eléctrica se incluye en unidades básicas como masa, longitud, etc. La unidad de carga eléctrica es Coulomb y, por lo tanto, la unidad de corriente eléctrica se convierte en Coulomb/seg.

yo = q/t

Unidad de Corriente Eléctrica

La Unidad de Corriente eléctrica es el Amperio (A) o Culombio/segundo.

Fuerza electromotriz 

Normalmente, en un conductor, los electrones están presentes y no están estacionarios, siguen moviéndose en direcciones aleatorias y, debido a su aleatoriedad, el desplazamiento total de todos los electrones se vuelve cero y, por lo tanto, no se produce corriente. Para producir corriente, se requiere alguna fuerza externa para alinear los electrones en una dirección y hacer que se muevan en esa dirección, la fuerza externa se conoce como fuerza electromotriz y también es famosa como EMF. No es más que el voltaje aplicado para producir corriente.

Propiedades de la corriente eléctrica

• La corriente se debe al flujo de electrones en el circuito.
• La corriente eléctrica se puede clasificar como CA y CC por naturaleza, donde CC es la corriente continua que fluye en una sola dirección, CC se usa en aplicaciones de bajo voltaje, aplicaciones aeronáuticas, etc. La CA se conoce como corriente alterna y fluye en ambos sentidos alternativamente, AC es la corriente que entra en nuestras casas y los electrodomésticos funcionan con AC.
• La corriente eléctrica en un circuito se puede controlar introduciendo resistencia al circuito.
• La unidad de corriente eléctrica es el Amperio (A). 1 amperio se puede definir como el flujo de 1 culombio de carga en 1 segundo.
• La corriente eléctrica fluye desde el potencial más alto al potencial más bajo en un circuito (desde el terminal positivo al terminal negativo), también conocida como dirección de flujo de corriente convencional.

Ley de Ohm

El físico alemán Georg Simon Ohm afirmó que la corriente que fluye en un cable es directamente proporcional a la caída de voltaje a través de él. De acuerdo con la Ley de Ohm, la corriente que fluye a través de un cable es directamente proporcional al voltaje aplicado en los extremos del cable, siempre que la temperatura y la conductividad permanezcan iguales.

Al quitar el signo de proporcionalidad, se introduce una constante de proporcionalidad conocida como Resistencia.

v ∝ yo

V = RI

V= Voltaje en los extremos del conductor

R= Resistencia que ofrece el conductor

I = Corriente a través del cable.

Efecto de la corriente eléctrica

Hay diferentes efectos que se pueden notar debido al flujo de corriente eléctrica en un alambre, por ejemplo, cuando la corriente pasa a través de una resistencia, la resistencia tiene una propiedad de resistir que no deja pasar toda la corriente pero como la energía tampoco puede ser creado ni destruido, se convierte en energía térmica y se libera en forma de calor, este efecto se denomina efecto de calentamiento de la corriente. De manera similar, tenemos los efectos magnéticos y químicos de la corriente eléctrica.

Efecto químico de la corriente eléctrica

Cuando la corriente eléctrica pasa a través de un conductor de naturaleza, la solución se rompe en sus respectivos iones y los efectos se ven visiblemente. Los principales efectos que son prominentes,

• El color de la solución puede cambiar.
• Puede verse la deposición de metal en los electrodos.
• Puede haber formación de burbujas de gas en los electrodos.

Efecto magnético de la corriente eléctrica

La corriente eléctrica no es más que el movimiento de los electrones, y se sabe que cuando las cargas están estacionarias, crean un campo eléctrico, pero cuando las cargas están en movimiento, crean un campo magnético. Cuando se pasa corriente a través de un alambre y se coloca allí una lámina metálica con una aguja, la aguja se desviará debido a la presencia de un campo magnético que es producido por la corriente eléctrica. Una de las mayores aplicaciones del efecto magnético de la corriente eléctrica son los electroimanes, se forman con la ayuda del paso de corriente.

Efecto de calentamiento de la corriente eléctrica

Cuando la corriente fluye en un conductor, se produce y libera energía térmica del conductor y la cantidad del efecto depende de la resistencia que ofrece el conductor. Si el conductor tiene que ofrecer una alta resistencia, simplemente significa que no permitirá que fluya la mayor parte de la corriente, pero debido a la conservación de la energía (la energía no puede crearse ni destruirse), la corriente que no podría pasar se convierte en calor y el fenómeno se conoce como efecto de calentamiento de la corriente. La fórmula para la energía térmica está dada por,

H = I ² RT

Donde, H= Energía calorífica liberada

I = corriente que fluye en el conductor

R= Resistencia que ofrece el conductor

T= Tiempo durante el cual la corriente estuvo circulando por el conductor.

Las aplicaciones del efecto de calentamiento de la corriente incluyen planchas eléctricas, calentadores eléctricos, lámparas de filamento, hervidores eléctricos, etc.

Problemas de muestra

Pregunta 1: En un conductor, fluyen 10 Coulombs de carga durante 5 segundos, determine la corriente producida.

Solución:

La corriente en un circuito está dada por,

yo = q/t

I = 10/5 Amperios

yo = 2 amperios

Por lo tanto, 2 amperios de corriente fluyen en el circuito.

Pregunta 2: Responda las preguntas dadas,

1. ¿Qué material es mejor conductor de la electricidad, el hierro o el silicio?

2. ¿Cuál es el mejor conductor de electricidad? 

Responder: 

1. El hierro es un mejor conductor de electricidad, mientras que el silicio es un semiconductor.

2. Se sabe que la plata es el mejor conductor de la electricidad.

Pregunta 3: En el circuito que se muestra a continuación, encuentre la corriente que fluye a través del circuito.

Solución:

En la figura proporcionada, es claro que hay dos resistencias y están en serie. Cuando dos o más de dos resistencias se conectan en serie en un circuito, la resistencia general se vuelve igual a la suma de las resistencias individuales presentes en el circuito.

R = R ₁ + R ₂

R = 2+ 2

R = 4 ohmios

De la ley de Ohm, 

V = IR

Yo = V/R

yo = 20/4

yo= 5 amperios 

Pregunta 4: ¿Por qué la plata no se usa más a menudo como conductor en el uso diario?

Responder:

Se sabe que la plata es el mejor conductor de la electricidad, pero aún no se prefiere su uso diario como conductor debido a su falta de disponibilidad y al hecho de que la plata es muy costosa. En su lugar, se utilizan conductores como el cobre que están fácilmente disponibles.

Pregunta 5: ¿Cuál es la energía térmica producida cuando 2 amperios de corriente fluyen en un circuito durante 5 segundos con una resistencia total en el circuito de 4 ohmios?

Solución:

La energía térmica producida está dada por,

H= I ² RT

H= (2) ² × 4 × 5

alto= 16 × 5

H= 80 Julios

Por lo tanto, se producen 80 julios en el circuito.