Una característica peculiar de las cargas eléctricas o electricidad es el hecho de que es móvil, puede ser trasferida de un lugar a otro, donde puede ser convertida en otra forma de energía.
Cuando un alambre conductor (integrado por varios átomos) se conecta a una batería (Una fuerza electro motriz), las cargas son obligadas a moverse; las cargas positivas se mueven en una dirección opuesta. Este movimiento de cargas crea corriente eléctrica. Por convención, según (IEEE), se considera el flujo de corriente como el movimiento de cargas positivas. Esto es, opuesto al flujo de cargas negativas. Como se muestra en la imagen a continuación.
Esta convención la introdujo Benjamín Franklin (1706-1790), el científico inventor e estadounidense. Aunque ahora se sabe que la corriente en conductores metálicos se debe a electrones cargados negativamente, en muchos textos se sigue la convención universalmente aceptada de que la corriente es el flujo de carga positivas, Así.
El matemático y físico francés Andrè-Marie Ampére (1775-1836), sentó las bases de la electrodinámica. Definió la corriente eléctrica y desarrollo una manera de medirla en la secada de 1829.
Corriente eléctrica es la velocidad de cambio de la carga respecto al tiempo, medida en (A).
Matemáticamente, corriente se puede definir como:
Donde la corriente se mide de Amperes (A), y 1 Ampere = 1 Coulomb/segundo.
Cuando las cargas eléctricas circulan por un material conductor, se producen diversos Efectos de la corriente eléctrica, con la palabra efectos se refiera a la trasformación de energía eléctrica en otras energías, los efectos que se producen son:
Efecto Joule o Calorífico
Efecto electromagnético y mecánico.
Efecto luminoso.
Efecto químico.
Efecto electromagnético y mecánico.
Efecto luminoso.
Efecto químico.
Pueden haber dos tipos de corrientes. es decir la carga puede varias en el tiempo de diferentes maneras:
Corriente Directa o Continua (DC) es una corriente que permanece constante en el tiempo. se denota por la lera I. Cabe destacar que es errónea la identificación de la corriente continua con la corriente constante (ninguna lo es, ni siquiera la suministrada por una batería). Es continua toda corriente cuyo sentido de circulación es siempre el mismo, independientemente de su valor absoluto.
Corriente Alterna (AC) es una corriente que varia senoidalmente en el tiempo. se denota por la letra i. Esta es la que se emplea en los hogares, para accionar el acondicionador de aire, refrigerador, lavadora entre otros.
Tensión: (V)
Para mover el electrón en un conductor en una dirección particular es necesario que se trasfiera cierto trabajo o energía. Este trabajo lo lleva a cabo una fuerza electromotriz Externa (fem), habitualmente representada por la bateria. Esta fem tambien se conoce como tension o diferencia de potencial.
Donde w es la energía en joules (J) y q es la carga en coulomb (C)
En el vídeo a continuación se habla brevemente sobre la electricidad y sus efectos químicos, caloríficos, magnéticos y motor.
En el vídeo a continuación se habla brevemente sobre la electricidad y sus efectos químicos, caloríficos, magnéticos y motor.
Efecto Joule o calorífico:
La potencia P disipada en un conductor es igual a la diferencia de potencial V a la que está sometido multiplicada por la intensidad de corriente I que lo atraviesa. La energía desarrollada E es el producto de la potencia P por el tiempo t transcurrido, luego la energía E es el producto de la tensión V por la intensidad I y por el tiempo t.
Si a esta expresión añadimos la Ley de Ohm tendremos:
Resistencia de un conductor:
El conductor es el encargado de unir eléctricamente cada uno de los componentes de un circuito. Dado que tiene resistencia óhmica, puede ser considerado como otro componente más con características similares a las de la resistencia eléctrica.
De este modo, la resistencia de un conductor eléctrico es la medida de la oposición que presenta al movimiento de los electrones en su seno, es decir la oposición que presenta al paso de la corriente eléctrica. Generalmente su valor es muy pequeño y por ello se suele despreciar, esto es, se considera que su resistencia es nula (conductor ideal), pero habrá casos particulares en los que se deberá tener en cuenta su resistencia (conductor real).
La resistencia de un conductor depende de la longitud del mismo (
) en m, de su sección (
) en m², del tipo de material y de la temperatura. Si consideramos la temperatura constante (20 º C), la resistencia viene dada por la siguiente expresión:
) en m, de su sección () en m², del tipo de material y de la temperatura. Si consideramos la temperatura constante (20 º C), la resistencia viene dada por la siguiente expresión:
en la que 
es la resistividad (una característica propia de cada material).
es la resistividad (una característica propia de cada material).
La variación de la temperatura produce una variación en la resistencia. En la mayoría de los metales aumenta su resistencia al aumentar la temperatura, por el contrario, en otros elementos, como el carbono o el germanio la resistencia disminuye.
Como ya se comentó, en algunos materiales la resistencia llega a desaparecer cuando la temperatura baja lo suficiente. En este caso se habla de superconductores.
Experimentalmente se comprueba que para temperaturas no muy elevadas, la resistencia a cierta temperatura (
), viene dada por la expresión:
), viene dada por la expresión:
donde
= Resistencia de referencia a la temperatura 
.
= Coeficiente de temperatura. Para el cobre 
.- = Temperatura de referencia en la cual se conoce .
Efecto Electromagnético, inductor y motor:
El primer descubrimiento de que las corrientes producen campos magnéticos lo observo Hans Chirstian Oersted en 1820. observo que, cuando se coloca una brújula cerca de un alambre recto recto por el pasa una corriente, la aguja se alinea siempre perpendicularmente al alambre (Despreciando la influencia del campo magnético de la tierra sobre la brújula). Este fue el primer vinculo experimentan entre la electricidad y el magnetismo y proporciono el comienzo del desarrollo de una teoría formal del electromagnetismo. en términos modernos, analizamos el experimento de oersted diciendo que la corriente en el alambre crea un campo magnético, que ejerce un momento de torsión sobre la aguja de la brújula y alinea con el campo magnético
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| La Dirección de la aguja de la brújula es siempre perpendicular a la dirección de la corriente |
Los campos magnéticos son producidos por corrientes eléctricas, las cuales pueden ser corrientes macroscópicas en cables, o corrientes microscópicas asociadas con los electrones en órbitas atómicas. El campo magnético B se define en función de la fuerza ejercida sobre las cargas móviles en la ley de la fuerza de Lorentz. La interacción del campo magnético con las cargas, nos conduce a numerosas aplicaciones prácticas. Las fuentes de campos magnéticos son esencialmente de naturaleza dipolar, teniendo un polo norte y un polo sur magnéticos.
Matemáticamente: (un campo magnético creado por una carga puntual en movimiento).
Cuando una carga q se mueve con una cierta velocidad, como se muestra en la siguiente figura, crea un campo magnético en todo el espacio.
Dicho campo viene dado por la expresión:
Donde,
- q es la carga creadora del campo
- v es la velocidad de dicha carga
- r es la distancia desde el punto donde se encuentra la carga hasta el punto
- P donde se está calculando el campo
- Ur es un vector unitario que va desde el punto donde se encuentra la carga hacia el punto donde se calcula el campo
- μ0 es una constante denominada permeabilidad del espacio libre. Su valor en el Sistema Internacional es μ0 = 4π 10-7 T m/A
La dirección y el sentido del campo B vienen dados por la regla de la mano derecha, y su módulo es el módulo del producto vectorial:
Fuerza de Lorenz:
Si tanto un campo E como un campo magnetico B actua sobre una particula, la fuerza total sobre ella puede expresarse como:
F=qE + qv * B
Esta fuerza se llama Fuerza de lorenz. La fuerza de Lorenz no es una clase nueva de fuerza simplemente es la sumatoria de las fuerzas eléctricas ( qE) y magnéticas (qv * B) que pueden actuar simultáneamente sobre una partícula cargada. La parte eléctrica esta fuerza actúa sobre cualquier partícula cargada, ya sea que este en reposo o en movimiento; la parte magnética actúa únicamente sobre partículas cargadas en movimiento.
Ley de inducción de faraday:
Si tanto un campo E como un campo magnetico B actua sobre una particula, la fuerza total sobre ella puede expresarse como:
F=qE + qv * B
Esta fuerza se llama Fuerza de lorenz. La fuerza de Lorenz no es una clase nueva de fuerza simplemente es la sumatoria de las fuerzas eléctricas ( qE) y magnéticas (qv * B) que pueden actuar simultáneamente sobre una partícula cargada. La parte eléctrica esta fuerza actúa sobre cualquier partícula cargada, ya sea que este en reposo o en movimiento; la parte magnética actúa únicamente sobre partículas cargadas en movimiento.
Ley de inducción de faraday:
En la figura 1, se muestra una bobina de alambre como parte de un circuito que contiene el un amperimetro. normalmente, si desplazamos un imán de barra hacia la bobina, con su polo norte encarando a la bobina, ocurre un fenómeno notable. Al mover el imán, el indicador del amperimetro se mueve, demostrando con ello que pasa corriente por la bobina. si mantenemos el imán estacionario con respecto a la bobina, el amperimetro no marca. Si movemos el imán alejándose de la bobina, el medido muestra de nuevo una desviación, pero ahora en direccion opuesta, lo cual significa que a corriente en la bobina circula en direccion opuesta. cuando mas se mueva el imán mayor cera la lectura.
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| Figura 1 |
Mtematicamente: La fem inducida en un circuito es igual al negativo de la velocidad con que cambia con el tiempo el flujo magnético a través de circuito:
Ley de lenz:
La regla para determinar la direccion de la corriente inducida fue propuesta en 1834 por Henrich Friedrich Lenz (1804-1865) y se conoce como la ley de lenz:
En un circuito conductor cerrado, la corriente inducida aparece en una direccion tal que ésta se opone al cambio que la produce.
El signo menos de la ley de Faraday indica la oposición.
La ley de Lenz se refiere a corrientes inducidas, lo cual significa que solo se aplica a circuitos conductores y cerrados, y gracias a la corriente se puede determinar la direccion de la fem inducida.
En la figura 2, se muestra el polo norte de un imán y una sección trasversal de un anillo conductor cercano. Al empujar al imán hacia el anillo (o al anillo hacia el imán) se genera una corriente inducida en el anillo. ¿Cual es su direccion?
Una espira de corriente crea un campo magnético en puntos distantes como el de un dipolo magnético, siendo una cara del anillo un polo norte y la cara opuesta un polo sur. El polo norte , como en las barras imantadas, es aquella cara partir de la cual salen las lineas de B. Si, como lo predice la ley de Lenz, el anillo de la figura 2, va a oponerse al movimiento del imán hacia el, la cara del anillo hacia el imán debe resultar ser un polo norte. Los dos polos norte - uno de la espira de corriente y otro del imán - se repelen entre si.
entonces si jalamos hacia adentro el imán se crea una corriente inducida que se opone al jalón y si empujamos el iman se crea una corriente inducida que se opone al empuje.
Un poco de aplicación de esta teoría seria los motores eléctricos. Un vídeo que explica brevemente su funcionamiento.
