Electrodinámica Se designa con éste nombre al estudio de la electricidad en movimiento y de todos los fenómenos físicos relacionados con ella. Corriente eléctrica . En el tema anterior, de electrostática, tratamos problemas relacionados con cargas estacionarias, de las fuerzas que estas producen y del movimiento de partículas cargadas en el espacio vacío. Trataremos a continuación del movimiento de la carga sobre un conductor, cuando se mantiene un campo eléctrico dentro del mismo, este movimiento constituye una corriente eléctrica. Se recordará que un conductor es un cuerpo en cuyo interior hay cargas libres que se mueven por las fuerzas ejercidas sobre ellas por campo eléctrico. Las cargas libres en un conductor metálico son electrones negativos. Las cargas libres en un electrolito son iones, positivos o negativos. Un gas en condiciones adecuadas, como el de un anuncio luminoso de neón o el de una lámpara fluorescente, es también un conductor y sus cargas libres son iones positivos y negativos y electrones negativos. Cuando un conductor aislado se le coloca en un campo eléctrico, las cargas dentro del conductor se reagrupan de modo que el interior del conductor sea una región libre de campo, en toda la cual el potencial es constante. El movimiento de las cargas en el proceso de reagrupación, constituye una corriente de corta duración y se denomina corriente transitoria. en la fig. podemos observar este proceso de reagrupación. Corriente eléctrica
Corriente transitoria durante el proceso de reagrupación (polarización) de cargas de un conductor introducido en un campo eléctrico. Si deseamos que circule una corriente permanente en un conductor, debemos de mantener un campo eléctrico continuo, es decir, un gradiente (caída) de potencial
dentro de el. Si el campo tiene siempre el mismo sentido aunque pueda variar su intensidad, la corriente se denomina continua. Si el campo se invierte periódicamente, se denomina corriente alterna. Hay varios dispositivos eléctricos, que estudiaremos posteriormente con mas detalle, que tienen la propiedad de mantener constantemente sus bordes (terminales) a potenciales diferentes. Los mas comunes son : la pila seca, la batería de acumuladores y la dinamo (generador). Si los extremos de un hilo metálico se conectan a los bordes de cualquiera de estos dispositivos, se mantienes un gradiente de potencial, o sea un eléctrico dentro del hilo y abra un movimiento continuo de carga dentro de el. Dirección de la corriente eléctrica. Cuando existe un campo eléctrico en un conductor, las cargas libres de su interior se ponen en movimiento, desplazándose las positivas en sentido del campo y las negativas en sentido opuesto. Definiremos la dirección de la corriente como : “aquella en la que se mueven las cargas positivas, aun si la corriente realmente consiste en flujo de electrones”, esto es que la corriente convencional tiene una Dirección de la corriente eléctrica.- dirección de la terminal positiva (+) a la terminal negativa (-) como se muestra en la figura.
Dirección de la corriente convencional es siempre del borde positivo al negativo.
La corriente eléctrica se manifiesta como un flujo de cargas negativas que atraviesan de derecha a izquierda una sección y equivalen a las cargas positivas que la atraviesan de izquierda a derecha. En la figura se presenta una porción de conductor dentro del cual hay un campo eléctrico de intensidad E, también se indican algunas cargas libres positivas y negativas. En un intervalo de tiempo dado, cierto numero de cargas positivas atraviesan la sección sombreada de izquierda a derecha, mientras que las cargas negativas lo hacen de derecha a izquierda. Intensidad de la corriente eléctrica (I).- En base a la descripción hecha en la figura. La corriente eléctrica se define como: “ la carga total positiva que pasa por una sección de conductor en la unidad en la unidad de tiempo” ó “la rapidez del flujo de carga total que pasa por un punto dato de un conductor eléctrico”.
I=
q t
Donde : q = carga total que pasa por un conductor. T = tiempo en que dura el paso de carga. I = corriente eléctrica. Intensidad de la corriente eléctrica Unidad de la corriente eléctrica en el [S.I.]. I =
q c = = 1Ampere = 1A t s
UN AMPERE: Es la corriente que se presenta cuando una carga de un Coulomb, fluye por un conductor en un tiempo de un segundo.
FUERZA ELECTROMOTRIZ [FEM]. Es un dispositivo que convierte energía química, mecánica u otras formas de energía en energía eléctrica necesaria para mantener un flujo continuo de carga eléctrica La fuerza electromotriz, se abrevia como “fem” y en se representa por el símbolo
los circuitos el eléctricos
La función de la fem, es; ”suministrar energía a un circuito eléctrico, generando una diferencia de potencial entre dos puntos que permita un flujo continuo de carga”. Acumuladores: convierten energía química en eléctrica. Generadores: transforman energía mecánica en eléctrica.
Ejercicios resueltos: 1.Calcula la corriente en amperes, si 690 C de carga circulan por un alambre en dos minutos : Datos
Fórmula
Desarrollo
q = 690 C
q I = t
I =
690C = 5.75 A 120 s.
T= 2 min.= 120 s.
R. 5.75 A
2.- Cuantos electrones pasan cada segundo por un punto en un alambre por el que circulan 20 A ? ¿cuanto tiempo es necesario para transportar una carga de 40 C más allá de ese punto ? Datos
Fórmula
q=?
q I = t
Desarrollo q = I .t = ( 20C / s )(1s ) = 20C
I = 20 A
q = 20C = 20(6.25 x10 −18 e − ) = 125 x10 −18 e −
1 C= 6.25x10-18 e-
t=
q 40C = = 2s I 20C / s
t=? q´=40 C R= 1.25 x 1020 electrones ; 2 s