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Corriente eléctrica

La corriente eléctrica es el flujo de carga eléctrica que recorre un material.[2]​ También se puede definir como un flujo de partículas cargadas, como electrones o iones, que se mueven a través de un conductor eléctrico o un espacio. Se mide como la tasa neta de flujo de carga eléctrica a través de una superficie o en un volumen de control.[3]:2[4]:622 Se debe al movimiento de las cargas (normalmente electrones) en el interior del mismo. Al caudal de corriente (cantidad de carga por unidad de tiempo) se le denomina intensidad de corriente eléctrica (representada comúnmente con la letra I). En el Sistema Internacional de Unidades se expresa en culombios por segundo (C/s), unidad que se denomina amperio (A). Una corriente eléctrica, puesto que se trata de un movimiento de cargas, produce un campo magnético, un fenómeno que puede aprovecharse en el electroimán.

La corriente eléctrica está definida por convenio en sentido contrario al desplazamiento de los electrones.[1]
Diagrama del efecto Hall, mostrando el flujo de electrones. (en vez de la corriente convencional).
Leyenda:
1. Electrones
2. Sensor o sonda Hall
3. Imanes
4. Campo magnético
5. Fuente de energía
Descripción
En la imagen A, una carga negativa aparece en el borde superior del sensor Hall (simbolizada con el color azul), y una positiva en el borde inferior (color rojo). En B y C, el campo eléctrico o el magnético están invertidos, causando que la polaridad se invierta. Invertir tanto la corriente como el campo magnético (imagen D) causa que la sonda asuma de nuevo una carga negativa en la esquina superior.

El instrumento usado para medir la intensidad de la corriente eléctrica es el galvanómetro que, calibrado en amperios, se llama amperímetro, colocado en serie con el conductor por el que circula la corriente que se desea medir.

Historia

Históricamente, la corriente eléctrica se definió como un flujo de cargas positivas (+) y se fijó el sentido convencional de circulación de la corriente, como un flujo de cargas desde el polo positivo al negativo. Sin embargo, posteriormente se observó gracias al efecto Hall, que en los metales los portadores de carga son negativos, electrones, los cuales fluyen en sentido contrario al convencional. En conclusión, el sentido convencional y el real son ciertos en tanto que los electrones como protones fluyen desde el polo negativo hasta llegar al positivo (sentido real), cosa que no contradice que dicho movimiento se inicia al lado del polo positivo donde el primer electrón se ve atraído por dicho polo creando un hueco para ser cubierto por otro electrón del siguiente átomo y así sucesivamente hasta llegar al polo negativo (sentido convencional). Es decir la corriente eléctrica es el paso de electrones desde el polo negativo al positivo comenzando dicha progresión en el polo positivo.[5]

En el siglo XVIII cuando se hicieron los primeros experimentos con electricidad, solo se disponía de carga eléctrica generada por frotamiento (electricidad estática) o por inducción. Se logró (por primera vez, en 1800) tener un movimiento constante de carga cuando el físico italiano Alessandro Volta inventó la primera pila eléctrica.

Convenciones

 
Los electrones , los portadores de carga en un circuito eléctrico, fluyen en la dirección opuesta a la corriente eléctrica convencional.
 
El símbolo de una batería en un diagrama de circuito .

En un material conductor, las partículas cargadas en movimiento que constituyen la corriente eléctrica se denominan portadores de carga. En los metales, que constituyen los cables y otros conductores de la mayoría de los circuitos eléctricos, los núcleos atómicos de los átomos cargados positivamente se mantienen en una posición fija, y los electrones cargados negativamente son los portadores de carga, libres de moverse en el metal. En otros materiales, especialmente los semiconductores, los portadores de carga pueden ser positivos o negativos, dependiendo del dopante utilizado. Los portadores de carga positivos y negativos pueden incluso estar presentes al mismo tiempo, como ocurre en un electrolito en una célula electroquímica.

Un flujo de cargas positivas da la misma corriente eléctrica, y tiene el mismo efecto en un circuito, que un flujo igual de cargas negativas en sentido contrario. Como la corriente puede ser el flujo de cargas positivas o negativas, o de ambas, se necesita una convención para la dirección de la corriente que sea independiente del tipo de portador de carga. La dirección de la "corriente convencional" se define arbitrariamente como la dirección en la que fluyen las cargas positivas. Los portadores con carga negativa, como los electrones (los portadores de carga en los cables metálicos y muchos otros componentes de los circuitos electrónicos), por lo tanto, fluyen en la dirección opuesta al flujo de corriente convencional en un circuito eléctrico.

Sentido de la corriente

Una corriente en un cable o elemento de circuito puede fluir en cualquiera de las dos direcciones. Al definir una variable   para representar la corriente, se debe especificar la dirección que representa la corriente positiva, normalmente mediante una flecha en el diagrama esquemático del circuito.[7]:13 Esto se llama la dirección de referencia de la corriente  . Cuando se analizan circuitos eléctricos, la dirección real de la corriente a través de un elemento específico del circuito es normalmente desconocida hasta que se completa el análisis. En consecuencia, las direcciones de referencia de las corrientes se asignan a menudo de forma arbitraria. Cuando se resuelve el circuito, un valor negativo para la corriente implica que la dirección real de la corriente a través de ese elemento del circuito es opuesta a la de la dirección de referencia elegida.[8]:29

Situaciones

Entre los ejemplos naturales observables de corriente eléctrica se encuentran los rayos, la descarga eléctrica estática y el viento solar, fuente de las auroras polares.

La corriente eléctrica producida por el hombre incluye el flujo de electrones de conducción en los cables metálicos, como las líneas eléctricas aéreas que suministran energía eléctrica a través de largas distancias y los cables más pequeños dentro de los equipos eléctricos y electrónicos. Las corrientes de Foucault son corrientes eléctricas que se producen en conductores expuestos a campos magnéticos cambiantes. Del mismo modo, se producen corrientes eléctricas, especialmente en la superficie, de los conductores expuestos a ondas electromagnéticas. Cuando las corrientes eléctricas oscilantes fluyen a las tensiones adecuadas dentro de las antenas de radio, se generan ondas de radio.

En electrónica, otras formas de corriente eléctrica incluyen el flujo de electrones a través de resistencias o a través del vacío en un tubo de vacío, el flujo de iones dentro de una batería o una neurona, y el flujo de agujeros dentro de metales y semiconductores.

Conducción eléctrica

Un material conductor posee gran cantidad de electrones libres, por lo que es posible el paso de la electricidad a través del mismo. Los electrones libres, aunque existen en el material, no se puede decir que pertenezcan a algún átomo determinado.

Una corriente de electricidad existe en un lugar cuando una carga neta se transporta desde ese lugar a otro en dicha región. Supongamos que la carga se mueve a través de un alambre. Si la carga q se transporta a través de una sección transversal dada del alambre, en un tiempo t, entonces la intensidad de corriente I, a través del alambre es:

 

Aquí q está dada en culombios, t en segundos, e I en amperios. Por lo cual, la equivalencia es:

 

Una característica de los electrones libres es que, incluso sin aplicarles un campo eléctrico desde afuera, se mueven a través del objeto de forma aleatoria debido a la energía calórica. En el caso de que no hayan aplicado ningún campo eléctrico, cumplen con la regla de que la media de estos movimientos aleatorios dentro del objeto es igual a cero. Esto es: dado un plano irreal trazado a través del objeto, si sumamos las cargas (electrones) que atraviesan dicho plano en un sentido, y sustraemos las cargas que lo recorren en sentido inverso, estas cantidades se anulan.

Cuando se aplica una fuente de tensión externa (como, por ejemplo, una batería) a los extremos de un material conductor, se está aplicando un campo eléctrico sobre los electrones libres. Este campo provoca el movimiento de los mismos en dirección al terminal positivo del material (los electrones son atraídos [tomados] por el terminal positivo y rechazados [inyectados] por el negativo). Es decir, los electrones libres son los portadores de la corriente eléctrica en los materiales conductores.

Si la intensidad es constante en el tiempo, se dice que la corriente es continua; en caso contrario, se llama variable. Si no se produce almacenamiento ni disminución de carga en ningún punto del conductor, la corriente es estacionaria.

Para obtener una corriente de 1 amperio, es necesario que 1 culombio de carga eléctrica por segundo esté atravesando un plano imaginario trazado en el material conductor.

El valor I de la intensidad instantánea será:

 

Si la intensidad permanece constante, en cuyo caso se denota Im, utilizando incrementos finitos de tiempo se puede definir como:

 

Si la intensidad es variable la fórmula anterior da el valor medio de la intensidad en el intervalo de tiempo considerado.

Según la ley de Ohm, la intensidad de la corriente es igual a la tensión de la fuente dividido por la resistencia que oponen los cuerpos:

 

Haciendo referencia a la potencia, la intensidad equivale a la raíz cuadrada de la potencia dividida por la resistencia. En un circuito que contenga varios generadores y receptores, la intensidad es igual a:

 

donde   es el sumatorio de las fuerzas electromotrices del circuito,   es la suma de todas las fuerzas contraelectromotrices,   es la resistencia equivalente del circuito,   es la suma de las resistencias internas de los generadores y   es el sumatorio de las resistencias internas de los receptores.

Intensidad de corriente en un elemento de volumen:   , donde encontramos n como el número de cargas portadoras por unidad de volumen dV; q refiriéndose a la carga del portador; v la velocidad del portador y finalmente dS como el área de la sección del elemento de volumen de conductor.[cita requerida]

Definición por medio del magnetismo

La corriente eléctrica es el flujo de portadores de carga eléctrica, normalmente a través de un cable metálico o cualquier otro conductor eléctrico, debido a la diferencia de potencial creada por un generador de corriente. La ecuación que la describe en electromagnetismo es:

 

Donde   es la densidad de corriente de conducción,   es el vector perpendicular al diferencial de superficie,   es el vector unitario normal a la superficie, y   es el diferencial de superficie.

La carga eléctrica puede desplazarse cuando esté en un objeto y este es movido, como el electróforo. Un objeto se carga o se descarga eléctricamente cuando hay movimiento de carga en su interior.

Corriente continua

 
Rectificador de corriente alterna en continua, con puente de Gratz. Se emplea cuando la tensión de salida tiene un valor distinto de la tensión de entrada.

Se denomina corriente continua o corriente directa (CC en español, en inglés DC, de direct current) al flujo de cargas eléctricas que no cambia de sentido con el tiempo. La corriente eléctrica a través de un material se establece entre dos puntos de distinto potencial. Cuando hay corriente continua, los terminales de mayor y menor potencial no se intercambian entre sí. 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.

Su descubrimiento se remonta a la invención de la primera pila voltaica por parte del conde y científico italiano Alessandro Volta. No fue hasta los trabajos de Edison sobre la generación de electricidad, en las postrimerías del siglo XIX, cuando la corriente continua comenzó a emplearse para la transmisión de la energía eléctrica. Ya en el siglo XX este uso decayó en favor de la corriente alterna, que presenta menores pérdidas en la transmisión a largas distancias, si bien se conserva en la conexión de redes eléctricas de diferentes frecuencias y en la transmisión a través de cables submarinos.

Desde 2008 se está extendiendo el uso de generadores de corriente continua a partir de células fotoeléctricas que permiten aprovechar la energía solar.

Cuando es necesario disponer de corriente continua para el funcionamiento de aparatos electrónicos, se puede transformar la corriente alterna de la red de suministro eléctrico mediante un proceso, denominado rectificación, que se realiza con unos dispositivos llamados rectificadores, basados en el empleo de diodos semiconductores o tiristores (antiguamente, también de tubos de vacío).[9]

Corriente alterna

 
Onda senoidal.
 
Tensión de las fases de un sistema trifásico. Entre cada una de las fases hay un desfase de 120º.
 
Esquema de conexión.
 
Conexión en triángulo y en estrella.

Se denomina corriente alterna (simbolizada CA en español y AC en inglés, de alternating current) a la corriente eléctrica en la que la magnitud y dirección varían cíclicamente. La forma de onda de la corriente alterna más comúnmente utilizada es la de una onda senoidal.[10]​ En el uso coloquial, «corriente alterna» se refiere a la forma en la cual la electricidad llega a los hogares y a las empresas.

El sistema usado hoy en día fue ideado fundamentalmente por Nikola Tesla, y la distribución de la corriente alterna fue comercializada por George Westinghouse. Otros que contribuyeron al desarrollo y mejora de este sistema fueron Lucien Gaulard, John Gibbs y Oliver B. Shallenberger entre los años 1881 y 1889. La corriente alterna superó las limitaciones que aparecían al emplear la corriente continua (CC), la cual constituye un sistema ineficiente para la distribución de energía a gran escala debido a problemas en la transmisión de potencia.

La razón del amplio uso de la corriente alterna, que minimiza los problemas de trasmisión de potencia, viene determinada por su facilidad de transformación, cualidad de la que carece la corriente continua.[11]​ La energía eléctrica trasmitida viene dada por el producto de la tensión, la intensidad y el tiempo. Dado que la sección de los conductores de las líneas de transporte de energía eléctrica depende de la intensidad, se puede, mediante un transformador, modificar la tensión hasta altos valores (alta tensión), disminuyendo en igual proporción la intensidad de corriente. Esto permite que los conductores sean de menor sección y, por tanto, de menor costo; además, minimiza las pérdidas por efecto Joule, que dependen del cuadrado de la intensidad. Una vez en el punto de consumo o en sus cercanías, la tensión puede ser de nuevo reducida para permitir su uso industrial o doméstico de forma cómoda y segura.

Las frecuencias empleadas en las redes de distribución son 50 y 60 Hz. El valor depende del país.

Corriente trifásica

Se denomina corriente trifásica al conjunto de tres corrientes alternas de igual frecuencia, amplitud y valor eficaz que presentan una diferencia de fase entre ellas de 120°, y están dadas en un orden determinado.[12]​ Cada una de las corrientes que forman el sistema se designa con el nombre de fase.

La generación trifásica de energía eléctrica es más común que la monofásica y proporciona un uso más eficiente de los conductores. La utilización de electricidad en forma trifásica es mayoritaria para transportar y distribuir energía eléctrica y para su utilización industrial, incluyendo el accionamiento de motores. Las corrientes trifásicas se generan mediante alternadores dotados de tres bobinas o grupos de bobinas, arrolladas en un sistema dispuesto a 120 grados eléctricos entre cada fase.

Los conductores de los tres electroimanes pueden conectarse en estrella o en triángulo. En la disposición en estrella cada bobina se conecta a una fase en un extremo y a un conductor común en el otro, denominado neutro. Si el sistema está equilibrado, la suma de las corrientes de línea es nula, con lo que el transporte puede ser efectuado usando solamente tres cables. En la disposición en triángulo o delta cada bobina se conecta entre dos hilos de fase, de forma que un extremo de cada bobina está conectado con otro extremo de otra bobina.[13]

El sistema trifásico presenta una serie de ventajas tales como la economía de sus líneas de transporte de energía (hilos más finos que en una línea monofásica equivalente) y de los transformadores utilizados, así como su elevado rendimiento de los receptores, especialmente motores, a los que la línea trifásica alimenta con potencia constante y no pulsada, como en el caso de la línea monofásica.

Tesla fue el inventor que descubrió el principio del campo magnético rotatorio en 1882, el cual es la base de la maquinaria de corriente alterna. Él inventó el sistema de motores y generadores de corriente alterna polifásica que da energía al planeta.[14]

Corriente monofásica

Se denomina corriente monofásica a la que se obtiene de tomar una fase de la corriente trifásica y un cable neutro. En España y demás países que utilizan valores similares para la generación y trasmisión de energía eléctrica, este tipo de corriente facilita una tensión de 230 voltios, lo que la hace apropiada para que puedan funcionar adecuadamente la mayoría de electrodomésticos y luminarias que hay en las viviendas.

Desde el centro de transformación más cercano hasta las viviendas se disponen cuatro hilos: un neutro (N) y tres fases (R, S y T). Si la tensión entre dos fases cualesquiera (tensión de línea) es de 400 voltios, entre una fase y el neutro es de 230 voltios. En cada vivienda entra el neutro y una de las fases, conectándose varias viviendas a cada una de las fases y al neutro; esto se llama corriente monofásica. Si en una vivienda hay instalados aparatos de potencia eléctrica alta (aire acondicionado, motores, etc., o si es un taller o una empresa industrial) habitualmente se les suministra directamente corriente trifásica que ofrece una tensión de 400 voltios.

Corriente eléctrica estacionaria

Se denomina corriente eléctrica estacionaria, a la corriente eléctrica que se produce en un conductor de forma que la densidad de carga ρ de cada punto del conductor es constante, es decir que se cumple que:

 

Medición de la corriente

La corriente puede medirse con un amperímetro.

La corriente eléctrica puede medirse directamente con un galvanómetro, pero este método implica romper el circuito eléctrico, lo que a veces resulta inconveniente.

La corriente también puede medirse sin romper el circuito detectando el campo magnético asociado a la corriente. Los dispositivos, a nivel de circuito, utilizan varias técnicas para medir la corriente:

Velocidad de deriva

Las partículas cargadas móviles dentro de un conductor se mueven constantemente en direcciones aleatorias, como las partículas de un gas. (Más exactamente, un gas de Fermi.) Para crear un flujo neto de carga, las partículas también deben moverse juntas con una velocidad media de deriva. Los electrones son los portadores de carga en la mayoría de los metales y siguen una trayectoria errática, rebotando de átomo en átomo, pero generalmente derivando en la dirección opuesta al campo eléctrico. La velocidad a la que derivan puede calcularse a partir de la ecuación:

 

donde

  es la intensidad de la corriente eléctrica
  es el número de partículas cargadas por unidad de volumen (o densidad del portador de carga)
  es el área de la sección transversal del conductor
  es la velocidad de deriva , y
  es la carga de cada partícula.

Normalmente, las cargas eléctricas en los sólidos fluyen lentamente. Por ejemplo, en un cable de cobre de sección transversal 0,5 mm2, que transporta una corriente de 5 A, la velocidad de deriva de los electrones es del orden de un milímetro por segundo. Para tomar un ejemplo diferente, en el casi-vacío dentro de un tubo de rayos catódicos, los electrones viajan en líneas casi rectas a una décima parte de la velocidad de la luz.

Cualquier carga eléctrica acelerada, y por tanto cualquier corriente eléctrica cambiante, da lugar a una onda electromagnética que se propaga a muy alta velocidad fuera de la superficie del conductor. Esta velocidad suele ser una fracción significativa de la velocidad de la luz, como puede deducirse de las ecuaciones de Maxwell, y es por tanto muchas veces más rápida que la velocidad de deriva de los electrones. Por ejemplo, en la líneas de corriente alterna, las ondas de energía electromagnética se propagan a través del espacio entre los cables, moviéndose desde una fuente hasta una carga distante, aunque los electrones en los cables sólo se mueven de un lado a otro en una distancia minúscula.

La relación entre la velocidad de la onda electromagnética y la velocidad de la luz en el espacio libre se denomina factor de velocidad, y depende de las propiedades electromagnéticas del conductor y de los materiales aislantes que lo rodean, así como de su forma y tamaño.

Las magnitudes (no las naturalezas) de estas tres velocidades pueden ilustrarse mediante una analogía con las tres velocidades similares asociadas a los gases. (Véase también analogía hidráulica.)

  • La baja velocidad de deriva de los portadores de carga es análoga al movimiento del aire; en otras palabras, los vientos.
  • La alta velocidad de las ondas electromagnéticas es aproximadamente análoga a la velocidad del sonido en un gas (las ondas sonoras se mueven a través del aire mucho más rápido que los movimientos a gran escala como la convección)
  • El movimiento aleatorio de las cargas es análogo al calor – la velocidad térmica de las partículas de gas que vibran al azar.

Véase también

Referencias

  1. Antón, Juan Luis; Andrés, Dulce Mª; Barrio, Javier (2009-05). Física 2º Bachillerato. Editex. ISBN 9788497715898. Consultado el 6 de febrero de 2018. 
  2. Berkeley Physics Course, Volumen 2. Edward M. Purcell, p. 118, en Google Libros
  3. Horowitz, Paul; Hill, Winfield (2015). The art of electronics (3rd edición). Cambridge University Press. ISBN 978-0-521-80926-9. 
  4. Walker, Jearl; Halliday, David; Resnick, Robert (2014). Fundamentals of physics (10th edición). Hoboken, NJ: Wiley. ISBN 978-1118230732. OCLC 950235056. 
  5. Purcell, E. M. (1988). Electricidad y Magnetismo. Reverté. p. 141. ISBN 9788429143195. 
  6. Hayt, William (1989). Engineering Electromagnetics (5th edición). 0070274061. 
  7. La flecha es una parte fundamental de la definición de una corriente.[6]
  8. Nuestro primer paso en el análisis es la suposición de las direcciones de referencia para las corrientes desconocidas.[6]
  9. ertec.com py. . Archivado desde el original el 14 de septiembre de 2008. Consultado el 8 de julio de 2008. 
  10. García Alvárez, José Antonio E¿Qué es la corriente alterna? asifunciona.com [23-08-2008]
  11. María, Yusta Loyo, José; Rodolfo, Dufo López (3 de mayo de 2011). Tecnología eléctrica. Prensas de la Universidad de Zaragoza. ISBN 9788415274117. Consultado el 6 de febrero de 2018. 
  12. Arnalich, Santiago (16 de diciembre de 2013). Generadores en proyectos de cooperación: Cómo elegir, dimensionar, instalar y utilizar económicamente generadores diésel.. Arnalich Water and Habitat. ISBN 9788461669806. Consultado el 12 de marzo de 2018. 
  13. Arnalich, Santiago (16 de diciembre de 2013). Generadores en proyectos de cooperación: Cómo elegir, dimensionar, instalar y utilizar económicamente generadores diésel.. Arnalich Water and Habitat. ISBN 9788461669806. Consultado el 12 de marzo de 2018. 
  14. electroinstalador.com [27-6-2008]
  15. ¿Qué es un sensor de corriente y cómo se utiliza? Focus.ti.com. Recuperado el 2011-12-22.
  16. Andreas P. Friedrich, Helmuth Lemme The Universal Current Sensor. Sensorsmag.com (2000-05-01). Recuperado el 2011-12-22.

Bibliografía

  • Kuznetsov: Fundamentos de Electrotecnia, Editorial Mir

Enlaces externos

  • Gérard Borvon, Association S-eau-S, Histoire de l’électricité. Distribution de l’énergie électrique par courant continu ou alternatif ?
  • Gérard Borvon, Association S-eau-S, Au sujet du sens conventionnel du courant électrique, du bonhomme d’Ampère et du tire-bouchon de Maxwell.
  •   Datos: Q11651
  •   Multimedia: Electric current

corriente, eléctrica, corriente, eléctrica, flujo, carga, eléctrica, recorre, material, también, puede, definir, como, flujo, partículas, cargadas, como, electrones, iones, mueven, través, conductor, eléctrico, espacio, mide, como, tasa, neta, flujo, carga, el. La corriente electrica es el flujo de carga electrica que recorre un material 2 Tambien se puede definir como un flujo de particulas cargadas como electrones o iones que se mueven a traves de un conductor electrico o un espacio Se mide como la tasa neta de flujo de carga electrica a traves de una superficie o en un volumen de control 3 2 4 622 Se debe al movimiento de las cargas normalmente electrones en el interior del mismo Al caudal de corriente cantidad de carga por unidad de tiempo se le denomina intensidad de corriente electrica representada comunmente con la letra I En el Sistema Internacional de Unidades se expresa en culombios por segundo C s unidad que se denomina amperio A Una corriente electrica puesto que se trata de un movimiento de cargas produce un campo magnetico un fenomeno que puede aprovecharse en el electroiman La corriente electrica esta definida por convenio en sentido contrario al desplazamiento de los electrones 1 Diagrama del efecto Hall mostrando el flujo de electrones en vez de la corriente convencional Leyenda 1 Electrones 2 Sensor o sonda Hall 3 Imanes 4 Campo magnetico 5 Fuente de energia Descripcion En la imagen A una carga negativa aparece en el borde superior del sensor Hall simbolizada con el color azul y una positiva en el borde inferior color rojo En B y C el campo electrico o el magnetico estan invertidos causando que la polaridad se invierta Invertir tanto la corriente como el campo magnetico imagen D causa que la sonda asuma de nuevo una carga negativa en la esquina superior El instrumento usado para medir la intensidad de la corriente electrica es el galvanometro que calibrado en amperios se llama amperimetro colocado en serie con el conductor por el que circula la corriente que se desea medir Indice 1 Historia 2 Convenciones 2 1 Sentido de la corriente 3 Situaciones 4 Conduccion electrica 5 Definicion por medio del magnetismo 6 Corriente continua 7 Corriente alterna 8 Corriente trifasica 9 Corriente monofasica 10 Corriente electrica estacionaria 11 Medicion de la corriente 12 Velocidad de deriva 13 Vease tambien 14 Referencias 15 Bibliografia 16 Enlaces externosHistoria EditarHistoricamente la corriente electrica se definio como un flujo de cargas positivas y se fijo el sentido convencional de circulacion de la corriente como un flujo de cargas desde el polo positivo al negativo Sin embargo posteriormente se observo gracias al efecto Hall que en los metales los portadores de carga son negativos electrones los cuales fluyen en sentido contrario al convencional En conclusion el sentido convencional y el real son ciertos en tanto que los electrones como protones fluyen desde el polo negativo hasta llegar al positivo sentido real cosa que no contradice que dicho movimiento se inicia al lado del polo positivo donde el primer electron se ve atraido por dicho polo creando un hueco para ser cubierto por otro electron del siguiente atomo y asi sucesivamente hasta llegar al polo negativo sentido convencional Es decir la corriente electrica es el paso de electrones desde el polo negativo al positivo comenzando dicha progresion en el polo positivo 5 En el siglo XVIII cuando se hicieron los primeros experimentos con electricidad solo se disponia de carga electrica generada por frotamiento electricidad estatica o por induccion Se logro por primera vez en 1800 tener un movimiento constante de carga cuando el fisico italiano Alessandro Volta invento la primera pila electrica Convenciones Editar Los electrones los portadores de carga en un circuito electrico fluyen en la direccion opuesta a la corriente electrica convencional El simbolo de una bateria en un diagrama de circuito En un material conductor las particulas cargadas en movimiento que constituyen la corriente electrica se denominan portadores de carga En los metales que constituyen los cables y otros conductores de la mayoria de los circuitos electricos los nucleos atomicos de los atomos cargados positivamente se mantienen en una posicion fija y los electrones cargados negativamente son los portadores de carga libres de moverse en el metal En otros materiales especialmente los semiconductores los portadores de carga pueden ser positivos o negativos dependiendo del dopante utilizado Los portadores de carga positivos y negativos pueden incluso estar presentes al mismo tiempo como ocurre en un electrolito en una celula electroquimica Un flujo de cargas positivas da la misma corriente electrica y tiene el mismo efecto en un circuito que un flujo igual de cargas negativas en sentido contrario Como la corriente puede ser el flujo de cargas positivas o negativas o de ambas se necesita una convencion para la direccion de la corriente que sea independiente del tipo de portador de carga La direccion de la corriente convencional se define arbitrariamente como la direccion en la que fluyen las cargas positivas Los portadores con carga negativa como los electrones los portadores de carga en los cables metalicos y muchos otros componentes de los circuitos electronicos por lo tanto fluyen en la direccion opuesta al flujo de corriente convencional en un circuito electrico Sentido de la corriente Editar Una corriente en un cable o elemento de circuito puede fluir en cualquiera de las dos direcciones Al definir una variable I displaystyle I para representar la corriente se debe especificar la direccion que representa la corriente positiva normalmente mediante una flecha en el diagrama esquematico del circuito 7 13 Esto se llama la direccion de referencia de la corriente I displaystyle I Cuando se analizan circuitos electricos la direccion real de la corriente a traves de un elemento especifico del circuito es normalmente desconocida hasta que se completa el analisis En consecuencia las direcciones de referencia de las corrientes se asignan a menudo de forma arbitraria Cuando se resuelve el circuito un valor negativo para la corriente implica que la direccion real de la corriente a traves de ese elemento del circuito es opuesta a la de la direccion de referencia elegida 8 29Situaciones EditarEntre los ejemplos naturales observables de corriente electrica se encuentran los rayos la descarga electrica estatica y el viento solar fuente de las auroras polares La corriente electrica producida por el hombre incluye el flujo de electrones de conduccion en los cables metalicos como las lineas electricas aereas que suministran energia electrica a traves de largas distancias y los cables mas pequenos dentro de los equipos electricos y electronicos Las corrientes de Foucault son corrientes electricas que se producen en conductores expuestos a campos magneticos cambiantes Del mismo modo se producen corrientes electricas especialmente en la superficie de los conductores expuestos a ondas electromagneticas Cuando las corrientes electricas oscilantes fluyen a las tensiones adecuadas dentro de las antenas de radio se generan ondas de radio En electronica otras formas de corriente electrica incluyen el flujo de electrones a traves de resistencias o a traves del vacio en un tubo de vacio el flujo de iones dentro de una bateria o una neurona y el flujo de agujeros dentro de metales y semiconductores Conduccion electrica EditarUn material conductor posee gran cantidad de electrones libres por lo que es posible el paso de la electricidad a traves del mismo Los electrones libres aunque existen en el material no se puede decir que pertenezcan a algun atomo determinado Una corriente de electricidad existe en un lugar cuando una carga neta se transporta desde ese lugar a otro en dicha region Supongamos que la carga se mueve a traves de un alambre Si la carga q se transporta a traves de una seccion transversal dada del alambre en un tiempo t entonces la intensidad de corriente I a traves del alambre es I q t displaystyle I frac q t Aqui q esta dada en culombios t en segundos e I en amperios Por lo cual la equivalencia es 1 A 1 C s displaystyle 1 mathrm A 1 frac mathrm C mathrm s Una caracteristica de los electrones libres es que incluso sin aplicarles un campo electrico desde afuera se mueven a traves del objeto de forma aleatoria debido a la energia calorica En el caso de que no hayan aplicado ningun campo electrico cumplen con la regla de que la media de estos movimientos aleatorios dentro del objeto es igual a cero Esto es dado un plano irreal trazado a traves del objeto si sumamos las cargas electrones que atraviesan dicho plano en un sentido y sustraemos las cargas que lo recorren en sentido inverso estas cantidades se anulan Cuando se aplica una fuente de tension externa como por ejemplo una bateria a los extremos de un material conductor se esta aplicando un campo electrico sobre los electrones libres Este campo provoca el movimiento de los mismos en direccion al terminal positivo del material los electrones son atraidos tomados por el terminal positivo y rechazados inyectados por el negativo Es decir los electrones libres son los portadores de la corriente electrica en los materiales conductores Si la intensidad es constante en el tiempo se dice que la corriente es continua en caso contrario se llama variable Si no se produce almacenamiento ni disminucion de carga en ningun punto del conductor la corriente es estacionaria Para obtener una corriente de 1 amperio es necesario que 1 culombio de carga electrica por segundo este atravesando un plano imaginario trazado en el material conductor El valor I de la intensidad instantanea sera I d q d t displaystyle I frac dq dt Si la intensidad permanece constante en cuyo caso se denota Im utilizando incrementos finitos de tiempo se puede definir como I m D q D t displaystyle I m frac Delta q Delta t Si la intensidad es variable la formula anterior da el valor medio de la intensidad en el intervalo de tiempo considerado Segun la ley de Ohm la intensidad de la corriente es igual a la tension de la fuente dividido por la resistencia que oponen los cuerpos I V R displaystyle I frac V R Haciendo referencia a la potencia la intensidad equivale a la raiz cuadrada de la potencia dividida por la resistencia En un circuito que contenga varios generadores y receptores la intensidad es igual a I S E S E S R S r S r displaystyle I frac Sigma mathcal E Sigma mathcal E Sigma R Sigma r Sigma r donde S ϵ displaystyle Sigma epsilon es el sumatorio de las fuerzas electromotrices del circuito S ϵ displaystyle Sigma epsilon es la suma de todas las fuerzas contraelectromotrices S R displaystyle Sigma R es la resistencia equivalente del circuito S r displaystyle Sigma r es la suma de las resistencias internas de los generadores y S r displaystyle Sigma r es el sumatorio de las resistencias internas de los receptores Intensidad de corriente en un elemento de volumen d I n q d S v displaystyle dI n cdot q cdot dS cdot v donde encontramos n como el numero de cargas portadoras por unidad de volumen dV q refiriendose a la carga del portador v la velocidad del portador y finalmente dS como el area de la seccion del elemento de volumen de conductor cita requerida Definicion por medio del magnetismo EditarLa corriente electrica es el flujo de portadores de carga electrica normalmente a traves de un cable metalico o cualquier otro conductor electrico debido a la diferencia de potencial creada por un generador de corriente La ecuacion que la describe en electromagnetismo es I S J d S S J n d S displaystyle I int S vec J cdot d vec S int S vec J cdot vec n dS Donde J displaystyle vec J es la densidad de corriente de conduccion d S displaystyle d vec S es el vector perpendicular al diferencial de superficie n displaystyle vec n es el vector unitario normal a la superficie y d S displaystyle dS es el diferencial de superficie La carga electrica puede desplazarse cuando este en un objeto y este es movido como el electroforo Un objeto se carga o se descarga electricamente cuando hay movimiento de carga en su interior Corriente continua EditarArticulo principal Corriente continua Rectificador de corriente alterna en continua con puente de Gratz Se emplea cuando la tension de salida tiene un valor distinto de la tension de entrada Se denomina corriente continua o corriente directa CC en espanol en ingles DC de direct current al flujo de cargas electricas que no cambia de sentido con el tiempo La corriente electrica a traves de un material se establece entre dos puntos de distinto potencial Cuando hay corriente continua los terminales de mayor y menor potencial no se intercambian entre si Es erronea la identificacion de la corriente continua con la corriente constante ninguna lo es ni siquiera la suministrada por una bateria Es continua toda corriente cuyo sentido de circulacion es siempre el mismo independientemente de su valor absoluto Su descubrimiento se remonta a la invencion de la primera pila voltaica por parte del conde y cientifico italiano Alessandro Volta No fue hasta los trabajos de Edison sobre la generacion de electricidad en las postrimerias del siglo XIX cuando la corriente continua comenzo a emplearse para la transmision de la energia electrica Ya en el siglo XX este uso decayo en favor de la corriente alterna que presenta menores perdidas en la transmision a largas distancias si bien se conserva en la conexion de redes electricas de diferentes frecuencias y en la transmision a traves de cables submarinos Desde 2008 se esta extendiendo el uso de generadores de corriente continua a partir de celulas fotoelectricas que permiten aprovechar la energia solar Cuando es necesario disponer de corriente continua para el funcionamiento de aparatos electronicos se puede transformar la corriente alterna de la red de suministro electrico mediante un proceso denominado rectificacion que se realiza con unos dispositivos llamados rectificadores basados en el empleo de diodos semiconductores o tiristores antiguamente tambien de tubos de vacio 9 Corriente alterna EditarArticulo principal Corriente alterna Onda senoidal Tension de las fases de un sistema trifasico Entre cada una de las fases hay un desfase de 120º Esquema de conexion Conexion en triangulo y en estrella Se denomina corriente alterna simbolizada CA en espanol y AC en ingles de alternating current a la corriente electrica en la que la magnitud y direccion varian ciclicamente La forma de onda de la corriente alterna mas comunmente utilizada es la de una onda senoidal 10 En el uso coloquial corriente alterna se refiere a la forma en la cual la electricidad llega a los hogares y a las empresas El sistema usado hoy en dia fue ideado fundamentalmente por Nikola Tesla y la distribucion de la corriente alterna fue comercializada por George Westinghouse Otros que contribuyeron al desarrollo y mejora de este sistema fueron Lucien Gaulard John Gibbs y Oliver B Shallenberger entre los anos 1881 y 1889 La corriente alterna supero las limitaciones que aparecian al emplear la corriente continua CC la cual constituye un sistema ineficiente para la distribucion de energia a gran escala debido a problemas en la transmision de potencia La razon del amplio uso de la corriente alterna que minimiza los problemas de trasmision de potencia viene determinada por su facilidad de transformacion cualidad de la que carece la corriente continua 11 La energia electrica trasmitida viene dada por el producto de la tension la intensidad y el tiempo Dado que la seccion de los conductores de las lineas de transporte de energia electrica depende de la intensidad se puede mediante un transformador modificar la tension hasta altos valores alta tension disminuyendo en igual proporcion la intensidad de corriente Esto permite que los conductores sean de menor seccion y por tanto de menor costo ademas minimiza las perdidas por efecto Joule que dependen del cuadrado de la intensidad Una vez en el punto de consumo o en sus cercanias la tension puede ser de nuevo reducida para permitir su uso industrial o domestico de forma comoda y segura Las frecuencias empleadas en las redes de distribucion son 50 y 60 Hz El valor depende del pais Corriente trifasica EditarArticulo principal Sistema trifasico Se denomina corriente trifasica al conjunto de tres corrientes alternas de igual frecuencia amplitud y valor eficaz que presentan una diferencia de fase entre ellas de 120 y estan dadas en un orden determinado 12 Cada una de las corrientes que forman el sistema se designa con el nombre de fase La generacion trifasica de energia electrica es mas comun que la monofasica y proporciona un uso mas eficiente de los conductores La utilizacion de electricidad en forma trifasica es mayoritaria para transportar y distribuir energia electrica y para su utilizacion industrial incluyendo el accionamiento de motores Las corrientes trifasicas se generan mediante alternadores dotados de tres bobinas o grupos de bobinas arrolladas en un sistema dispuesto a 120 grados electricos entre cada fase Los conductores de los tres electroimanes pueden conectarse en estrella o en triangulo En la disposicion en estrella cada bobina se conecta a una fase en un extremo y a un conductor comun en el otro denominado neutro Si el sistema esta equilibrado la suma de las corrientes de linea es nula con lo que el transporte puede ser efectuado usando solamente tres cables En la disposicion en triangulo o delta cada bobina se conecta entre dos hilos de fase de forma que un extremo de cada bobina esta conectado con otro extremo de otra bobina 13 El sistema trifasico presenta una serie de ventajas tales como la economia de sus lineas de transporte de energia hilos mas finos que en una linea monofasica equivalente y de los transformadores utilizados asi como su elevado rendimiento de los receptores especialmente motores a los que la linea trifasica alimenta con potencia constante y no pulsada como en el caso de la linea monofasica Tesla fue el inventor que descubrio el principio del campo magnetico rotatorio en 1882 el cual es la base de la maquinaria de corriente alterna El invento el sistema de motores y generadores de corriente alterna polifasica que da energia al planeta 14 Vease tambien Motor de corriente alternaCorriente monofasica EditarArticulo principal Sistema monofasico Se denomina corriente monofasica a la que se obtiene de tomar una fase de la corriente trifasica y un cable neutro En Espana y demas paises que utilizan valores similares para la generacion y trasmision de energia electrica este tipo de corriente facilita una tension de 230 voltios lo que la hace apropiada para que puedan funcionar adecuadamente la mayoria de electrodomesticos y luminarias que hay en las viviendas Desde el centro de transformacion mas cercano hasta las viviendas se disponen cuatro hilos un neutro N y tres fases R S y T Si la tension entre dos fases cualesquiera tension de linea es de 400 voltios entre una fase y el neutro es de 230 voltios En cada vivienda entra el neutro y una de las fases conectandose varias viviendas a cada una de las fases y al neutro esto se llama corriente monofasica Si en una vivienda hay instalados aparatos de potencia electrica alta aire acondicionado motores etc o si es un taller o una empresa industrial habitualmente se les suministra directamente corriente trifasica que ofrece una tension de 400 voltios Corriente electrica estacionaria EditarArticulo principal Corriente electrica estacionaria Se denomina corriente electrica estacionaria a la corriente electrica que se produce en un conductor de forma que la densidad de carga r de cada punto del conductor es constante es decir que se cumple que d r d t 0 displaystyle d rho over dt 0 Medicion de la corriente EditarLa corriente puede medirse con un amperimetro La corriente electrica puede medirse directamente con un galvanometro pero este metodo implica romper el circuito electrico lo que a veces resulta inconveniente La corriente tambien puede medirse sin romper el circuito detectando el campo magnetico asociado a la corriente Los dispositivos a nivel de circuito utilizan varias tecnicas para medir la corriente Resistencia de derivacions 15 Efecto Hall transductores de sensor de corriente Transformadores sin embargo no se puede medir la corriente continua Magnetoresistiva sensores de campo 16 Bobina de Rogowski Pinza amperimetricaVelocidad de deriva EditarLas particulas cargadas moviles dentro de un conductor se mueven constantemente en direcciones aleatorias como las particulas de un gas Mas exactamente un gas de Fermi Para crear un flujo neto de carga las particulas tambien deben moverse juntas con una velocidad media de deriva Los electrones son los portadores de carga en la mayoria de los metales y siguen una trayectoria erratica rebotando de atomo en atomo pero generalmente derivando en la direccion opuesta al campo electrico La velocidad a la que derivan puede calcularse a partir de la ecuacion I n A v Q displaystyle I nAvQ donde I displaystyle I es la intensidad de la corriente electrica n displaystyle n es el numero de particulas cargadas por unidad de volumen o densidad del portador de carga A displaystyle A es el area de la seccion transversal del conductor v displaystyle v es la velocidad de deriva y Q displaystyle Q es la carga de cada particula Normalmente las cargas electricas en los solidos fluyen lentamente Por ejemplo en un cable de cobre de seccion transversal 0 5 mm2 que transporta una corriente de 5 A la velocidad de deriva de los electrones es del orden de un milimetro por segundo Para tomar un ejemplo diferente en el casi vacio dentro de un tubo de rayos catodicos los electrones viajan en lineas casi rectas a una decima parte de la velocidad de la luz Cualquier carga electrica acelerada y por tanto cualquier corriente electrica cambiante da lugar a una onda electromagnetica que se propaga a muy alta velocidad fuera de la superficie del conductor Esta velocidad suele ser una fraccion significativa de la velocidad de la luz como puede deducirse de las ecuaciones de Maxwell y es por tanto muchas veces mas rapida que la velocidad de deriva de los electrones Por ejemplo en la lineas de corriente alterna las ondas de energia electromagnetica se propagan a traves del espacio entre los cables moviendose desde una fuente hasta una carga distante aunque los electrones en los cables solo se mueven de un lado a otro en una distancia minuscula La relacion entre la velocidad de la onda electromagnetica y la velocidad de la luz en el espacio libre se denomina factor de velocidad y depende de las propiedades electromagneticas del conductor y de los materiales aislantes que lo rodean asi como de su forma y tamano Las magnitudes no las naturalezas de estas tres velocidades pueden ilustrarse mediante una analogia con las tres velocidades similares asociadas a los gases Vease tambien analogia hidraulica La baja velocidad de deriva de los portadores de carga es analoga al movimiento del aire en otras palabras los vientos La alta velocidad de las ondas electromagneticas es aproximadamente analoga a la velocidad del sonido en un gas las ondas sonoras se mueven a traves del aire mucho mas rapido que los movimientos a gran escala como la conveccion El movimiento aleatorio de las cargas es analogo al calor la velocidad termica de las particulas de gas que vibran al azar Vease tambien EditarAnalisis de circuitos Electricidad Ley de Ohm Efecto Hall Efecto Joule Corriente continua Corriente alterna Choque electricoReferencias Editar Anton Juan Luis Andres Dulce Mª Barrio Javier 2009 05 Fisica 2º Bachillerato Editex ISBN 9788497715898 Consultado el 6 de febrero de 2018 Berkeley Physics Course Volumen 2 Edward M Purcell p 118 en Google Libros Horowitz Paul Hill Winfield 2015 The art of electronics 3rd edicion Cambridge University Press ISBN 978 0 521 80926 9 Walker Jearl Halliday David Resnick Robert 2014 Fundamentals of physics 10th edicion Hoboken NJ Wiley ISBN 978 1118230732 OCLC 950235056 Purcell E M 1988 Electricidad y Magnetismo Reverte p 141 ISBN 9788429143195 a b Hayt William 1989 Engineering Electromagnetics 5th edicion 0070274061 La flecha es una parte fundamental de la definicion de una corriente 6 Nuestro primer paso en el analisis es la suposicion de las direcciones de referencia para las corrientes desconocidas 6 ertec com py Rectificadores de corriente Archivado desde el original el 14 de septiembre de 2008 Consultado el 8 de julio de 2008 Garcia Alvarez Jose Antonio E Que es la corriente alterna asifunciona com 23 08 2008 Maria Yusta Loyo Jose Rodolfo Dufo Lopez 3 de mayo de 2011 Tecnologia electrica Prensas de la Universidad de Zaragoza ISBN 9788415274117 Consultado el 6 de febrero de 2018 Arnalich Santiago 16 de diciembre de 2013 Generadores en proyectos de cooperacion Como elegir dimensionar instalar y utilizar economicamente generadores diesel Arnalich Water and Habitat ISBN 9788461669806 Consultado el 12 de marzo de 2018 Arnalich Santiago 16 de diciembre de 2013 Generadores en proyectos de cooperacion Como elegir dimensionar instalar y utilizar economicamente generadores diesel Arnalich Water and Habitat ISBN 9788461669806 Consultado el 12 de marzo de 2018 Que es la corriente trifasica electroinstalador com 27 6 2008 Que es un sensor de corriente y como se utiliza Focus ti com Recuperado el 2011 12 22 Andreas P Friedrich Helmuth Lemme The Universal Current Sensor Sensorsmag com 2000 05 01 Recuperado el 2011 12 22 Bibliografia EditarKuznetsov Fundamentos de Electrotecnia Editorial MirEnlaces externos EditarGerard Borvon Association S eau S Histoire de l electricite Distribution de l energie electrique par courant continu ou alternatif Gerard Borvon Association S eau S Au sujet du sens conventionnel du courant electrique du bonhomme d Ampere et du tire bouchon de Maxwell Datos Q11651 Multimedia Electric current Obtenido de https es wikipedia org w index php title Corriente electrica amp oldid 139736960, wikipedia, wiki, leyendo, leer, libro, biblioteca,

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