Intensidad
Intensidad de Corriente Eléctrica
Hace poco más de un siglo este mundo era inimaginable. Hoy, es el testimonio de la humanidad, capaz de iluminar las noches a través de las gigantescas torres de acero que por cientos de kilómetros sostienen cables eléctricos y transmiten energía eléctrica de los recintos industriales a los centros consumidores. Para ello, por esos cables elevados a gran altura, se propagan corrientes eléctricas originadas por campos eléctricos que, a su vez, poseen altísimos potenciales eléctricos oscilantes, generados en los recintos industriales de electricidad. En este artículo comenzamos a estudiar la corriente eléctrica, el agente de esa transmisión, sus características y propiedades.
Ya estudiamos el comportamiento estático de partículas cargadas eléctricamente y el movimiento de esas partículas en cortos intervalos de tiempo, en que algunos cuerpos son cargados o descargados eléctricamente. Sabemos cómo estas partículas se distribuyen en un conductor y que hace que se desplacen de un cuerpo a otro. Pero aún no hemos visto cómo pueden mantenerse en movimiento de forma duradera, es decir, cómo es posible establecer en un conductor una corriente eléctrica.
La expresión corriente eléctrica está relacionada con la antigua concepción de que la electricidad se comporta como un fluido y, como tal, podría ser canalizada por conductores, tuberías hipotéticas de ese fluido eléctrico. Así como hay corriente de agua, debería haber también corrientes eléctricas. En realidad, aunque la analogía entre corriente eléctrica y corriente de agua en las tuberías es todavía muy utilizada, pero estos fenómenos tienen características muy diferentes.
La corriente eléctrica se establece en un conductor cuando en él existe un campo eléctrico y tiene como elemento básico el portador de la carga eléctrica sobre el cual este campo actúa. En conductores sólidos-metales estos portadores de carga son electrones libres, llamados así, por no estar rígidamente atrapados en la estructura cristalina del conductor: pertenecen, en general, a la capa más alejada del núcleo de sus átomos.
Supongamos que cierta cantidad de carga eléctrica pasa a través de la sección normal S de un conductor en determinado intervalo de tiempo. Se puede afirmar que, cuanto mayor sea la cantidad de carga que atraviesa esa sección normal en el intervalo de tiempo, más intensa será la corriente de portadores de cargas que atraviesa ese conductor. Así, se define la intensidad de la corriente eléctrica, que atraviesa la sección normal S del conductor.
Sentido de la Corriente Eléctrica
A pesar de que la intensidad de corriente eléctrica es un escalar, tenemos que definir el sentido de la corriente eléctrica, para ello tenemos tres casos:
A pesar de que la Electrónica es una rama de la Física, en ella no se adopta el sentido convencional de la corriente eléctrica, sino el sentido real del movimiento de los electrones
Gráfica de Intensidad por Tiempo
En la corriente continua, en donde los portadores de carga se mantienen en promedio en un único sentido, la intensidad de la corriente i, es constante en relación al tiempo: en la corriente alterna el sentido medio de los portadores de carga varía, por lo que la intensidad de la corriente también varía con el tiempo, del mismo modo que la posición de un punto material varía con el tiempo.
En la corriente alterna, la intensidad de i varía senoidalmente entre los valores de +i max , – i max:
Fórmula de la Intensidad de la Corriente Eléctrica
La fórmula que relaciona a la corriente en términos de la carga y tiempo, es la siguiente:
Dónde:
q = El valor de la carga expresada en Coulombs (C)
t = El valor del tiempo expresado en Segundos (s)
I = El valor de la corriente expresada en Amperes (A)
Durante el artículo, también podrá observar la conversión de Coulombs a Electrones.
Ejercicios Resueltos de la Intensidad de la Corriente Eléctrica
Problema 1.- Determinar la intensidad de la corriente eléctrica en un conductor cuando circulan 120 Coulombs por una sección del mismo en 0.4 horas . Exprese su resultado en amperes y en miliamperes
Solución:
Si volvemos a leer el problema, nos damos cuenta que sobre el conductor circulan cerca de 120 Coulombs, a un ritmo de 0.4 horas, por lo que tenemos dos datos, la carga y el tiempo, justo lo necesario para poder resolver nuestro ejercicio. Entonces comencemos con colocar nuestros datos:
Datos:
a) Obteniendo la intensidad de corriente eléctrica en Amperes
Para poder obtener la intensidad de corriente eléctrica, es necesario que el tiempo esté expresado en segundos y no en horas, por lo tanto vamos a convertir dicha unidad:
Ahora si podemos usar la fórmula de la corriente:
Sustituyendo nuestros datos, obtenemos:
El resultado está expresado en Amperes, es decir 0.083 Amperes
b) Expresar la corriente en miliamperes
Para poder expresar en miliamperes, aplicamos la notación científica y recorremos tres lugares a la derecha de la cantidad que tenemos.
Es decir 83mA
Problema 2.- La intensidad de la corriente eléctrica en un circuito es de 55 mA. ¿Cuánto tiempo se requiere para que circulen por el circuito 90 Coulombs? Exprese el resultado en horas.
Solución:
A diferencia de nuestro primer problema, en este ejercicio nos piden calcular la variable del tiempo, cuando sabemos que circula una corriente y a través de dicho circuito pasan 90 Coulombs de carga, entonces para poder resolver, simplemente debemos recoger nuestros datos y posteriormente despejar al tiempo de la fórmula de la corriente.
Datos:
a) Obteniendo el tiempo
Para poder obtener el tiempo, hemos dicho que necesitamos despejar a la variable de tiempo en la fórmula de la corriente:
Despejando a “t”
Una vez teniendo el despeje, podemos sustituir en nuestra fórmula:
Por lo que obtenemos, un valor de 1636.36 segundos
Ahora vamos a convertir ese tiempo en segundos, expresados en horas.
b) Expresar el tiempo en horas
Para poder expresar en horas el tiempo, basta con realizar la operación con su factor de conversión.
Es decir que tenemos un total de 0.454 horas, cerca de 46 minutos.
Problema 3.- ¿Cuántos electrones pasan cada 3 segundos por una sección de conductor donde la intensidad de la corriente es de 5 Amperes?
Solución:
Si ya hemos calculado en el primer problema el valor de la corriente, en el segundo problema el valor del tiempo, ahora veamos como obtener el valor de la carga teniendo las dos variables dichas anteriormente, y después convertirlas a electrones, para ello primero comencemos con agrupar nuestros datos y después realizar el despeje.
Datos:
a) Obtener el valor de la carga
Para obtener el valor de la carga, primero recordemos la fórmula de la corriente:
Si despejamos a la carga, esto quedaría de la siguiente manera:
Ahora si podemos sustituir nuestros datos en la fórmula:
Para poder encontrar el valor de los electrones, solamente haríamos la conversión de unidades.
Un valor de 93.6×10^(18) electrones y con ello hemos resuelto los ejercicios.
Hace poco más de un siglo este mundo era inimaginable. Hoy, es el testimonio de la humanidad, capaz de iluminar las noches a través de las gigantescas torres de acero que por cientos de kilómetros sostienen cables eléctricos y transmiten energía eléctrica de los recintos industriales a los centros consumidores. Para ello, por esos cables elevados a gran altura, se propagan corrientes eléctricas originadas por campos eléctricos que, a su vez, poseen altísimos potenciales eléctricos oscilantes, generados en los recintos industriales de electricidad. En este artículo comenzamos a estudiar la corriente eléctrica, el agente de esa transmisión, sus características y propiedades.
Ya estudiamos el comportamiento estático de partículas cargadas eléctricamente y el movimiento de esas partículas en cortos intervalos de tiempo, en que algunos cuerpos son cargados o descargados eléctricamente. Sabemos cómo estas partículas se distribuyen en un conductor y que hace que se desplacen de un cuerpo a otro. Pero aún no hemos visto cómo pueden mantenerse en movimiento de forma duradera, es decir, cómo es posible establecer en un conductor una corriente eléctrica.
La expresión corriente eléctrica está relacionada con la antigua concepción de que la electricidad se comporta como un fluido y, como tal, podría ser canalizada por conductores, tuberías hipotéticas de ese fluido eléctrico. Así como hay corriente de agua, debería haber también corrientes eléctricas. En realidad, aunque la analogía entre corriente eléctrica y corriente de agua en las tuberías es todavía muy utilizada, pero estos fenómenos tienen características muy diferentes.
La corriente eléctrica se establece en un conductor cuando en él existe un campo eléctrico y tiene como elemento básico el portador de la carga eléctrica sobre el cual este campo actúa. En conductores sólidos-metales estos portadores de carga son electrones libres, llamados así, por no estar rígidamente atrapados en la estructura cristalina del conductor: pertenecen, en general, a la capa más alejada del núcleo de sus átomos.
Supongamos que cierta cantidad de carga eléctrica pasa a través de la sección normal S de un conductor en determinado intervalo de tiempo. Se puede afirmar que, cuanto mayor sea la cantidad de carga que atraviesa esa sección normal en el intervalo de tiempo, más intensa será la corriente de portadores de cargas que atraviesa ese conductor. Así, se define la intensidad de la corriente eléctrica, que atraviesa la sección normal S del conductor.
Sentido de la Corriente Eléctrica
A pesar de que la intensidad de corriente eléctrica es un escalar, tenemos que definir el sentido de la corriente eléctrica, para ello tenemos tres casos:
- Observe que en la figura A está representada la situación más frecuente: los electrones se mueven hacia la izquierda, podemos decir que ese es el sentido electrónico de la corriente, pero el sentido convencional, representado por la flecha está orientado hacia la derecha.
A pesar de que la Electrónica es una rama de la Física, en ella no se adopta el sentido convencional de la corriente eléctrica, sino el sentido real del movimiento de los electrones
- En la figura B el sentido de la corriente eléctrica coincide con el sentido del movimiento de los portadores de carga positiva.
- En la figura C los portadores de carga son iones positivos y negativos, algo muy frecuente que ocurre en un gas o en una solución, por ejemplo. En este caso, por el sentido convencional, se mantiene el sentido de la corriente coincidente con el sentido del movimiento de los portadores de carga positiva.
Gráfica de Intensidad por Tiempo
En la corriente continua, en donde los portadores de carga se mantienen en promedio en un único sentido, la intensidad de la corriente i, es constante en relación al tiempo: en la corriente alterna el sentido medio de los portadores de carga varía, por lo que la intensidad de la corriente también varía con el tiempo, del mismo modo que la posición de un punto material varía con el tiempo.
En la corriente alterna, la intensidad de i varía senoidalmente entre los valores de +i max , – i max:
Fórmula de la Intensidad de la Corriente Eléctrica
La fórmula que relaciona a la corriente en términos de la carga y tiempo, es la siguiente:
Dónde:
q = El valor de la carga expresada en Coulombs (C)
t = El valor del tiempo expresado en Segundos (s)
I = El valor de la corriente expresada en Amperes (A)
Durante el artículo, también podrá observar la conversión de Coulombs a Electrones.
Ejercicios Resueltos de la Intensidad de la Corriente Eléctrica
Problema 1.- Determinar la intensidad de la corriente eléctrica en un conductor cuando circulan 120 Coulombs por una sección del mismo en 0.4 horas . Exprese su resultado en amperes y en miliamperes
Solución:
Si volvemos a leer el problema, nos damos cuenta que sobre el conductor circulan cerca de 120 Coulombs, a un ritmo de 0.4 horas, por lo que tenemos dos datos, la carga y el tiempo, justo lo necesario para poder resolver nuestro ejercicio. Entonces comencemos con colocar nuestros datos:
Datos:
a) Obteniendo la intensidad de corriente eléctrica en Amperes
Para poder obtener la intensidad de corriente eléctrica, es necesario que el tiempo esté expresado en segundos y no en horas, por lo tanto vamos a convertir dicha unidad:
Ahora si podemos usar la fórmula de la corriente:
Sustituyendo nuestros datos, obtenemos:
El resultado está expresado en Amperes, es decir 0.083 Amperes
b) Expresar la corriente en miliamperes
Para poder expresar en miliamperes, aplicamos la notación científica y recorremos tres lugares a la derecha de la cantidad que tenemos.
Es decir 83mA
Problema 2.- La intensidad de la corriente eléctrica en un circuito es de 55 mA. ¿Cuánto tiempo se requiere para que circulen por el circuito 90 Coulombs? Exprese el resultado en horas.
Solución:
A diferencia de nuestro primer problema, en este ejercicio nos piden calcular la variable del tiempo, cuando sabemos que circula una corriente y a través de dicho circuito pasan 90 Coulombs de carga, entonces para poder resolver, simplemente debemos recoger nuestros datos y posteriormente despejar al tiempo de la fórmula de la corriente.
Datos:
a) Obteniendo el tiempo
Para poder obtener el tiempo, hemos dicho que necesitamos despejar a la variable de tiempo en la fórmula de la corriente:
Despejando a “t”
Una vez teniendo el despeje, podemos sustituir en nuestra fórmula:
Por lo que obtenemos, un valor de 1636.36 segundos
Ahora vamos a convertir ese tiempo en segundos, expresados en horas.
b) Expresar el tiempo en horas
Para poder expresar en horas el tiempo, basta con realizar la operación con su factor de conversión.
Es decir que tenemos un total de 0.454 horas, cerca de 46 minutos.
Problema 3.- ¿Cuántos electrones pasan cada 3 segundos por una sección de conductor donde la intensidad de la corriente es de 5 Amperes?
Solución:
Si ya hemos calculado en el primer problema el valor de la corriente, en el segundo problema el valor del tiempo, ahora veamos como obtener el valor de la carga teniendo las dos variables dichas anteriormente, y después convertirlas a electrones, para ello primero comencemos con agrupar nuestros datos y después realizar el despeje.
Datos:
a) Obtener el valor de la carga
Para obtener el valor de la carga, primero recordemos la fórmula de la corriente:
Si despejamos a la carga, esto quedaría de la siguiente manera:
Ahora si podemos sustituir nuestros datos en la fórmula:
Para poder encontrar el valor de los electrones, solamente haríamos la conversión de unidades.
Un valor de 93.6×10^(18) electrones y con ello hemos resuelto los ejercicios.
