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Electromagnetismo
Indice1.8. Corriente eléctrica. Ley de OhmSi
un conductor aislado es introducido en un campo eléctrico Sin embargo, en los conductores puede, en ciertas condiciones, surgir un movimiento ordenado contínuo de las cargas libres. Tal movimiento se denomina corriente eléctrica. Como dirección de la corriente eléctrica se suele tomar la dirección de movimiento de las cargas libres positivas. Para que exista corriente eléctrica en el conductor es necesario crear en él un campo eléctrico. La
medida cuantitativa de la corriente eléctrica es la llamada Intensidad de corriente (corriente)
Si la intensidad de corriente y su dirección no cambian con el tiempo, entonces esa corriente se llama constante.
En
el sistema SI la intensidad de corriente se mide en amperios
(A). La unidad de medida de corriente La correinte eléctrica constante puede ser creada solamente en un circuito cerrado, en el cual las cargas libres circulan por trayectorias cerrradas. El campo eléctrico en diferentes puntos de ese circuito no cambia con el tiempo. Por consiguiente el campo eléctrico en el circuito de corriente contínua tiene la característica de un campo eléctrostático congelado. Pero con el desplazamiento de la carga eléctrica en el campo electrostático por una trayectoria cerrada, el trabajo de las fuerzas eléctricas es igual a cero. (ver. § 1.4). Por eso para la existencia de corriente contínua es necesaria la presencia en el circuito de un dispositivo capaz de crear y mantener un diferencia de potencial en las diferentes partes del circuito por cuenta del trabajo de fuerzas de origen no electrostático. Estos dispositivos se denominan fuentes de corriente contínua. Las fuerzas de origen no electrostático que actuan sobre las cargas libres se denominan fuerzas externas. La naturaleza de las fuerzas externas puede ser muy variada. En las baterías ellas surgen como resultado de procesos electroquímicos, en los generadores de correinte contínua las fuerzas externas surgen como resultado del movimiento de los conductores en un campo magnético. La fuente de corriente en un circuito juega el mismo papel que una bomba que sirve para hacer correr líquido en un sistema hidráulico cerrado. Por acción de las fuerzas externas las cargas eléctricas se mueven dentro de la fuente de corriente en dirección contraria al campo (a las fuerzas del campo electrostático) y gracias a ello en el circuito cerrado se puede mantener la corriente eléctrica constante. Al desplazarse las cargas eléctricas en el circuito de correinte contínua, las fuerzas externas que actúan dentro de la fuente de corriente realizan un trabajo. La
magnitud física igual a la relación del trabajo
Entonces la FEM se determina por el trabajo realizado por fuerzas externas al desplazar una carga unitaria positiva. La fuerza electromotriz, lo mismo que la diferencia de potencial, se mide en Voltios (V). Cuando se desplaza una carga unitaria positiva en un circuito cerrado de corriente contínua, el trabajo de las fuerzas externas es igual a la suma de las FEM que actúan en el circuito, y el trabajo del campo electrostático es igual a cero. El circuito de corriente contínua se puede dividir en sectores determinados. Los sectores en los cuales no actúan fuerzas externas (es decir, aquellos que no contienen fuentes de corriente) se llaman homogéneos. Los sectores, que contienen las fuentes de corriente se denominan heterogéneos. Al
desplazar una carga positiva a lo largo de una parte del circuito,
trabajo realizan tanto las fuerzas electrostáticas (coulombianas),
como las externas. El trabajo de las fuerzas electrostáticas
es igual a la diferencia de potencial Dj12 = j1 j2 entre
los puntos inicial (1) y final (2) del sector no homogéneo. El
trabajo de las fuerzas externas por definición es igual a la
fuerza electromotriz
La
magnitus
El
físico alemán G. Ohm en 1826 estableció experimentalmente
que la intensidad de correinte
La
magnitud En el sistema SI la unidad de la resistencia eléctrica de los conductores es el ohm (Ohm). Una resistencia de 1 ohm tiene un sector del circuito, en el cual a una tensión de 1 V surge una corriente de 1 A. Los
conductores que se someten a la ley de Ohm se denominan lineales. La dependencia gráfica de corriente I contra tensión Para
el sector del circuito que contiene FEM, la ley de Ohm se escribe
de la siguiente forma:
Esta relación se suele llamar ley generalizada de Ohm. En
el dibujo 1.8.2 se representa un circuito cerrado de corriente
contínua. El sector (
Por
la ley de Ohm, El
sector ( De
acuerdo a la ley de Ohm para el sector no homogéneo,
Sumando
estas dos igualdades obtenemos:
Pero
Esta fórmula expresa la ley de Ohm para el circuito completo: la corriente en el circuito completo es igual a la fuerza electromotriz de la fuente, dividida entre la suma de las resistencias de los sectores homogéneo y no homogéneo del circuito. La
resitencia
La
corriente del corto circuito es la máxima corriente que se puede
obtener de la fuente dada con fuerza electromotriz En
muchos casos para evitar el peligro de la corriente de corto
circuito a la fuente se conecta una resistencia externa de balastaje.
Entonces la resistencia Si
el circuito externo está abierto, entonces Si
la resitencia externa de sobrecarga
En
el dibujo 1.8.3 se representa esquemáticamente la fuente de correinte
contínua con una FEM igual a
Para la medición de las tensiones y las corrientes en los circuitos eléctricos de corriente contínua se usan dispositivos especiales: los voltímetros y los amperímetros. Voltímetro: está disenado para medir la diferencia
de potencial que se aplica a sus cables de entrada. Ιl se conecta
en paralelo con el sector del circuito donde se lleva a cabo
la medición de la diferencia de potencial. Cualquier voltímetro
tiene cierta resistencia interna Debido a que dentro del voltímetro no actúan fuerzas externas, la diferencia de potencial en sus cables de entrada coincide por definición con la tensión. Por eso se puede decir que el voltímetro mide la tensión. Amperímetro: Está disenado para la medición
de la corriente en el circuito. El amperímetro se conecta en serie en un rompimiento
del circuito para que por él pase toda la corriente a medir. El amperímetro
también tiene una resistencia interna Los dispositivos de medición (voltímetros y amperímetros) existen de dos tipos: análogos (indicador de flecha) y digitales. Los digitales son dispositivos electrónicos complejos. Por lo general los dispositivos digitales ofrecen una medición de más alta precisión.
Ejemplo 1En un circuito eléctrico, como el que se muestra en la figura,
la resistencia de los resistores
Como la corriente que pasa por el galvanómetro G es igual a
cero, entonces a través de todos los resistores pasa una misma corriente
Por condiciones iniciales, la tensión
De donde, Para scoger una resistencia Ejemplo 2Para determinar el lugar de dano del aislamiento de un cable
de teléfono de doble línea de longitud
El dano del aislamiento en cualquier lugar es equivalente a
la conexión en ese lugar de un resistor con cierta resistencia
donde Al conectar el interruptor
Reemplazando en esta fórmula la expresión para
Al reemplazar los datos (en el sistema SI) en los coeficientes
de la ecuación, obtenemos la ecuación:
Obtenemos entonces las posibles coordenadas Lógicamente el valor |