Corriente eléctrica.
 
¿Qué es una corriente eléctrica?
 

Es posible que ya hayas observado un montaje como el que se muestra en la Fig. 1 (a o b): una pila común unida por medio de alambres (conductores) a un foco que está encendido. Decimos que ese montaje constituye un circuito eléctrico.

Ya sabemos que en los conductores metálicos (inclusive en el filamento de una lámpara, ese delgado hilo que brilla cuando se enciende el foco) hay un gran número de electrones libres.

Cuando el conjunto de electrones se une a una pila, ésta ejerce una fuerza sobre éstos: el polo positivo los atrae y el polo negativo los repele. Como los electrones están libres, se desplazan en el sentido que se muestra en la Fig. 1(b). Este movimiento de los electrones en los conductores se denomina corriente eléctrica. De manera general, tenemos:

 
Una corriente eléctrica se constituye por el movimiento ordenado de cargas eléctricas en un conductor, producido por la acción de una fuerza eléctrica. Cuando no hay corriente eléctrica en el conductor, sus electrones libres se encuentran en movimiento desordenado, en todas las direcciones, por la acción del calor.
 
 

Fig. 1 La corriente eléctrica en este circuito está formada por electrones libres en movimiento.

 
Comentario
 
Observa en la Fig. 1(b) que los electrones hacen el siguiente trayecto: a partir del polo negativo, por ejemplo, se desplazan a lo largo del alambre, pasan por el filamento de la lámpara y continúan su movimiento, dirigiéndose hacia el polo positivo. Por un proceso especial que ocurre en el interior de la pila, los electrones son transportados dentro de la pila hacia el polo negativo, continuando en circulación (de allí el nombre de “circuito” eléctrico). Por tanto, la corriente eléctrica no termina en un polo, o se origina en otro; es un continuo movimiento de cargas en cualquier punto del circuito, inclusive en el interior de la pila.
 
Sentido convencional de la corriente
 

Cuando los científicos comenzaron a desarrollar sus primeros estudios y observaciones sobre la corriente eléctrica, supusieron que ésta se originaba por el movimiento de un fluido eléctrico positivo. En el circuito de la Fig. 1, ese fluido positivo se desplazaría, fuera de la pila, del polo positivo hacia el negativo, es decir, en sentido contrario al del movimiento de los electrones.

En el siglo XX, al observarse que en los metales la corriente está constituida por el movimiento de electrones, los científicos ya estaban acostumbrados a trabajar con el sentido de la corriente de cargas positivas. Para evitar trastornos que podrían surgir de ese cambio, acordaron que sería conveniente continuar trabajando con una corriente imaginaria, de cargas positivas, para sustituir la corriente de electrones. Eso es posible porque se observó que las dos corrientes son equivalentes.

Esta corriente imaginaria de cargas positivas se denomina corriente convencional. En la figura II.15.2 mostramos el sentido de la corriente convencional (dentro y fuera de la pila), que se usa universalmente y que también utilizaremos en nuestro curso.

 
 

Fig. 2 La corriente convencional posee un sentido contrario al del movimiento de los electrones.

 
Intensidad de la corriente
 

Consideremos el alambre mostrado en la Fig. 2, en la cual se estableció una corriente (supuesta en el sentido convencional).

Supongamos que durante un intervalo t = 10 s fuera posible medir la cantidad de carga q que pasa por una sección S del alambre, encontrándose q = 30 C. Si deseáramos saber cuál es la cantidad que pasa en cada segundo por la sección del conductor, debemos, evidentemente, dividir q entre t, es decir:

 
 
 

Fig. 3 La intensidad de la corriente en una sección del conductor se da por i = q/t.

 
Ese cociente q/t es denominado intensidad de la corriente eléctrica en esa sección, normalmente representada por la letra i. Tenemos entonces para el caso analizado:
 
i = 3 C/s
 

Por tanto, ese valor de i indica que en cada segundo pasa una carga igual a 3 C por la sección considerada.

La unidad C/s, como medición de i, en el Sistema Internacional, se denomina ampere, en homenaje al científico francés André-Marie Ampère. Por tanto, tenemos:

 
i = 3 C/s = 3 A
 
En resumen:
 

Siendo q la cantidad de carga eléctrica que pasa durante un tiempo t a través de una sección S de un conductor, la intensidad de la corriente i en esa sección se define como:


En el Sistema Internacional, la unidad de i es el ampere y es igual a un coulomb entre un segundo.

 
Medición de la intensidad de la corriente
 

El aparato que nos permite medir el valor de la intensidad de la corriente eléctrica se denomina amperímetro.

En la Fig. 4, tenemos dos amperímetros conectados al circuito, uno antes y el otro después de la lámpara. Observa que están conectados de tal manera que la corriente, al medirse, pase por ellos (decimos que están intercalados en serie en el circuito). Se debe destacar que los dos aparatos están indicando el mismo valor para la corriente, es decir, la corriente tiene la misma intensidad antes y después de la lámpara. Este era un resultado ya esperado porque, en cierto intervalo, la carga eléctrica que entra en el filamento de la lámpara tiene que ser igual a la que sale de ella (no hay desviación ni retención ni desaparición de la carga eléctrica). Como observamos en la Fig. 4, la corriente es también la misma en cualquier otro punto del circuito (por las mismas razones mencionadas).

 
 

Fig. 4 La intensidad de la corriente tiene un mismo valor en cualquier punto del circuito.

 
Diferencia de potencial
 

Al establecerse un circuito como el que se muestra en la figura II.15.5, se ejerce una fuerza eléctrica por los polos A y B de la pila, haciendo que las cargas en el hilo conductor se desplacen de A hacia B (sentido convencional de la corriente). Consecuentemente, esta fuerza eléctrica realiza un trabajo sobre las cargas, transfiriéndoles cierta cantidad de energía.

Considera una carga q que se desplaza de A hacia B y T representa el trabajo realizado sobre ella, es decir, T representa la energía transferida hacia la carga q. Una magnitud muy importante para el estudio de los fenómenos eléctricos, denominada diferencia de potencial (o voltaje o tensión eléctrica) entre A y B, representada por VAB, y se define de la siguiente manera:

 

Diferencia de potencial = trabajo realizado sobre la carga entre el valor de la carga:


 
 

Fig. 5 Entre los polos A y B de la pila existe una diferencia de potencial VAB = 1.5 V.

 
Por ejemplo, en el caso de una pila seca común, se observa que, si una carga
q
= 5 C se transportara de A hacia B (Fig. 5), y se realizara un trabajo T = 7.5 J sobre esa carga, entonces, la diferencia de potencial entre los polos A y B de la pila valdría:
 
 

Este resultado significa que cada coulomb que pasa por el circuito de A a B, recibe 1.5 J de energía de la fuerza eléctrica suministrada por los polos de la pila.

Entonces, vemos que la unidad de la medida de VAB, en el Sistema Internacional, es 1 J/C.

Esta unidad se llama volt, V, en homenaje al científico italiano Alejandro Volta, considerado el inventor de la pila eléctrica. Por tanto, tenemos entre los polos de la pila seca, un voltaje VAB = 1.5 V (ese valor ciertamente ya era de tu conocimiento y ahora debes haber entendido su significado).

 
Comentarios
 
  1. Todo dispositivo que, como una pila, presenta un voltaje (o tensión) entre sus polos es capaz de establecer una corriente en un conductor unido a esos polos. Por eso, dichos dispositivos se denominan generadores o fuentes de corriente (o fuentes de tensión). En los diagramas de circuitos eléctricos, las fuentes de tensión se representan según se muestran en la Fig.6 (a).
 
 

Fig. 6 En (a) se muestra la representación usual de una fuente de tensión (una pila, por ejemplo). En (b) mostramos una batería de 12 V y en (c), una toma de corriente de 120 V.

 
  1. Una batería de automóvil, por ejemplo, es una fuente de tensión (o de corriente). La diferencia del potencial entre los polos de una batería generalmente es VAB = 12 V. Esto significa que cada Coulomb que se desplaza de A hacia B, como lo muestra la Fig.6 (b), recibe 12 J de energía. Como debes saber, existen en nuestras casas fuentes de energía de 110 V y/o 220 V, que son las fuentes de tensión usadas en los aparatos electrodomésticos (Fig. 6 (c)).
 
  1. El aparato que nos permite medir la diferencia de potencial entre dos puntos se denomina voltímetro. En la Fig. 7 vemos un voltímetro, conectado a una pila seca, indicando que entre sus polos tenemos VAB = 1.5 V.
 
Conexión de pilas
 

Ya debes haber tenido la oportunidad en varias ocasiones de juntar pilas iguales que hacen funcionar una linterna, un radio o un juguete eléctrico, etcétera.

Si pusiste atención en lo que estabas haciendo, debes haber observado que la pilas se conectaron, la mayoría de las veces en la forma mostrada en la Fig. 8: el polo positivo de la pila 1 está unido al polo negativo de la pila 2, el polo positivo de la pila 2, está unido al polo negativo de la pila 3, y, así sucesivamente. Con este procedimiento se obtiene un voltaje más elevado que con una sola pila. En esta figura, por ejemplo, tenemos un voltaje total entre A y B cuyo valor es:

 
 
 

Fig. 7 El voltaje entre dos puntos se mide por medio de un voltímetro.

 

El aparato que funcione utilizando la energía de esta unión, entonces, está unido a los puntos A y B.

Evidentemente, podremos obtener voltajes más altos si juntamos un número mayor de pilas.

La batería del automóvil es, en realidad, una unión semejante a la de la Fig. 8. Sin embargo, en este caso, cada pila de la unión (que es diferente de la pila seca) presenta un voltaje de 2 V. Entonces, una batería de 12 V, como la de la Fig. 9 (muy usada en la mayoría de los automóviles), es la unión de 6 pilas como esa.

 
Corriente continua y corriente alterna
 

En todos los circuitos eléctricos que analizamos hasta ahora, las cargas eléctricas que constituyen la corriente se desplazan siempre en un mismo sentido: del polo positivo de la fuente de tensión hacia el polo negativo (sentido convencional). En estos casos, decimos que la corriente eléctrica en el circuito es una corriente continua. Siempre que la corriente se produzca por pilas (linternas, radios, juguetes eléctricos, etc.) o por baterías de automóvil, será una corriente continua.

 
 
Fig. 8 (a) Conjunto de pilas para obtener voltajes más elevados. (b) Representación del conjunto en los diagramas de circuitos eléctricos.
 

Sin embargo, en nuestras casas, cuando conectamos un aparato (lámpara, plancha, licuadora, etc.) a una fuente de tensión, la corriente que se establece en sus alambres, no es continua. Las cargas eléctricas, en ese caso, oscilan rápidamente en el interior del alambre, moviéndose ya sea en un sentido o en sentido contrario. Una corriente de ese tipo se denomina corriente alterna.

El número de veces que el sentido de la corriente se invierte por segundo, es decir, su frecuencia, es igual a 60 ciclos/s (60 hertz) en la mayoría de las ciudades del mundo.

La corriente alterna que llega a los medidores de nuestras casas es generada en grandes plantas hidroeléctricas, termoeléctricas o nucleares, como lo estudiaremos posteriormente.

 
 

Fig. 9 La batería que se usa en un automóvil es un conjunto de pilas, cada una con
un voltaje de 2 V.

 
Responda las siguientes preguntas:
 

¿Cuál es la diferencia entre el sentido correcto de la corriente eléctrica y el sentido convencional?

 
 
¿Qué es un amperímetro?
 
 
Explique qué se entiende por voltaje.
 
 
¿Cuál es la diferencia entre la corriente continua y la corriente alterna?