Discusión
Definiciones
Corriente
La corriente eléctrica se define como la velocidad a la que la carga fluye a través de una superficie (la sección transversal de un cable, por ejemplo). A pesar de referirse a muchas cosas diferentes, la palabra corriente se utiliza a menudo por sí misma en lugar de la más larga y formal «corriente eléctrica». El adjetivo «eléctrica» está implícito en el contexto de la situación que se describe. La frase «corriente a través de una tostadora» seguramente se refiere al flujo de electrones a través de la resistencia y no al flujo de rebanadas de pan a través de las ranuras.
Como con todas las cantidades definidas como tasa, hay dos formas de escribir la definición de corriente eléctrica -corriente media para los que alegan desconocimiento del cálculo…
| I = | ∆q |
| ∆t |
y corriente instantánea para los que no tienen miedo al cálculo…
| I = |
lim ∆t→0
|
∆q | = | dq |
| ∆t | dt |
La unidad de corriente es el ampère , que recibe su nombre del científico francés André-Marie Ampère (1775-1836). En las lenguas escritas sin acento (es decir, el inglés) se ha convertido en costumbre escribir la unidad como ampere y, en la comunicación informal, acortar la palabra a amp. No tengo ningún problema con ninguna de estas grafías. Sólo que no se utiliza la «A» mayúscula al principio. Ampère se refiere a un físico, mientras que ampère (o ampere o amp) se refiere a una unidad.
Como la carga se mide en culombios y el tiempo se mide en segundos, un ampère es lo mismo que un culombio por segundo.
| ⎡ ⎢ ⎣ |
A = | C | ⎤ ⎥ ⎦ |
| s |
La carga elemental se define como exactamente…
e = 1.602176634 × 10-19 C
El número de cargas elementales en un culombio sería el recíproco de este número: un decimal repetido con un periodo de 778,716 dígitos. Escribiré los primeros 19 dígitos, que es lo máximo que puedo escribir (ya que las fracciones arbitrarias de la carga elemental no existen).
C ≈ 6,241,509,074,460,762,607 e
Y luego lo escribiré de nuevo con un número más razonable de dígitos para que sea más fácil de leer.
C ≈ 6,2415 × 1018 e
Una corriente de un amperio es entonces la transferencia de aproximadamente 6,2415 × 1018 cargas elementales por segundo. Para los que les gustan las coincidencias, esto es más o menos lo mismo que diez micromoles.
Densidad de corriente
Cuando visualizo la corriente, veo cosas moviéndose. Las veo moviéndose en una dirección. Veo un vector. Veo algo equivocado. La corriente no es una cantidad vectorial, a pesar de mi bien desarrollado sentido de la intuición científica. La corriente es un escalar. Y la razón es… porque lo es.
Pero espera, se pone más raro. La relación entre la corriente y el área para una superficie determinada se conoce como densidad de corriente.
| J = | I |
| A |
La unidad de densidad de corriente es el amperio por metro cuadrado, que no tiene un nombre especial.
| ⎡ ⎢ ⎣ |
A | = | A | ⎤ ⎥ ⎦ |
| m2 | m2 |
A pesar de ser la relación de dos cantidades escalares, la densidad de corriente es un vector. Y la razón es, porque lo es.
Bueno… en realidad, es porque la densidad de corriente se define como el producto de la densidad de carga y la velocidad para cualquier lugar del espacio…
J = ρ v
Las dos ecuaciones son equivalentes en magnitud como se muestra a continuación.
| J = | ρ | v | ||||||||
| J = | q | ds | = | s | = | 1 | I | |||
| V | dt | A | dt | A | ||||||
| J = | I | |||||||||
| A | ||||||||||
Algo más a considerar.
I = JA = ρvA
Los lectores familiarizados con la mecánica de fluidos podrían reconocer el lado derecho de esta ecuación si se escribiera un poco diferente.
I = ρAv
Este producto es la cantidad que permanece constante en la ecuación de continuidad de la masa.
ρ1A1v1 = ρ2A2v2
La misma expresión se aplica a la corriente eléctrica con el símbolo ρ que cambia de significado según el contexto. En la mecánica de fluidos ρ representa la densidad de masa, mientras que en la corriente eléctrica representa la densidad de carga.
Descripción microscópica
La corriente es el flujo de partículas cargadas. Son entidades discretas, lo que significa que se pueden contar.
n = N/V
∆q = nqV
V = Ad = Av∆t
| I = | ∆q | = | nqAv∆t |
| ∆t | ∆t |
I = nqAv
Una expresión similar se puede escribir para la densidad de corriente. La derivación comienza en forma escalar, pero la expresión final utiliza vectores.
| J = | I | = | nqAv |
| A | A |
J = nqv
sólidos
conducción vs. electrones de valencia, conductores vs. aislantes
Movimiento de deriva superpuesto al movimiento térmico
Ampliar
Texto puente.
La velocidad térmica de los electrones en un alambre es bastante alta y varía aleatoriamente debido a las colisiones atómicas. Como los cambios son caóticos, la velocidad se promedia a cero.
Cuando un alambre se coloca en un campo eléctrico, los electrones libres se aceleran uniformemente en los intervalos entre colisiones. Estos períodos de aceleración elevan la velocidad media por encima de cero. (El efecto se ha exagerado mucho en este diagrama.)
Velocidad térmica de un electrón en el cobre a temperatura ambiente (aproximación clásica)…
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Velocidad defermi de un electrón en el cobre (valor cuántico)…
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velocidad de deriva de un electrón en 10 m de cable de cobre conectado a una batería de coche de 12 V a temperatura ambiente (tiempo libre medio entre colisiones a temperatura ambiente τ = 3 × 10-14 s)…
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La velocidad térmica es varios órdenes de magnitud mayor que la velocidad de deriva en un cable típico. El tiempo para completar el circuito es de aproximadamente una hora.
Líquidos
Iones, electrolitos
Gases
Iones, plasma
- 2:02 PM – La línea de transmisión se desconecta en el suroeste de Ohio
4. Stuart – Atlanta 345 kV
Esta línea forma parte de la ruta de transmisión desde el suroeste de Ohio hacia el norte de Ohio. Se desconectó del sistema debido a un incendio de matorrales bajo una parte de la línea. Los gases calientes de un incendio pueden ionizar el aire por encima de una línea de transmisión, haciendo que el aire conduzca la electricidad y cortocircuite los conductores.
Fuente
histórica
El símbolo I fue elegido para representar la intensidad de una corriente por el físico y matemático francés del siglo XIX André-Marie Ampère.
Ampère Para expresar en nombre la intensidad de una corriente quelconque, se concibe que se ha elegido otra corriente arbitraria como término de comparación…. Désignant donc par i et i’ les rapports des intensités des deux courants donnés à l’intensité du courant pris pour unite…. Para expresar la intensidad de una corriente en forma de número, supongamos que se elige otra corriente arbitraria para comparar…. Utilicemos i e i′ para las relaciones entre las intensidades de dos corrientes dadas y la intensidad de la corriente de referencia tomada como unidad…. André-Marie Ampère, 1826 André-Marie Ampère, 1826 (enlace de pago)
El término intensidad tiene ahora un significado no relacionado en física. La corriente es la velocidad a la que la carga fluye a través de una superficie de cualquier tamaño, como los terminales de una batería o las clavijas de un enchufe eléctrico. La intensidad es la potencia media por unidad de superficie transferida por algún fenómeno radiante -como el sonido de una autopista congestionada, la luz del Sol o las partículas de pulverización emitidas por una fuente radiactiva-. La corriente y la intensidad son ahora magnitudes diferentes con unidades distintas y usos diferentes, por lo que (por supuesto) utilizan símbolos idénticos.
| corriente | intensidad | |||||||||||||||||
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Inicio de una mesa
- 12,000 A de corriente a través de los imanes del LHC en el CERN