Corriente Y Tensión Eléctrica

CORRIENTE Y TENSIÓN ELÉCTRICA
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En este tema se presentan las dos magnitudes que se emplean habitualmente para analizar los circuitos eléctricos: la intensidad de la corriente eléctrica y la tensión o diferencia de potencial entre dos puntos del circuito. Antes de ello se recuerdan las ideas fundamentales del comportamiento de los materiales frente a la acción de los campos eléctricos.1.1 MATERIALES CONDUCTORES Y AISLANTES

Existen tres tipos fundamentales de materiales, de acuerdo con su comportamiento eléctrico:
• Conductores
• Aislantes
• Semiconductores
En los apartados siguientes se analiza la respuesta de los dos primeros ante la aplicación de un campo eléctrico. Los materiales semiconductores serán tratados con profundidad en el capítulo 4.

1.1.1MATERIALES CONDUCTORES

Los conductores son materiales o elementos cuyos electrones de valencia pueden ser extraídos fácilmente del núcleo que les corresponde. De esta forma, se convierten en fuentes de electrones libres, capaces de producir una corriente eléctrica.

1.1.1.1 Estructura

Los conductores por excelencia son los metales. Estos forman redes de iones en los que cada átomo cede suselectrones de valencia para formar una nube de electrones libres. La nube negativa hace de aglutinante de los iones positivos, apantallando la repulsión y manteniéndolos unidos. En la Figura 1.1 se muestra de manera simplificada, la red de átomos del aluminio.
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Figura 1.1: Enlace metálico del aluminio

1.1.1.2 Conductores bajo la acción de un campo eléctrico

Puesto que unconductor dispone de una nube de electrones libres, la aplicación de un campo eléctrico provocará un movimiento de cargas. Este fenómeno presenta una cierta analogía con el movimiento de los cuerpos en el campo gravitatorio.
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Figura 1.2: Analogía de los campos gravitatorio y eléctrico
La fuerza de la gravedad es equivalente a la que ejerce el campo eléctrico, mientras que ladiferencia de alturas se corresponde con la diferencia de potencial ([pic]). La intensidad de la corriente eléctrica es el número de portadores de carga que atraviesa una sección del conductor por unidad de tiempo.
Obsérvese que aunque el movimiento de los electrones es relativamente lento, la propagación de este movimiento en el interior del conductor se produce casi instantáneamente (a lavelocidad de la luz: 3 108 m/s).
Obviamente, la situación representada en la Figura 1.2 es una tosca aproximación al fenómeno de la conducción eléctrica en los materiales. En realidad los electrones libres interaccionan tanto entre ellos como con los iones positivos. Como resultado de estos choques se produce un consumo de energía, que se caracteriza mediante el parámetro llamado resistencia eléctricadel conductor. En el apartados 1.4 de este tema se estudia con más detalle este parámetro.

1.1.1.3 Conductores en equilibrio electrostático

Cuando en el interior de un conductor no se tiene movimiento neto de carga, se dice que está en equilibrio electrostático. En esta circunstancia, el conductor presenta las siguientes propiedades:
1. El campo eléctrico en el interior del conductor esnulo: En caso contrario, sobre los electrones libres actuaría una fuerza capaz de moverlos. En consecuencia, la diferencia de potencial entre dos puntos del interior del conductor es nula.
2. En el interior del conductor no existe carga eléctrica neta: En efecto, la carga del conductor sólo puede estar distribuida en la superficie del conductor, ya que si hubiera carga interior tambiénexistiría un campo eléctrico interior.
3. El campo eléctrico sobre la superficie del conductor es perpendicular a la misma: De otro modo existirían fuerzas tangenciales capaces de provocar el movimiento de los electrones.

1.1.2 MATERIALES AISLANTES

Los materiales aislantes ideales son aquellos que no permiten el establecimiento de una corriente eléctrica.

1.1.2.1 Estructura

Se trata de...