Fisica

FÍSICA II – Tema 1

Corriente eléctrica

P. A. Tipler • G. Mosca Copyright © 2004 by W. H. Freeman & Company

Corriente eléctrica
• Es el flujo neto ordenado de carga eléctrica
+ + +
A

+

A

+ + + +

Hay movimiento a través de la superficie A pero no hay corriente.

Hay corriente porque el flujo neto de carga a través de A no es cero.

r • Origen: está en un campoeléctrico, E, que
provoca el movimiento de la carga.

r E
+ −

• Portadores de carga: partículas cargas eléctricamente que pueden moverse.

Medios conductores
• Metales: los portadores son los electrones de valencia.
Los átomos de la red son iones positivos con lo que el metal es, en conjunto, neutro. Cualquier exceso de carga se disipa con rapidez.

Los electrones acelerados por camposeléctricos chocan con los iones de la red con lo que: El valor medio de la velocidad de los electrones en la dirección de su movimiento (velocidad de arrastre) es mucho menor que la velocidad debida al movimiento aleatorio. Los electrones transfieren parte de su energía cinética a los iones de la red, originándose vibraciones y calor (efecto Joule).

• Disoluciones: los portadores (cationes) ynegativos (aniones).
El movimiento de los cationes y los aniones produce corriente eléctrica en el mismo sentido. Por conveniencia la corriente define de positivo a negativo. se

son

iones

positivos

• Gases ionizados en tubos de descarga: los portadores son iones positivos y electrones.
Los electrones son más ligeros y móviles. Se producen efectos en cascada. Tubos fluorescentes.

• En elcaso de los metales, el número de cargas eléctricas libres por unidad de volumen es muy grande, ya que en un sólido hay del orden de 1022 – 1023 átomos/cm3 • Esta alta densidad de cargas en movimiento permite tratar al medio conductor como un fluido ya que los elementos de volumen contienen un gran número de cargas. • A cada elemento de volumen, que matemáticamente es puntual, se le asocia elpromedio a todas las cargas que contiene de la magnitud física de que se trate.

dv’

V
r r'

O

Tipos de corrientes
• De convección: en ellas hay un transporte de masa que arrastra con él a las partículas cargadas. Por ejemplo, esto ocurre en las tormentas.

• De conducción: se dan en medios, en general, neutros y en reposo. Son las corrientes que se van a estudiar en este tema.

1.1Intensidad de corriente
• Es la carga que atraviesa por unidad de tiempo la sección transversal de un medio conductos.

I media =

Δq Δt

⇒ I instantánea = lim

Δq dq = Δt → 0 Δt dt

• Unidad: en el SI es el Amperio:

1A=

1Culombio C =1 1segundo s

• I representa la velocidad de transporte de la carga a través de una superficie dada.

1.2 Densidad de corriente
r vδt
q qr n da

r vd :

N: densidad de portadores de carga q velocidad de desplazamiento o de arrastre (se supone igual para todos los portadores).

q q

δ t: tiempo.

r r r r δQ Nq δV Nq un ⋅ v δ t ⋅ da dI = = = = Nq u n ⋅ v da δt δt δt
• Para varios portadores de carga:

r r n ⋅ vδ t

Corriente que atraviesa el área da

r⎞ r r⎞ r ⎛ ⎛ dI = ⎜ ∑ N i qi vi ⎟ ⋅ un da = ⎜ ∑ N i qi vi ⎟ ⋅ da ⎝i ⎠ ⎝ i ⎠

6 8 7 vector con dimensiones de I/Área

• Este vector define la densidad de corriente
r ⎛ J =⎜ ⎜ ⎝

r J:

∑
i

r⎞ N i q i vi ⎟ = ⎟ ⎠

∑
i

s ρi vi

ρi es la densidad de carga de los portadores de tipo i.
Se mide en A/m2.

•

es un vector definido en cada punto del espacio cuya dirección es la del flujo de corriente.

r J

• La intensidad de corriente es elflujo del vector través de una superficie: r

r Ja

I=

∫∫

r r J ⋅ da

J

S

r da
S

J=

dI da

• Si S es cerrada, I es la corriente neta que atraviesa S.

Densidad superficial de corriente
r r El vector K es análogo a J en 3D
r K
Dirección: la del flujo de carga
ΔQ = K Δl Δt

Δl
S

Módulo: intensidad de corriente por unidad de longitud, a través de una línea...