Carga: es una propiedad
eléctrica de las partículas atómicas de las que se compone la materia, medida
en coulomb (C).
Cabe
señalar los siguientes puntos sobre la carga eléctrica:
1.
El coulomb es una unidad grande para cargas. En 1 C de carga, hay 1/(
electrones. Así, valores realistas o de
laboratorio de carga son del orden de pC, nC o µC
2.
De acuerdo con observaciones experimentales, las únicas cargas que ocurren en
la naturaleza son múltiplos de la carga electrónica
3.
La ley de la conservación de la carga establece que la carga no puede ser
creada ni destruida, solo transferida. Así, la suma algebraica de las cargas
eléctricas en un sistema no cambia.
Una
característica peculiar de la carga eléctrica o electricidad es el hecho de que
es móvil; esto es, puede ser transferida de un lugar a otro, donde puede ser
convertida en otra forma de energía.
Cuando
un alambre conductor (integrado por varios átomos) se conecta a una batería
(una fuente de fuerza electromotriz), las cargas son obligadas a moverse; las
cargas positivas se mueven en una dirección, mientras que las cargas negativas
se mueven en la dirección opuesta. Este movimiento de cargas crea corriente
eléctrica. Por convención se considera al flujo de corriente como el movimiento
de cargas positivas. Esto es, opuesto al flujo de cargas negativas, tal como lo
ilustra la figura 1.1
1.1 corriente eléctrica debida al flujo de una carga
electrónica en un conductor.
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Corriente:
La
corriente eléctrica o intensidad eléctrica es el flujo de carga eléctrica por
unidad de tiempo que recorre un material. Se debe al movimiento de las cargas
en el interior del material. En el sistema internacional de unidades se expresa
en C/s (culombios sobre segundos), unidad que se denomina amperio. Una
corriente eléctrica, puesto que se trata de un movimiento de cargas, produce un
campo magnético, un fenómeno que puede aprovecharse en el electroimán. El
instrumento usado para medir la intensidad de la corriente es el galvanómetro
que, calibrado en amperios, se llama amperímetro, colocado en serie con el
conductor cuya intensidad se desea medir.
La figura 1.2 muestra un
segmento de un alambre conductor de corriente en los cual los portadores de
cargas se mueven con cierta velocidad media pequeña. Si ∆Q es la carga que
fluye a través del área transversal A en el tiempo ∆t, la corriente, o
intensidad de la corriente es
I=∆Q/∆t corriente electrica
La unidad SI de intensidad
es el amperio (A):
1 A = 1 C/s
Figura 1.2 segmento de un alambre portador de corriente
Se toma como sentido de la
corriente el del flujo de cargas positivas. Esta convención fue establecida
antes de que se conociera que los electrones libres, negativamente cargados,
son las partículas que realmente se mueven y producen la corriente en un
alambre conductor. El movimiento de los electrones cargados negativamente en
una dirección es equivalente al flujo de cargas positivas en sentido opuesto.
Así pues, los electrones se mueven en sentido opuesto a la corriente. Sin
embargo, no todas las corrientes eléctricas se producen por electrones que
fluyen en un alambre. Por ejemplo un haz de protones procedente de un acelerador
produce una corriente en el sentido del movimiento de los protones cargados
positivamente. En la electrolisis, la corriente está producida por el
movimiento de iones positivos en el sentido de la corriente, más el flujo de
iones negativos en sentido contrario.
Tensión: para mover el electrón en un conductor en una
dirección particular es necesario que se transfiera cierto trabajo o energía. Este
trabajo lo lleva a cabo una fuerza electromotriz externa (fem), habitualmente
representada por la batería en la figura 1.1. Esta fem también se conoce como
tensión o diferencia de potencial. Es la energía requerida para mover una carga
unitaria a través de un elemento, medida en volts (V). En la figura 1.3 aparece
la tensión entre los extremos de un elemento (representado por un bloque
rectangular) conectados a los puntos a y b. Los signos más (+) y menos (-) se
usan para definir la dirección o polaridad de tensión de referencia
Figura 1.3 polaridad de tensión Vab
En la figura 1.4
tenemos dos representaciones de la misma tensión. En la figura 1.4a, el punto a
tiene 9 V más que el punto b; en la figura 1.4b, el punto b tiene -9 V más que
el punto a.podemos decir que en la figura 1.4a hay una caída de tensión de 9V
de a a b. En otras palabras, una caída de tensión de a a b es equivalente
a un aumento de tensión de b a a. Corriente y tensión son las dos variables
básicas en circuitos eléctricos. El término común señal se aplica a una cantidad
eléctrica como una corriente o tensión (o incluso una onda electromagnética)
que se usa para transmitir Información. Al igual que en el caso de la corriente
eléctrica, a una tensión constante se le llama tensión de cd y se le representa
como V, Mientras que a una tensión que varía senoidalmente con el tiempo se le
llama Tensión de ca y se le representa como v. Una tensión de cd la produce
comúnmente una batería; una tensión de ca la produce un generador eléctrico.
Figura 1.4 dos representaciones equivalentes de la misma
tensión Vab :a)el punto a tiene 9 V más que el punto b,
b) el punto b tiene -9 V más que el punto a.
Potencia:
es la variación
respecto del tiempo de entrega o absorción de la energía, medida en watts (W).
Esta relación se escribe como
p≜ dw/dt
Donde p es la potencia,
en watts (W); w es la energía, en joules (J), y t es el
Tiempo, en segundos
(s). La
potencia p en la ecuación
es una cantidad que varía con el tiempo y se
llama potencia instantánea. Así, la potencia absorbida o suministrada por un
elemento es el producto de la tensión entre los extremos del elemento y la corriente
a través de él. Si la potencia tiene signo +, se está suministrando o la está
absorbiendo el elemento. Si, por el contrario, tiene signo -, está siendo suministrada
por el elemento. Pero, ¿cómo saber cuándo la potencia tiene signo negativo o
positivo?
La dirección de
corriente y polaridad de tensión desempeñan un papel Primordial en la
determinación del signo de la potencia. Por lo tanto, es importante que se
preste atención a la relación entre la corriente i y la tensión
v en la figura 1.5a).
Figura 1.5 polaridad de referencia para la potencia con el
uso de la convención pasiva del signo: a) absorción de potencia, b) suministro
de potencia.
La polaridad de
tensión y dirección de corriente deben ajustarse a las que aparecen en la
figura 1.8a) para que la potencia tenga signo positivo. Esto se conoce como
convención pasiva de signos.
La convención pasiva de signos se satisface cuando
la corriente entra por la terminal Positiva de un elemento y p = +vi. Si la corriente
entra por la terminal negativa, p = –vi.
+ Potencia absorbida = - Potencia
suministrada
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