Fundamentos de Electrodinámica: Corriente Eléctrica, Efectos y Fuentes

Electrodinámica: Conceptos Fundamentales

Electrodinámica: Parte de la física encargada del estudio de las cargas eléctricas en movimiento.

¿Qué es la Corriente Eléctrica?

Corriente eléctrica: Es el movimiento ordenado y permanente de las cargas eléctricas (generalmente electrones) a través de un material conductor, bajo la influencia de un campo eléctrico.

Sentido Convencional de la Corriente

Por convención, se escoge como sentido de la corriente eléctrica el sentido en el cual fluirían las cargas positivas, es decir, del potencial más alto al potencial más bajo (del polo positivo hacia el polo negativo de una fuente).

Corriente Convencional

Es una corriente imaginaria constituida por cargas positivas que se desplazan en sentido opuesto al movimiento real de los electrones (cargas negativas) en la mayoría de los conductores metálicos.

Efectos de la Corriente Eléctrica

La corriente eléctrica es de gran importancia y utilidad debido a los efectos que produce en los conductores que atraviesa y en sus alrededores. Entre ellos tenemos:

• Efecto térmico (Efecto Joule): La energía eléctrica se transforma en energía calorífica debido a que la corriente eléctrica que atraviesa el conductor produce que este se caliente. Ej.: hornilla eléctrica, plancha eléctrica, calentador de agua, resistencias calefactoras.
• Efecto químico: Algunas sustancias (electrólitos) son descompuestas o alteradas químicamente al ser atravesadas por una corriente eléctrica, un proceso conocido como electrólisis. Cuando las soluciones acuosas son conductoras de corriente, se llaman soluciones electrolíticas. Ej.: recubrimiento de metales (galvanoplastia), carga de baterías.
• Efecto magnético: Alrededor de los conductores que transportan corriente eléctrica se producen campos magnéticos. Este es el principio de funcionamiento de muchos dispositivos. Ej.: electroimanes, motores eléctricos, relés, aparatos eléctricos de medición, transformadores.
• Efecto lumínico: Ocurre cuando, al pasar la corriente eléctrica a través de ciertos materiales (como un filamento o un gas), la energía eléctrica se transforma en energía luminosa. Ej.: bombilla incandescente, tubos fluorescentes, diodos emisores de luz (LEDs).
• Efecto fisiológico: Consiste en el paso de corriente a través de organismos vivos, pudiendo causar desde contracciones musculares hasta quemaduras o paro cardíaco, dependiendo de la intensidad y el camino de la corriente. Se aplica de forma controlada en electromedicina (ej., desfibriladores, electroterapia) pero también presenta riesgos (ej., electrocución).

Fuentes de Corriente Eléctrica

Para mantener una corriente eléctrica de forma continua, se necesita una fuente que establezca y mantenga una diferencia de potencial (voltaje) entre dos puntos y que suministre la energía necesaria. Estas fuentes, también llamadas generadores, transforman otras formas de energía en energía eléctrica. Las principales fuentes pueden ser:

• Generadores químicos (pilas y baterías): Utilizan reacciones químicas internas (reacciones redox) que liberan energía para mantener la diferencia de potencial entre sus polos o terminales.
• Generadores electromagnéticos (basados en inducción magnética): Al variar un campo magnético a través de un circuito (o mover un conductor en un campo magnético), se induce una fuerza electromotriz (voltaje) que puede generar una corriente eléctrica. Este fenómeno es la inducción electromagnética, descubierta por Michael Faraday y Joseph Henry. Es el principio de los alternadores (en centrales eléctricas) y dínamos.
• Generadores termoeléctricos: Transforman directamente el calor (energía térmica) en energía eléctrica, basándose en el efecto Seebeck (diferencia de temperatura entre dos uniones de metales distintos genera un voltaje).
• Generadores fotovoltaicos (basados en el efecto fotoeléctrico): Convierten la energía de los fotones de luz que inciden sobre ciertos materiales semiconductores directamente en energía eléctrica mediante la liberación de electrones (efecto fotoeléctrico). Es la base de las células solares.
• Generadores piezoeléctricos (basados en el efecto piezoeléctrico): Generan una diferencia de potencial eléctrico cuando ciertos cristales (como el cuarzo) son sometidos a presión mecánica (compresión o dilatación). El efecto piezoeléctrico produce voltajes, aunque la energía generada suele ser pequeña; se usa en sensores, micrófonos y encendedores.

Intensidad de Corriente Eléctrica (I)

Se define como la cantidad de carga eléctrica (Q) que atraviesa una sección transversal de un conductor por unidad de tiempo (t).

I = Q / t

Unidad de Intensidad: El Amperio (A)

La unidad de intensidad de corriente en el Sistema Internacional (SI) es el amperio (A). Una corriente tiene una intensidad de 1 amperio cuando por la sección transversal del conductor atraviesa una carga de 1 coulomb (C) en cada segundo (s).

1 A = 1 C / 1 s

Densidad de Corriente Eléctrica (J)

Es una magnitud vectorial que representa la intensidad de corriente eléctrica (I) que circula por unidad de área (A) de la sección transversal del conductor, perpendicular a la dirección del flujo de carga.

J = I / A

Indica la concentración de la corriente en un punto del conductor. En muchos casos, como cuando el campo eléctrico es uniforme dentro del conductor, la densidad de corriente es constante y las cargas eléctricas se desplazan ordenadamente.