CORRIENTE ELECTRICA Es el fenómeno físico que consiste en el movimiento de los portadores de carga (electrones, iones positivos y iones negativos) en medios diversos y el vacío, por causas mecánicos o por campos eléctricos. Las cargas pueden ser: a) En los metales los portadores son los electrones b) En los semiconductores los portadores pueden ser electrones o huecos c) En los electrolitos los portadores pueden ser iones positivos o iones negativos d) En los gases los portadores pueden ser electrones o iones + + + + + + + + + + + + + + - - - + + + V + + + ++ + + +
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CORRIENTE ELECTRICA Es el fenómeno físico que consiste en el movimiento de los portadores de carga (electrones, iones positivos y iones negativos) en medios diversos y el vacío, por causas mecánicos o por campos eléctricos.
Las cargas pueden ser:
a) En los metales los portadores son los electrones
b) En los semiconductores los portadores pueden ser electrones o huecos
c) En los electrolitos los portadores pueden ser iones positivos o iones negativos
d) En los gases los portadores pueden ser electrones o iones
+ + + + + + +
+ + + + + + +
- - -
++ +V + +
+ ++ + + +
INTENSIDAD DE CORRIENTE ELECTRICA ( I ).- Esta dada por la cantidad de carga eléctrica (Q) que atraviesa una sección A en la unidad de tiempo (t).
Las cargas que atraviezan la superficie positivas, negativas o de ambos signos
SENTIDO DE LA CORRIENTE.- Por convención esta dada por el de la velocidad de los portadores de carga positivos o del vector densidad de corriente J.
Cargas positivas
Instante: t Instante: t+t
Sentido de la corriente de las cargas positivas
Cargas negativas
Instante: t +t Instante t Sentido de la corriente de las cargas negativas
J
J
DENSIDAD DE CORRIENTE ( J ).- Es un vector cuyo modulo representa la rapidez del transporte de carga a través de la unidad de área normal a la corriente, cuya dirección esta dada por el de la velocidad de los portadores de carga positivos
Relación entre J y la velocidad de los portadores de carga
Si se define la carga neta contenida en un volumen V como Q = n q V donde n es el número de portadores móviles por unidad de volumen y q la magnitud de carga de cada portador.
Remplazando en:
Siendo v la velocidad promedio de las cargas.
Si los portadores de carga son + , v es + , J es positivo
Si los portadores de carga son - , v es - , J es positivo.
La corriente para un movimiento de portadores de carga positivas y portadores de carga negativas es:
I = n (+q) (+vd) A + n (-q) (-vd) A
La dirección de la corriente es el del vector densidad de corriente J, que es la dirección del flujo de cargas positivas.
La figura muestra elvolumen V = x A y los portadores de carga eléctrica.
Y
X
Z
LEY DE OHM
Esta ley no es aplicable a todos los medios o materiales, pero se cumple para muchos metales a una determinada temperatura constante.
“El cociente de la diferencia de potencial ( V ) entre la corriente que pasa por un alambre es constante”.
MATERIALES OHMICOS Y NO OHMICOS.-MATERIALES OHMICOS.- Son elementos donde la resistencia no depende ce la diferencia de potencial ni de la intensidad de corriente. La pendiente de la grafica es constante.
MATERIALES NO OHMICOS.- Son aquellos elementos donde la resistencia depende de la magnitud de la intensidad de corriente. No cumple con la ley de Ohm. Para elementos semiconductores y para electrolitos las pendientes de estas graficas no son constantes.
RESISTENCIA ELECTRICA ( R ).
Representa la dificultad que un medio ofrece al paso de la corriente. Se define como el cociente de la diferencia de potencial (V) a la cual es sometido el medio y la intensidad de la corriente ( I ) que la atraviesa .
MODELO DE CONDUCCION ELECTRICA.
El modelo considera que los conductores metálicos son arreglos regulares de átomos, que contiene una gran cantidad de electrones libres.
Los electrones libres se mueven aleatoriamente como lo hacen las moléculas de un gas contenido en un recipiente, con una rapidez media del orden de 106 m/s.
Si no hay campo eléctrico el flujo neto de carga o electrones libres a través de una determinada sección es nulo.
(a) (b)
Cuando el conductor es sometido a un campo eléctrico (E), los electrones modifican sus movimientos aleatorios siendo arrastrados en sentido opuesto al campo eléctrico E, con una velocidad de arrastre vd del orden de 10 –4 m/s.
El campo eléctrico E entrega a los electrones libres se pierde en choques inelásticos con los núcleos o iones incrementando la energía térmica de los átomos.
El campo eléctrico acelera a los electrones libres de masa m que por los constantes choques con los iones o núcleos, podemos considerar una velocidad media de arrastre de los electrones vd y el tiempo entre choques
Trayectoria promedio aleatoria de un electrón, cuando no hay campo eléctrico E = 0
Trayectoria aleatoria de un electrón modificado por el campo eléctrico ( F = Eq )
--
E
-
-
Em2Γqv
m2Eqvta
21vv ddmd
tavvmEq
amF
a o
Pero:
Remplazando J = E o
En la relación si y son independientes del campo eléctrico
entonces son independientes de de la conductividad eléctrica y esta será constante y el
conductor obedece a la ley de ohm
RESISTIVIDAD ( ) En el modelo de conducción se pone en evidencia que la resistividad depende del arreglo molecular del medio, de las impurezas, de la vibración molecular y otros factores. Es una característica particular de cada medio
La resistividad del conductor metálico se define
J
E
RESISTENCIA DE UN CONDUCTOR METALICO.
Depende del material ( características microscópicas: ) y las características geométricas.
Si:
L = Longitud recorrida por la corriente ( m ).
A = Área de sección por el cual pasa la corriente ( m2)
= Resistividad del material ( .m )
L
A
I I
ρ
VARIACIÓN DE LA RESISTENCIA CON LA TEMPERATURA
La resistencia del medio por el cual pasa la corriente depende de varios factores. Para determinados conductores metálico su resistividad aumenta con la temperatura creciente.
COEFICIENTE TERMICO DE LA RESISTIVIDAD ( t )
0 = resistividad a una temperatura referencial T0
Remplazando
= 0 ( 1 + t T )
Tabla de resistividad y coeficiente térmic0:
Sustancia Resistividad a 20°C Coefi. Térmico
Cobre 1,69 x 10 –8 m 3,9 x 10 –9 /°C
Plata 1,59 x 10 –8 m 3,8 x 10 –9 /°C
Aluminio 2,83 x 10 –8 m 4,0 x 10 –9 /°C
Silicio 2,30 x 10 3 m -5,0 x 10 –4 /°C
Despreciando los efectos de la dilatación del material, puede considerarse que la resistencia (R) es proporcional a la resistividad ():
R = R0 ( 1+ t T )
( .m)
Semiconductor
T (K)
Resistencia en :
CONDUCTORES METALICOS.- Su resistividad aumenta al aumentar la temperatura
SEMICONDUCTORES.- Su resistividad disminuye al aumentar la temperatura y al disminuir la temperatura su resistividad aumenta
SUPER CONDUCTORES.- Su resistividad disminuye al disminuir su temperatura, pero al llegar a cierta temperatura critica Tc, su resistividad cae súbitamente a cero experimentando el fenómeno de la superconductividad
Conductor metálico
( .m)
T (K)
( .m)
Súper conductor
T (K)
ASOCIACION DE RESISTENCIAS .
RESISTENCIA EQUIVALENTE (Req).- Es aquella resistencia entre dos puntos ( a y b ) capaz de remplazar o sustituir a un conjunto de resistencias, permitiendo el paso de la misma corriente a la misma diferencia de potencial
RESISTENCIA EN SERIE.- Es aquella disposición ente dos puntos (a y b) el la cual la corriente que atraviesa por cada resistencia es la misma e igual a la que atraviesa por la resistencia equivalente.
Propiedades de n resistencias en serie:
I1 = I2 = I3 = ..................... = In = IE
V1 + V2 + . . . . . . . . . . . . . + Vn = VE
Req = R1 + R2 +. . . . . . .+ Rn
RESISTENCIAS EN PARALELO.- Es aquella disposición de resistencias entre dos puntos (a y b), en la cual la diferencia de potencial en cada una de ellas es la misma que es igual a la diferencia de potencial de la
