2.3: Carga y Corriente
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Como ya se señaló, la carga es una fuerza atractiva. Se denota por la letra\(Q\) y tiene unidades de culombios. Los electrones están cargados negativamente y los protones están cargados positivamente. Todos los electrones y protones exhiben la misma magnitud de carga, aproximadamente 1.602E−19 culombios. Así, un culombio es equivalente a la carga exhibida por aproximadamente 1/1.602E−19, o 6.242E18 electrones. Además, las cargas opuestas se atraen mientras que las cargas similares se repelen, similares a los polos de un imán.
Es posible mover la carga de un punto a otro. La tasa de movimiento de carga a lo largo del tiempo se llama corriente. Se denota con la letra\(I\) y tiene unidades de amperios (o amperios) 1. Un amperio de corriente se define como un culombio por segundo.
\[1 \text{ amp } \equiv 1 \text{ coulomb } / 1 \text{ second } \label{2.1} \]
Es decir, un amplificador se puede visualizar como aproximadamente 6.242E18 electrones que pasan a través de un cable en un periodo de un segundo. Considere la Figura 2.3.1 .
Figura 2.3.1 : Definición de la corriente como flujo de carga a través de un cable.
Aquí tenemos un cable con electrones que fluyen a través de él en la dirección de la flecha. Cortamos este alambre con un plano imaginario, dejándonos con el disco resaltado. Ahora imaginemos que podríamos contar el número de electrones que pasan por este disco en el transcurso de un segundo. Porque conocemos la carga que posee un electrón, simplemente multiplicamos el número de electrones por la carga para cada uno para producir la carga total, y así llegamos a la corriente. Como fórmula:
\[I = Q / t \label{2.2} \]
donde
- \(I\)es la corriente en amperios,
- \(Q\)es la carga en culombios,
- \(t\)es el tiempo en segundos.
Una analogía común para la corriente eléctrica es el flujo de agua a través de una tubería o río. Así como podemos imaginar el flujo de agua como “galones o litros por minuto”, imaginamos la corriente eléctrica como “culombios por segundo”.
En el transcurso de medio segundo, cierta batería entrega una carga de tres culombios. Determinar la corriente resultante.
Solución
\[I = \frac{Q}{t} \nonumber \]
\[I = \frac{3C}{0.5s} \nonumber \]
\[I = 6 A \nonumber \]
Un dispositivo entrega una corriente de 25 mA. Determinar la carga transferida en dos segundos junto con el número total equivalente de electrones.
Solución
\[I = \frac{Q}{t} \nonumber \]
\[Q = I \times t \nonumber \]
\[Q = 25 mA \times 2s \; \text{ from Definition \ref{2.1}, amp-seconds is coulombs} \nonumber \]
\[Q = 50 mC \nonumber \]
Como un culombo equivale a 6.242E18 electrones, simplemente multiplique para encontrar el número total de electrones transferidos.
\[\text{Total electrons } = Q \times \text{ number of electrons per coulomb } \nonumber \]
\[\text{Total electrons } = 50 mC \times 6.242E18 \nonumber \]
\[\text{Total electrons } = 3.121E17 \text{ electrons} \nonumber \]
En suma, cuanto mayor sea la carga transferida dentro de un periodo de tiempo determinado, mayor será la corriente. Los sistemas eléctricos y electrónicos modernos podrían lidiar con corrientes de bajo un picoamplificador o, en el otro extremo, miles de amperios. Esa es una gama asombrosa. Es aproximadamente equivalente a una sola gota de agua que gotea de un grifo con fugas cada segundo en comparación con 1000 veces el flujo de agua sobre las Cataratas del Niágara.
Referencias
1\(I\) significa\(I\) ntensidad (de corriente), y fue llamado así por André-Marie Ampère.