La corriente eléctrica es el movimiento orientado o dirigido de partículas cargadas a través de la sección de un conductor.
Una de los recursos que más se utilizan diariamente es la electricidad. Es prácticamente inimaginable como sería la vida en el planeta sin contar con este preciado recurso. Imaginaos que de un día para otro no podéis usar el móvil o el ordenador, o tenéis que prescindir de la tele. Estoy seguro que el efecto en nuestras vidas seria destructor. Pero, ¿sabéis que es la corriente eléctrica o a que principios físicos obedece? En el siguiente artículo mostramos una explicación de los principales conceptos sobre esta tecnología.
Definición de la Corriente Eléctrica
La corriente eléctrica no es más que el movimiento de partículas cargadas a través de un conductor. Es decir, siempre que se trasladen ordenadamente partículas cargadas se establece una corriente eléctrica.
Estas partículas en movimiento pueden ser de diferentes tipos. Por ejemplo, en los conductores metálicos dichas partículas son electrones libres. Por otro lado, en los electrolitos y conductores gaseosos son iones cargados positiva o negativamente, incluso ambos simultáneamente. Este movimiento de partículas cargadas no puede ser observado directamente, por el contrario, es posible apreciar su existencia a partir de la acción o influencia que esta produce. Un conductor, por el que circula una corriente eléctrica, generalmente se calienta. Por otro lado, la corriente eléctrica puede variar la composición química de un conductor y ejercer una acción magnética.
Intensidad de la Corriente Eléctrica
El hecho de que en un circuito eléctrico se establezca una corriente eléctrica significa que a través de la sección transversal del conductor se trasladan constantemente partículas cargadas. La carga total de estas partículas en una unidad de tiempo sirve como base para definir la magnitud física que caracteriza la corriente eléctrica. Esta magnitud se denomina intensidad de la corriente eléctrica I. Para calcular el valor de esta magnitud, es necesario medir la cantidad de carga eléctrica que atraviesa la sección de un conductor y dividirla entre el intervalo de tiempo que se emplea para medir esta cantidad de carga, es decir:
En el caso de la corriente eléctrica continua, que es la que nos interesa, la intensidad de la corriente es constante, es decir, no varía en el tiempo. La Intensidad de la corriente eléctrica es una magnitud escalar y esta pude ser designada como positiva o negativa.
En el Sistema Internacional de Medida SI, la intensidad de la corriente eléctrica se mide en ampere (A). Esta unidad se establece sobre la base de la interacción magnética de la corriente. Para medir la intensidad de la corriente de manera práctica se utiliza un dispositivo conocido como amperímetro.
Fuerza Electromotriz
Para que exista una corriente eléctrica constante no basta solamente con que por un conductor circulen partículas cargadas. Por ejemplo, si colocáis un conductor dentro de un campo eléctrico se produce un movimiento de las partículas cargadas, pero la corriente eléctrica generada tiene una duración muy breve. Para mantener continuamente esta corriente eléctrica es necesario que exista un campo eléctrico constante.
Por consiguiente, para sustentar una corriente eléctrica continua es necesario que actué una fuerza constante en determinado sentido sobre las partículas cargadas. O sea, debe existir una tensión constante aplicada en los extremos del conductor, es decir, debe haber una fuente que le ceda energía.
Fuerzas no Coulombianas
En estas fuentes de suministro actúan fuerzas coulombianas, pero para poder mantener la corriente eléctrica deben actuar otras fuerzas que no sean potenciales o de origen electrostático. Estas fuerzas son conocidas como fuerzas no coulombianas y son las que provocan el movimiento de las partículas cargadas dentro de las fuentes de corriente. En la práctica, estas fuentes son los generadores de las centrales eléctricas, los elementos galvánicos, los acumuladores, entre otros.
Como resultado de la acción de dichas fuerzas, en los bordes de las fuentes aparecen partículas con cargas de signos contrarios generando por ende una determinada tensión. En el interior de las fuentes las cargas se mueven bajo la acción de las fuerzas no coulombianas contra la fuerza del campo eléctrico.
La naturaleza de las fuerzas no coulombianas puede ser muy variada. Por ejemplo, en los generadores de las centrales eléctricas, esta fuerza es la que actúa sobre los electrones que se mueven en el interior de los conductores. En las baterías estas fuerzas son de origen electromagnético producto de procesos químicos.
La acción de las fuerzas no coulombianas caracteriza una magnitud física muy importante llamada fuerza electromotriz fem. Esta no es más que la relación que existe entre el trabajo realizado por las fuerzas no coulombianas al trasladar una partícula cargada a lo largo de un circuito, y el valor de dicha carga.
O sea:
La fem se mide en volt (V) en el SI y es una magnitud escalar que puede ser positiva o negativa.
Corriente eléctrica en los diferentes medios
Materiales de diferentes estructuras cristalinas posean diferentes capacidades para conducir la corriente eléctrica. Esto indujo la idea de que las propiedades eléctricas de diferentes sustancias están en dependencia del número de electrones libres en su estructura. Algunas sustancias poseen un gran número de partículas cargadas libre y por tanto conducen fácilmente la corriente eléctrica. Estas sustancias son denominadas como conductores y ejemplos de estos son los metales, soluciones acuosas, sales electrolíticas fundidas entre otros. Por otro lado, algunas sustancias con pocas partículas cargadas libres conducirán débilmente la corriente eléctrica y son denominadas aisladores. Algunos ejemplos de aisladores son el ámbar, la porcelana, el vidrio, la ebonita, etc.
Corriente Eléctrica en los Metales
Experimentos realizados con conductores metálicos demostraron que en esto materiales son los electrones libres lo que intervienen en la conducción eléctrica. Las pruebas más convincentes de ello fueron los experimentos realizados por Mandelstam y Papalaxi en 1913, y Tollman y Sturat en 1916. Los primeros realizaron una serie de experimentos de carácter cualitativo, mediante los cuales se observó el hecho de que en una bobina de alambre que efectúa rotaciones alrededor de un eje, aparecía una corriente. Los segundos, con experimentos similares, obtuvieron resultados cuantitativos de este efecto.
Los mejores conductores eléctricos metálicos son el cobre, el oro, el hierro, la plata y el aluminio y sus aleaciones. Los valores de la conductividad de los metales se dan en un por ciento del total de dicho valor para el cobre puro por un acuerdo internacional. Siendo así, por ejemplo, la plata tiene un valor de conductividad de 103% en referencia al cobre. No obstante, el material principal utilizado en los conductores para transportar cargas de alta tensión, es el aluminio aún con una conductividad de solo el 60% con respecto al cobre. Esto está dado por la ligereza de este material y lo eficiente que resulta para las líneas aéreas de alta tensión.
Corriente Eléctrica en los Gases
Los gases, normalmente no son conductores de la electricidad. Sin embargo, bajo determinadas condiciones es posible lograr en ellos conductividad eléctrica. Los rayos que se producen en las tormentas eléctricas, el arco eléctrico y las descargas en los anuncios luminosos son algunos de los fenómenos que evidencia que los gases pueden conducir la corriente eléctrica.
Para lograr que un gas conduzca la corriente eléctrica es necesario someterlo a un proceso conocido como ionización. Este proceso es un fenómeno químico mediante el cual se producen iones, que no son más que partículas cargadas eléctricamente. Para que se produzca la conducción, es necesario la acción de un campo eléctrico que ponga en movimientos estos iones cargados.
Conclusiones
Hemos podido conocer cuáles son las condiciones necesarias para que se produzca una corriente eléctrica. En las unidades generadoras se emplean disimiles técnicas, basadas en la ley de conservación de la energía, para generar esta corriente eléctrica. Las plantas nucleares la producen al utilizar la energía calorífica desprendida por los procesos de fisión nuclear. Este calor convertir el agua en vapor la que a su vez actúa como combustible para mover los generadores.
Por otro lado, en las baterías de nuestros móviles se producen procesos químicos que ocurren entre sus materiales. Por ejemplo, en una batería de litio, este metal se ioniza fácilmente generando iones de litios con carga positiva. Los electrones emitidos mediante la ionización son capturados por el cátodo generándose así el flujo de corriente eléctrica.
Como podéis observar, en ocasiones recursos que empleamos comúnmente también tienen un principio físico. Han sido necesarios muchos estudios, diseños y mejoras constantes para contar con la corriente eléctrica, la cual nos parece algo de lo más común en el mundo actual, pero sin la cual, nada sería igual.