La Intensidad eléctrica

Resumen

La intensidad, también conocida como intensidad de corriente eléctrica, es la cantidad de carga, es decir, la cantidad de electrones que circulan por un material conductor a lo largo del tiempo.

\[ I=\frac{Q}{T} \]

Magnitud física Unidades (S.I.)
Intensidad I Amperios A
Carga Q Culombios C
Tiempo T Segundos s

 

Introducción

La corriente eléctrica (o intensidad) fue descubierta por Georg Simon Ohm y, gracias a ella, podemos controlar la luminosidad de una bombilla, el par (la fuerza) que proporciona un motor eléctrico, generar calor… Esta magnitud física, junto con el voltaje y la resistencia, son los pilares fundamentales de la electrónica.

¿Qué es la corriente eléctrica?

La intensidad eléctrica no es más que el movimiento de cargas medido en un instante de tiempo determinado. Para entenderlo, vamos a ir a nivel microscópico para entender que es esto de las cargas.

La carga eléctrica es una propiedad física que tienen algunas partículas como los protones o los electrones. Esta propiedad permite que partículas cargadas con el mismo signo se repelan y que partículas cargadas signo opuesto se atraigan (tal y como ocurre con los imanes)

Corriente eléctrica - Repulsión y atracción de cargas

En el Sistema Internacional (S.I.) la carga de mide en Coulombios.

La cantidad de electrones que hacen falta para tener 1 Coulombio es la siguiente:

\[1C\equiv 6,24\cdot 10^{18}electrones\]

Corriente eléctrica - Electrones equivalentes a un culombio

Puede ser expresado como la carga que tiene un electrón. 

\[1 electron\equiv -1,6\cdot 10^{-19}C\]

O la carga que tiene un protón

\[1 proton\equiv 1,6\cdot 10^{-19}C\]

Observar que un electrón tiene carga negativa y, en valor absoluto, es exactamente igual que la carga del protón. Este signo negativo para la carga de los electrones y positivo para la carga de los protones no es más que un consenso histórico entre científicos. Perfectamente se podría haber establecido que los electrones tienen carga positiva y que los protones tienen carga negativa. Sin embargo, los científicos a lo largo de la historia lo han establecido al contrario: los electrones tienen carga negativa y los protones tienen carga negativa.

Pues bien, en el interior de los metales existe lo que se conocen como electrones libres, es decir, electrones que no están unidos a ningún núcleo atómico y pueden moverse libremente por el material. Estos electrones libres forman una nube electrónica (que no es más que el conjunto de los electrones libres en el metal). Esta nube de electrones libres se mueve atraída (o repelida) por fuerzas eléctricas. Este movimiento de los electrones libres es conocida como corriente eléctrica intensidad eléctrica.

Corriente eléctrica - Electrones fluyendo por un cable

 

Si contamos el numero de electrones que pasan por una sección del cable, podemos saber el número de cargas que han pasado a través de una sección del cable durante un periodo de tiempo, obtenemos la fórmula de la intensidad eléctrica:
\[ I_{av}=\frac{\Delta Q}{\Delta t} \]

*No importa que sección del cable elijamos, pues la corriente  eléctrica será igual en toda. Esto se debe electrones viajan a la misma velocidad.

A la expresión anterior se le conoce como intensidad media pues representa la intensidad eléctrica media durante un periodo de tiempo (el subíndice av viene del inglés average, que significa promedio)

Si medimos la cantidad de carga que circula a través de la sección durante un instante de tiempo (y no durante un periodo de tiempo) obtenemos:

\[ i=\frac{dQ}{dt} \]

A la expresión anterior se le conoce como intensidad instantánea pues representa la intensidad eléctrica en un instante de tiempo (notar que hemos escrito la en minúscula)

Si todavía no te has sumergido en el maravilloso mundo de las derivadas y las ecuaciones diferenciales, no te preocupes por esta última fórmula, pues ya llegará el momento de entenderla.

Unidades de la intensidad eléctrica

La intensidad eléctrica se mide en Amperios (A). Esta unidad forma parte del Sistema Internacional de unidades (S.I.) y, como se ha explicado antes, no es más que la cantidad de carga (el número de Culombios) que pasan a través de una sección de un conductor a lo largo del tiempo.

De las expresiones anteriores podemos deducir que:

\[ 1A=1 \frac{C}{s}\]

Por tanto, si decimos que un componente eléctrico (por ejemplo, una bombilla) soporta un máximo de 2A (2 Amperios), estamos diciendo que soporta que pasen a través de él como máximo 2C (2 Culombios) durante 1 segundo. En otras palabras, estamos diciendo que el componente soporta como máximo el paso de 12 trillones de electrones durante 1 segundo.

Dato curioso

Como dato curioso, al principio se creía que la carga era el movimiento de protones y no el de electrones (pues los modelos atómicos de la época no eran tan precisos con la realidad con los actuales). Es por esto que, cuando se dibuja un circuito eléctrico, la intensidad se representa como una flecha que va desde el mayor potencial hasta el menor potencial eléctrico (esto del potencial eléctrico lo verás con mas detalles en la próxima entrada). El sentido de esta flecha representaría el movimiento de protones y se le conoce como «sentido convencional de la corriente» y, al movimiento de electrones se le conoce como «sentido real de la corriente».

Corriente eléctrica - Comparación entre electrones y protones fluyendo por un cable

En la práctica este movimiento de cargas es el mismo. Para verlo vamos a considerar que el movimiento hacia la izquierda es negativo y el movimiento hacia la derecha es positivo. Por tanto, tenemos que el movimiento de electrones es negativo y que el movimiento de protones es positivo:

\[ I_{real}=\frac{Q_{protones}}{T} \]
\[ I_{tradicional}=-\frac{Q_{electrones}}{T} \]

Anteriormente se ha explicado que la carga de los electrones es igual a la carga protones pero con signo contrario:

\[ Q_{protones}=-Q_{electrones} \]

Por tanto, si sustituimos, obtenemos que la intensidad producida por el movimiento de electrones es igual a la intensidad que produciría el movimiento de protones:

\[ I_{tradicional}=I_{real} \]

En toda tu trayectoria como electrónico, verás como la intensidad se representa con su sentido tradicional en lugar del sentido real.

Analogía con la hidráulica

La intensidad eléctrica se puede comparar con el caudal del agua. Mientras que la intensidad es la cantidad de carga que pasa por un área a lo largo del tiempo, el caudal del agua es la cantidad de agua que pasa un área a lo largo del tiempo

\[Q=\frac{L}{T}\]

Magnitud física Unidades (S.I.)
\[Caudal\] \[Q\] \[\frac{Litros}{segundos}\] \[\frac{L}{s}\]
\[Litros\] \[L\] \[Litros\] \[L\]
\[Tiempo\] \[T\] \[Segundos\] \[s\]

Podemos imaginarnos que, mientras que en una tubería se mueven los litros de agua, en un cable se mueven las cargas eléctricas.

Corriente eléctrica - Comparación entre cargas fluyendo por un cable y litros de agua por una tubería

Notar que esta vez, en el cable, se ha representado las cargas eléctricas en lugar de los electrones. Sin embargo, como ya se ha explicado, esto es equivalente, pues 1 Culombio equivale a 24 trillones de electrones.

Formas de nombrar la intensidad

  • Intensidad eléctrica
  • Corriente eléctrica

Queremos que tengas claro que la intensidad eléctrica y la corriente eléctrica es lo mismo y, que en adelante, se nombrará como intensidad la mayoría de las veces.

Conclusión

La intensidad eléctrica es, junto al voltaje y a la resistencia, las principales magnitudes eléctricas que todo electrónico debe conocer para poder llevar a cabo sus proyectos. En entradas posteriores hablaremos las otras dos magnitudes y sobre como estas se relacionan entre sí gracias a la Ley de Ohm.

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