Corrente Eléctrica: Que é?

Electrical4u

Campo: Electrónica Básica

China

Que é a corrente eléctrica?

A corrente eléctrica defínese como un fluxo de partículas cargadas—como electróns ou íons—que se moven a través dun conductor eléctrico ou espazo. É a taxa de fluxo da carga eléctrica a través dun medio conductor en relación co tempo. A corrente eléctrica exprésase matematicamente (por exemplo, en fórmulas) usando o símbolo “I” ou “i”. A unidade de corrente é o ampere ou amp, que se representa por A.

Matematicamente, a taxa de fluxo da carga en relación co tempo pode expresarse como,

$\begin{align*} I = \frac {dQ} {dt} \end{align*}$

En outras palabras, un fluxo de partículas cargadas que fluyen a través dun conductor eléctrico ou espazo coñécese como corrente eléctrica. As partículas cargadas en movemento chámense portadores de carga, que poden ser electróns, buracos, íons, etc.

O fluxo de corrente depende do medio conductor. Por exemplo:

No conductor, o fluxo de corrente é debido aos electróns.
Nos semiconductores, o fluxo de corrente é debido aos electróns ou buracos.
Na electrolita, o fluxo de corrente é debido aos íons.
No plasma—un gas ionizado, o fluxo de corrente é debido aos íons e electróns.

Cando se aplica unha diferenza de potencial eléctrico entre dous puntos nun medio conductor, comeza a fluir unha corrente eléctrica dende o punto de maior potencial ao de menor potencial. Canto maior sexa a tensión ou diferenza de potencial, máis corrente fluye entre dous puntos.

Se dous puntos nun circuito están ao mesmo potencial, entón a corrente non pode fluir. A magnitude da corrente depende da tensión ou diferenza de potencial entre dous puntos. Polo tanto, podemos dicir que a corrente é o efecto da tensión.

A corrente eléctrica pode producir campos electromagnéticos, que se utilizan en inductores, transformadores, xeradores e motores. Nos condutores eléctricos, a corrente causa o calentamento resistivo ou calentamento joule que produce luz nunha lampa incandescente.

Unha corrente eléctrica variábel no tempo produce ondas electromagnéticas, que se utilizan nas telecomunicacións para emitir datos.

Corrente AC vs DC

Segundo o fluxo de carga, a corrente eléctrica clasifícase en dous tipos, isto é, corrente alternada (CA) e corrente continua (CC).

Corrente CA

O fluxo de carga eléctrica en dirección periodicamente inversa coñécese como corrente alternada (CA). A CA tamén chámase “corrente CA”. Aínda que tecnicamente está dicindo a mesma cousa dúas veces “corrente CA CA”.

Unha corrente alternada cambia a súa dirección en intervalos periódicos.

A corrente alternada comeza desde cero, aumenta ata un máximo, diminúe a cero, despois invértese e alcanza un máximo na dirección oposta, despois volve ao valor orixinal e repite este ciclo infinitamente.

O tipo de forma de onda da corrente alternada pode ser sinusoidal, triangular, cuadrada, dentada, etc.

A particularidade da forma de onda non importa—bastará con que sexa unha forma de onda repetitiva.

Dito isto, na maioría dos circuitos eléctricos, a forma de onda típica da corrente alternada é unha onda seno. Unha forma de onda seno típica que poderías ver como corrente alternada amóstrase na imaxe a continuación.

Un alternador pode xerar corrente alternada. O alternador é un tipo especial de xerador eléctrico deseñado para xerar corrente alternada.

A enerxía eléctrica de corrente alternada emprega-se amplamente en aplicacións industriais e residenciais.

Corrente continua

O fluxo de carga eléctrica nunha soa dirección coñécese como corrente continua (CC). A CC tamén chámase “corrente continua”. Aínda que tecnicamente isto está dicindo a mesma cousa dúas veces, “corrente continua continua”.

Como a CC flúe só nunha dirección, tamén se denomina corrente unidireccional. Unha forma de onda da corrente continua móstrase na imaxe a continuación.

A CC pode xerarse por medio de baterías, células solares, células de combustible, termopares, xeradores eléctricos de tipo comutador, etc. A corrente alternada pode converterse en corrente continua utilizando un rectificador.

A enerxía eléctrica de corrente continua usa-se xeralmente en aplicacións de baixa tensión. A maioría dos circuitos electrónicos requiren unha fonte de alimentación de corrente continua.

Que unidades se usan para medir a corrente eléctrica (unidades de corrente)?

A unidade do SI para a corrente é o ampere ou amp. Isto representa por A. Ampere, ou amp, é a unidade base do SI de corrente eléctrica. A unidade de ampere leva o nome do gran físico André Marie Ampère.

No sistema SI, 1 ampere é o fluxo de carga eléctrica entre dous puntos á taxa dun coulomb por segundo. Así,

$\begin{align*} 1 \,\, Ampere = \frac {1\,\,Coulomb} {1\,\,Second} = \frac {C} {S} \end{align*}$

Por tanto a corrente tamén se mide en coulombs por segundo ou C/S.

Fórmula da Corrente Eléctrica

As fórmulas básicas para a corrente son:

A relación entre Corrente, Voltaxe e Resistencia (Lei de Ohm)
A relación entre Corrente, Potencia e Voltaxe
A relación entre Corrente, Potencia e Resistencia

Estas relacións resúmanse na imaxe abaixo.

Fórmula da Corrente 1 (Lei de Ohm)

Segundo a lei de Ohm,

$\begin{align*} V = I*R \end{align*}$

Logo,

$\begin{align*} I = \frac{V}{R}\,\,A \end{align*}$

Exemplo

Como se mostra no circuito a seguir, unha tensión de alimentación de $24\,\,V$ aplícase a través da resistencia de $12\,\,\Omega$ . Determina a corrente que circula polo resistor.

Solución:

Datos proporcionados: $V=24\,\,V ,\,\, R=12\,\,\Omega$

Segundo a lei de Ohm,

$\begin{align*} & I = \frac{V}{R} \\ & = \frac{24}{12} \\ & I = 2\,\,A \end{align*}$

Así, utilizando a ecuación, obtemos que a corrente que circula polo resistor é $2\,\,A$ .

Fórmula da Corrente 2 (Potencia e Voltaxe)

A potencia transferida é o produto da voltaxe de fornecemento e a corrente eléctrica.

$\begin{align*} P = V*I \end{align*}$

Así, obtemos que a corrente é igual á potencia dividida pola voltaxe. Matematicamente,

$\begin{align*} I = \frac{P}{V}\,\,A \end{align*}$

Onde $A$ representa amperios ou amps (as unidades para a corrente eléctrica).

Exemplo

Como se mostra no circuito a seguir, unha tensión de alimentación de $24\,\,V$ aplícase a unha lampa de $48\,\,W$ . Determina a corrente que toma a lampa de $48\,\,W$ .Solución:

Datos proporcionados: $V=24\,\,V ,\,\, P=48\,\,W$

Segundo a fórmula,

$\begin{align*} & I = \frac{P}{V} \\ & = \frac{48}{24} \\ & I = 2\,\,A \end{align*}$

Así, usando a ecuación anterior, obtemos que a corrente que toma a lampa de $48\,\,W$ é igual a $2\,\,A$ .

Fórmula da Corrente 3 (Potencia e Resistencia, Pérdida Ohmica, Calor Resistivo)

Sabemos que, $P = V * I$

Agora substituíndo a lei de Ohm $V = I * R$ na ecuación anterior obtemos,

$\begin{align*} P = I^2*R \end{align*}$

Así, a corrente é a raíz cadrada da razón entre a potencia e a resistencia. Matematicamente, a fórmula para isto é igual a:

$\begin{align*} I = \sqrt{\frac{P}{R}}\,\,A \end{align*}$

Exemplo

Como se mostra no circuito inferior, determina a corrente tomada por $100\,\,W$ , $20\,\,\Omega$ lampa

Solución:

Datos proporcionados: $P=100\,\,W ,\,\, R=20\,\,\Omega$

Segundo a relación entre corrente, potencia e resistencia mostrada arriba:

$\begin{align*} & I = \sqrt{\frac{P}{R}} \\ & = \sqrt{\frac{100}{20}} \\ & = \sqrt{5} \\ & I = 2.24\,\,A \end{align*}$

Así, usando a ecuación, obtemos a corrente consumida por $100\,\,W$ , $20\,\,\Omega$ lampa é $2.24\,\,A$ .

Dimensións da Corrente

As dimensións da corrente en termos de masa (M), lonxitude (L), tempo (T) e ampere (A) dáse por $M^0L^0T^-^1Q$ .

A corrente (I) é unha representación do coulomb por segundo. Así,

$\begin{align*} I = \frac{Q}{t} = \frac{[Q]}{[T]} = QT^-^1 = M^0L^0T^-^1Q \end{align*}$

Corrente convencional vs fluxo de eléctrons

Existe unha leve confusión sobre o fluxo de corrente convencional e o fluxo de eléctrons. Vamos tentar comprender a diferenza entre os dous.

As partículas que transportan carga eléctrica a través dos condutores son os eléctrons móveis ou libres. A dirección dun campo eléctrico dentro dun circuito, por definición, é a lei que impulsa as cargas de proba positivas. Así, estas partículas de carga negativa, isto é, os eléctrons, fluíron na dirección oposta ao campo eléctrico.

Segundo a teoría do electrón, cando se aplica unha tensión ou diferenza de potencial a través do condutor, as partículas cargadas fluín a través do circuito, constitúindo unha corrente eléctrica.

Estas partículas cargadas fluín dende un potencial máis alto a un potencial máis baixo, isto é, dende o terminal positivo da batería ao terminal negativo a través dun circuito externo.

Pero, nun condutor metálico, as partículas cargadas positivamente están fixas en posición, e as partículas cargadas negativamente, isto é, os eléctrons, son libres para moverse. Nos semicondutores, o fluxo de partículas cargadas pode ser positivo ou negativo.

O fluxo de portadores de carga positiva e de carga negativa na dirección oposta ten o mesmo efecto no circuito eléctrico. Como a corrente é debido a cargas positivas ou negativas, ou ambas, é necesario unha convención para a dirección da corrente que sexa independente dos tipos de portadores de carga.

A dirección da corrente convencional considerase a dirección na que fluín os portadores de carga positiva, isto é, dende un potencial máis alto a un potencial máis baixo. Polo tanto, os portadores de carga negativa, isto é, os eléctrons, fluín na dirección oposta ao fluxo de corrente convencional, isto é, dende un potencial máis baixo a un potencial máis alto. Polo tanto, a corrente convencional e o fluxo de eléctrons van en direccións opostas, como se mostra na imaxe abaixo.

dirección da corrente convencional e o fluxo de eléctrons — A Dirección da Corrente Convencional e o Fluxo de Eléctrons

Corrente convencional: O fluxo de portadores de carga positiva desde o terminal positivo até o terminal negativo da batería chámase corrente convencional.
Fluxo de eléctrons: O fluxo de eléctrons denomínase corrente de eléctrons. O fluxo de portadores de carga negativa – isto é, eléctrons – desde o terminal negativo até o terminal positivo da batería chámase fluxo de eléctrons. O fluxo de eléctrons é o oposto do fluxo de corrente convencional.

A dirección da corrente convencional e do fluxo de eléctrons amóstrase na imaxe a continuación.

Fluxo de corrente convencional e fluxo de eléctrons

Corrente de convección vs. Corrente de conducción

Corrente de convección

A corrente de convección refírese ao fluxo de corrente a través dun medio aislante como un líquido, un gas ou un vacío.

A corrente de convección non require condutores para fluir; polo tanto, non satisfai a lei de Ohm. Un exemplo de corrente de convección é un tubo de vacío no que os eléctrons emitidos polo cátodo fluen cara ao ánodo nun vacío.

Corrente de conducción

A corrente que fluye a través de calquera condutor coñécese como corrente de conducción. A corrente de conducción require un condutor para fluir; polo tanto, satisfai a lei de Ohm.

Corrente de desprazamento

Consideremos un resistor e un condensador conectados en paralelo cunha fonte de voltaxe V, como se amosa na figura a continuación. A natureza do fluxo de corrente a través do condensador é diferente da do resistor.

A voltagem ou diferenza de potencial a través do resistor produce un fluxo continuo de corrente que está dado pola ecuación,

$\begin{align*} I_1 = \frac{V}{R} \end{align*}$

Esta corrente chámase “corrente de conducción.”

Agora a corrente flúe a través do condensador só cando o voltaxe a través do condensador cambia, o que está dado pola ecuación,

$\begin{align*} I_2 = \frac{dQ}{dt} = C \frac{dV}{dt} \end{align*}$

Esta corrente chámase “corrente de desprazamento.”

Físicamente a corrente de desprazamento non é unha corrente xa que non hai fluído dunha cantidade física como un fluído de cargas.

Como Medir a Corrente

Nun circuito eléctrico e electrónico, a medida da corrente é un parámetro esencial que necesita ser medido.

Un instrumento que pode medir a corrente eléctrica chámase amperímetro. Para medir a corrente, o amperímetro debe conectarse en serie co circuito cuxa corrente se quere medir.

A medida da corrente a través do resistor usando un amperímetro móstrase na figura inferior.

A corrente eléctrica tamén pode medirse usando un galvanómetro. O galvanómetro dá tanto a dirección como a magnitude da corrente eléctrica.

A corrente pode medirse detectando o campo magnético asociado á corrente sen romper o circuito. Hai varios instrumentos usados para medir a corrente sen romper o circuito.

Preguntas comúns sobre a corrente

Estudemos algúnsas preguntas comúns relacionadas coa corrente eléctrica.

Que usa un electroímán para medir a corrente eléctrica?

Un galvanómetro é un instrumento de medida que usa un electroímán para medir a corrente eléctrica.

O galvanómetro é un instrumento absoluto; mide a corrente eléctrica en termos da tanxente do ángulo de desvío.

O galvanómetro pode medir a corrente eléctrica directamente, pero isto implica romper o circuito; polo tanto, ás veces, é inconveniente.

Como produce unha forza magnética unha corrente eléctrica?

Un conductor portador de corrente situado nun campo magnético experimentará unha forza xa que a corrente non é máis que o fluxo de cargas.

Considérase un conductor portador de corrente con corrente que fluye a través del, como se mostra na figura (a) abaixo. De acordo coa regra da man dereita de Fleming; esta corrente producirá un campo magnético no sentido horario.

Captura de pantalla de WeCom_17098660781451.png

Forza magnética producida por unha corrente eléctrica

O resultado do campo magnético do conductor é que forzará o campo magnético por riba do conductor e debilitará por baixo.

As liñas de campo son como bandas de xoma estiradas; polo tanto, empurrarán o conductor cara abaxo, é dicir, a forza é cara abaxo, como se mostra na figura (b).

Este exemplo indica que o condutor portador de corrente en un campo magnético experimenta unha forza. A seguinte ecuación determina a magnitude da forza magnética nun condutor portador de corrente.

$\begin{align*} F_B = BIL\,\,Sin\theta \end{align*}$

Para facer fluir unha corrente eléctrica, é necesario ter

Para facer fluir unha corrente eléctrica, é necesario ter o seguinte:

Unha diferenza de potencial que existe entre dous puntos. Se os dous puntos nun circuito están ao mesmo potencial, a corrente non pode fluir.
Unha fonte de voltaxe o unha fonte de corrente, como unha batería ou célula que forza as cargas eléctricas libres que constitúen unha corrente eléctrica.
Un conductor ou fío que transporta cargas eléctricas.
O circuito debe estar pechado ou completo. Se os circuitos están abertos, a corrente non pode fluir.

Estas son as condicións necesarias para facer fluir unha corrente eléctrica. A imaxe de abaixo mostra unha corrente pasando nun circuito pechado.

Cal é a Diferenza Entre Corrente Eléctrica e Electricidade Estática

A principal diferenza entre a corrente eléctrica e a electricidade estática é que os electróns ou cargas fluen a través do conductor na corrente eléctrica.

Mentres que, na electricidade estática, as cargas están en repouso e acumuladas na superficie da substancia.

A corrente eléctrica é debido ao fluído de electróns, mentres que a electricidade estática é debido ás cargas negativas dun obxecto a outro.

A corrente eléctrica xénese só no conductor, mentres que a electricidade estática xénese tanto no conductor como no aislante.

Como Afecta unha Corrente Eléctrica a un Polo Magnético?

Sabemos que cando fluye a corrente eléctrica, é dicir, a carga eléctrica está en movemento, produce un campo magnético. Se colocamos un imán nun campo magnético, este experimenta unha forza.

Para as cargas eléctricas, isto é, a corrente eléctrica, os polos magnéticos semelhantes atraen e os opostos repelen. Así, podemos dicir que a corrente eléctrica afecta ao polo magnético a través do campo magnético.

Que instrumento se usa para medir a corrente eléctrica

Un instrumento que pode medir a corrente eléctrica chámase amperímetro. O amperímetro debe conectar en serie co circuito cuxa corrente se quere medir.

Tamén existen outros varios instrumentos usados para medir a corrente eléctrica.