Flujo de Corriente Eléctrica: Mecanismos y Velocidades
Cuando se aplica una diferencia de voltaje a través de un conductor, se crea un campo eléctrico dentro del material. Este campo ejerce una fuerza sobre los electrones libres en el conductor, provocando su movimiento desde áreas de alta energía potencial a áreas de menor energía potencial. En dispositivos eléctricos y electrónicos cotidianos, las señales viajan como ondas electromagnéticas típicamente al 50%–99% de la velocidad de la luz en el vacío, mientras que los electrones mismos se mueven mucho más lentamente. La velocidad de deriva de los electrones en un conductor es típicamente bastante lenta, del orden de unos pocos milímetros por segundo, a pesar de que la corriente en el conductor puede ser bastante alta. Las tensiones de corriente alterna (AC) no causan un movimiento neto; los electrones oscilan hacia atrás y hacia adelante en respuesta al campo eléctrico alternante (sobre una distancia de unos pocos micrómetros).
Corriente Eléctrica: Definición y Unidades
La corriente eléctrica es el flujo de carga eléctrica a través de un material. Es la tasa a la que la carga eléctrica fluye más allá de un punto en un circuito. El flujo de carga eléctrica suele ser llevado por electrones, que son partículas con carga negativa. La unidad del SI para la corriente es el culombio por segundo, o amperio (A), que es una unidad base del SI: 1 amperio = 1A = 1 culombio por segundo = 1 C/s.
Mecanismos de Flujo de Corriente Eléctrica
En situaciones electrostáticas, el campo eléctrico es cero en todas partes dentro del conductor, y no hay corriente. Sin embargo, esto no significa que todas las cargas dentro del conductor estén en reposo. En un metal ordinario como el cobre o el aluminio, algunos de los electrones son libres de moverse dentro del material conductor. Estos electrones libres se mueven aleatoriamente en todas direcciones, algo así como las moléculas de un gas pero con velocidades mucho mayores, del orden de 106 m/s. Los electrones no obstante no escapan del material conductor, ya que son atraídos por los iones positivos del material. El movimiento de los electrones es aleatorio, por lo que no hay un flujo neto de carga en ninguna dirección y, por lo tanto, no hay corriente.
Cuando se aplica una diferencia de voltaje a través de un conductor, se crea un campo eléctrico dentro del material. El flujo de electrones en respuesta al campo eléctrico aplicado es lo que nos referimos como corriente eléctrica. En los conductores, los electrones de valencia son esencialmente libres y se repelen fuertemente entre sí. Cualquier influencia externa que mueva uno de ellos causará la repulsión de otros electrones, que se propaga de manera «dominó» a través del conductor.
¿Qué tan rápido fluye la electricidad?
La palabra electricidad se refiere generalmente al movimiento de electrones (u otros portadores de carga) a través de un conductor en presencia de una diferencia de potencial o un campo eléctrico. La velocidad de este flujo tiene múltiples significados. Al abordar la cuestión de qué tan rápido fluye la electricidad, debemos distinguir dos tipos básicos de velocidades: velocidad de propagación de ondas y velocidad de deriva.
Velocidad de Propagación de Ondas
La velocidad de propagación de ondas, también llamada factor de velocidad o velocidad de propagación de un medio de transmisión, es la relación de la velocidad a la que un frente de onda (de una señal electromagnética, una señal de radio, un pulso de luz en una fibra óptica o un cambio del voltaje eléctrico en un cable de cobre) pasa a través del medio, a la velocidad de la luz en el vacío. Las dimensiones del cable y propiedades eléctricas como su inductancia afectan la velocidad exacta de propagación, pero usualmente será alrededor del 90% de la velocidad de la luz, aproximadamente 270,000 km/s.
Velocidad de Deriva
En electricidad, la velocidad de deriva se refiere a la velocidad media de los portadores de carga, generalmente electrones, mientras se mueven a través de un conductor bajo la influencia de un campo eléctrico. La velocidad de deriva de los electrones en un conductor es típicamente bastante lenta, del orden de unos pocos milímetros por segundo, incluso aunque la corriente en el conductor pueda ser bastante alta. La velocidad de deriva es proporcional a la corriente. En un material resistivo, también es proporcional a la magnitud de un campo eléctrico externo.
Velocidad de Deriva y Movilidad de los Electrones
La velocidad de deriva y la movilidad de los electrones son dos conceptos relacionados en el estudio de la electricidad y los conductores, pero se refieren a diferentes aspectos del comportamiento de los portadores de carga, como los electrones, en un material. La velocidad de deriva se refiere a la velocidad media de los portadores de carga, como los electrones, mientras se mueven a través de un conductor bajo la influencia de un campo eléctrico. Por otro lado, la movilidad de los electrones es una medida de cuán fácilmente los electrones pueden moverse a través de un material bajo la influencia de un campo eléctrico. Es definida como la relación de la velocidad de deriva de los electrones a la fuerza del campo eléctrico. La unidad de la movilidad de los electrones es metros cuadrados por voltio-segundo (m2/Vs).
