Corriente eléctrica

1. Idea central

La corriente eléctrica es el movimiento ordenado de cargas eléctricas dentro de un material. Generalmente esas cargas son electrones (carga negativa) que se desplazan a través de un conductor. Si el movimiento es ordenado y continuo, decimos que circula corriente eléctrica.

Analogía de la manguera:

• Agua → cargas eléctricas (electrones).
• Manguera → conductor (cable de cobre).
• Caudal (agua por segundo) → intensidad de la corriente.
• Bomba de agua → pila o batería que empuja las cargas.

2. Conceptos previos imprescindibles

• Carga eléctrica ($q$ o $Q$): propiedad de la materia que causa atracción o repulsión entre cuerpos. Unidad: culombio (C). Un electrón tiene carga $-1{,}6\times 10^{-19}\,\mathrm{C}$.
• Conductor: material por el que las cargas se mueven con facilidad (cobre, aluminio, plata, agua con sales).
• Semiconductor: conductividad intermedia que depende de la temperatura o la luz (silicio, germanio).
• Aislante: material por el que las cargas casi no se mueven (plástico, goma, vidrio, madera seca).

3. Intensidad de la corriente eléctrica

La intensidad $I$ mide cuánta carga atraviesa una sección del conductor en cada segundo:

$$I = \frac{\Delta Q}{\Delta t}$$

• $I$: intensidad, en amperios (A).
• $\Delta Q$: carga que pasa, en culombios (C).
• $\Delta t$: tiempo, en segundos (s).

Unidad: $1\,\mathrm{A} = 1\,\mathrm{C/s}$, es decir, 1 amperio = 1 culombio cruza la sección cada segundo.

Cuántos electrones hay en un culombio

$$N = \frac{1\,\mathrm{C}}{1{,}6\times 10^{-19}\,\mathrm{C}} \approx 6{,}25\times 10^{18} \text{ electrones}$$

Por eso hablamos de corriente continua aunque sean enormes cantidades de electrones moviéndose a la vez.

4. Sentido de la corriente

• Sentido convencional: del polo positivo al polo negativo del generador (convención histórica).
• Movimiento real en los cables metálicos: los electrones (carga negativa) viajan del polo negativo al positivo, es decir, en sentido contrario al convencional.

Ambas convenciones dan el mismo valor numérico de $I$; solo cambia la flecha del circuito.

5. ¿Por qué se mueven las cargas?

Para que exista corriente hacen falta:

1. Cargas móviles en el material (conductor o semiconductor).
2. Una diferencia de potencial (tensión o voltaje) que las empuje, proporcionada por un generador.

El voltaje crea un campo eléctrico dentro del conductor que ordena el movimiento de las cargas:

• Sin diferencia de potencial → las cargas se mueven en desorden → no hay corriente.
• Con diferencia de potencial → las cargas se mueven de forma ordenada → hay corriente.

La relación entre tensión, corriente y resistencia la da la ley de Ohm ($U = R\,I$), que limita cuánta corriente puede circular por un material.

6. Corriente continua y corriente alterna

En la red doméstica, la corriente alterna cambia de sentido 50 o 60 veces por segundo (50 Hz o 60 Hz).

7. Corriente media, instantánea y densidad de corriente

• Corriente media: $I = \dfrac{\Delta Q}{\Delta t}$, válida cuando la corriente varía poco.
• Corriente instantánea: valor en un instante concreto, $i = \dfrac{dq}{dt}$.

$$J = \frac{I}{A}$$

Se mide en $\mathrm{A/m^2}$. Un cable fino y uno grueso pueden llevar la misma corriente, pero en el fino las cargas están más concentradas.

Velocidad de arrastre

$$I = n\,q\,A\,v_d$$

• $n$: número de cargas por unidad de volumen.
• $q$: carga de cada portador.
• $A$: área de la sección.
• $v_d$: velocidad de arrastre (del orden de mm/s).

Aunque las cargas se desplazan muy despacio, el campo eléctrico se propaga casi a la velocidad de la luz, por eso la bombilla se enciende al instante.

8. Ejemplo resuelto paso a paso

Enunciado: Por un cable circula $I = 2\,\mathrm{A}$ durante $t = 3$ minutos. Calcula: a) la carga total, b) el número de electrones.

Paso 1: convertir el tiempo a segundos.

$$t = 3\,\mathrm{min} \times 60\,\frac{\mathrm{s}}{\mathrm{min}} = 180\,\mathrm{s}$$

Paso 2: calcular la carga. Despejamos de $I = \dfrac{\Delta Q}{\Delta t}$:

$$\Delta Q = I\,\Delta t = 2\,\mathrm{A} \times 180\,\mathrm{s} = 360\,\mathrm{C}$$

Comprobación de unidades: $\mathrm{A} \times \mathrm{s} = \frac{\mathrm{C}}{\mathrm{s}} \times \mathrm{s} = \mathrm{C}$ ✓

Paso 3: calcular el número de electrones. Como $\Delta Q = N\,e$:

$$N = \frac{360\,\mathrm{C}}{1{,}6\times 10^{-19}\,\mathrm{C}} = 2{,}25\times 10^{21} \text{ electrones}$$

Resultado: pasan $360\,\mathrm{C}$ de carga y unos $2{,}25\times 10^{21}$ electrones en 3 minutos.

9. Errores frecuentes

• Olvidar convertir los minutos a segundos (el resultado queda 60 veces más pequeño).
• Creer que la corriente "se gasta" en el cable: en un circuito cerrado circula la misma corriente en todos los puntos; lo que consume el aparato es energía, no carga.
• Confundir el sentido convencional (+ → −) con el movimiento real de los electrones (− → +).
• Usar la fórmula $I = \dfrac{\Delta Q}{\Delta t}$ con $Q$ en unidades distintas al culombio.

10. En resumen

• La corriente eléctrica es el movimiento ordenado de cargas en un material conductor.
• La intensidad mide la carga por segundo: $I = \dfrac{\Delta Q}{\Delta t}$, con unidad amperio ($1\,\mathrm{A} = 1\,\mathrm{C/s}$).