9.1 Corriente eléctrica

La corriente eléctrica media $I_{media}$ es la velocidad a la que fluye la carga, dada por $I_{media} = \frac{Δ Q}{Δ t}$ , donde $Δ Q$ es la cantidad de carga que atraviesa un área en el tiempo $Δ t$ .
La corriente eléctrica instantánea, o simplemente la corriente I, es la velocidad a la que fluye la carga. Tomando el límite a medida que el cambio en el tiempo se aproxima a cero, tenemos $I = \frac{d Q}{d t}$ , donde $\frac{d Q}{d t}$ es la derivada temporal de la carga.
La dirección de la corriente convencional se toma como la dirección en la que se mueve la carga positiva. En un circuito simple de corriente continua (dc), será del terminal positivo de la batería al terminal negativo.
La unidad del SI para la corriente es el amperio, o simplemente el amperio (A), donde $1 A = 1 C/s$ .
La corriente consiste en el flujo de cargas libres, como electrones, protones e iones.

9.2 Modelo de conducción en metales

La corriente que atraviesa un conductor depende principalmente del movimiento de los electrones libres.
Cuando se aplica un campo eléctrico a un conductor, los electrones libres de un conductor no se mueven a través de él a una velocidad y dirección constantes, sino que el movimiento es casi aleatorio debido a las colisiones con los átomos y otros electrones libres.
Aunque los electrones se mueven de forma casi aleatoria, cuando se aplica un campo eléctrico al conductor, la velocidad global de los electrones puede definirse en términos de velocidad de deriva.
La densidad de corriente es una cantidad vectorial definida como la corriente que atraviesa un área infinitesimal dividida entre el área.
La corriente se puede calcular a partir de la densidad de corriente, $I = \iint_{área} \vec{J} \cdot d \vec{A}$ .
Una bombilla incandescente es un filamento de alambre encerrado en una bombilla de vidrio parcialmente evacuada. La corriente pasa por el filamento, donde la energía eléctrica se convierte en luz y calor.

La resistencia tiene unidades de ohmios $(Ω)$ , relacionado con los voltios y los amperios por $1 Ω = 1 V/A$ .
La resistencia R de un cilindro de longitud L y sección transversal A es $R = \frac{ρ L}{A}$ , donde $ρ$ es la resistividad del material.
Los valores de $ρ$ en la Tabla 9.1 muestran que los materiales se dividen en tres grupos: conductores, semiconductores y aislantes.
La temperatura afecta a la resistividad; para cambios de temperatura relativamente pequeños $Δ T$ , la resistividad es $ρ = ρ_{0} (1 + α Δ T)$ , donde $ρ_{0}$ es la resistividad original y $α$ es el coeficiente de temperatura de la resistividad.
La resistencia R de un objeto también varía con la temperatura $R = R_{0} (1 + α Δ T)$ , donde $R_{0}$ es la resistencia original, y R es la resistencia después del cambio de temperatura.

La ley de Ohm es una relación empírica para corriente, voltaje y resistencia para algunos tipos comunes de elementos de circuito, incluidos los resistores. No se aplica a otros dispositivos, como los diodos.
Un enunciado de la ley de Ohm da la relación entre la corriente I, el voltaje V y la resistencia R en un circuito simple como $V = I R$
Otro enunciado de la ley de Ohm, a nivel microscópico, es $J = σ E$ .

La potencia eléctrica es la tasa a la que se suministra la energía eléctrica a un circuito o la consume una carga.
La potencia disipada por un resistor depende del cuadrado de la corriente que lo atraviesa y es igual a $P = I^{2} R = \frac{V^{2}}{R}$ .
La unidad del SI para la potencia eléctrica es el vatio y para la energía eléctrica es el julio. Otra unidad común para la energía eléctrica, que utilizan las compañías eléctricas, es el kilovatio-hora (kW $\cdot$ h).
La energía total utilizada en un intervalo de tiempo puede hallarse mediante $E = \int P d t$ .

La superconductividad es un fenómeno que se produce en algunos materiales cuando se enfrían a temperaturas críticas muy bajas, lo que provoca una resistencia exactamente cero y la expulsión de todos los campos magnéticos.
Los materiales que normalmente son buenos conductores (como el cobre, el oro y la plata) no experimentan superconductividad.
La superconductividad se observó por primera vez en el mercurio por Heike Kamerlingh Onnes en 1911. En 1986, el Dr. Ching Wu Chu, de la Universidad de Houston, fabricó un compuesto cerámico frágil con una temperatura crítica cercana a la del nitrógeno líquido.
La superconductividad se puede usar en la fabricación de imanes superconductores para su uso en IRM y trenes levitados de alta velocidad.