Instituto Tecnológico de Tijuana
Ingeniería en Nanotecnología
= Sistema Internacional de Unidades (SI), Carga Eléctrica, Voltaje, Corriente =
Materia.- Tópicos de Ingeniería y Tecnología 1
Maestro.- Jorge Carlos Ríos
Alumnos.-
Francisco Figueroa Mendoza
Martin Fernando Ochoa Rodríguez
1 de Febrero del 2011.
= Sistema Internacional de Unidades =
A pesar de haber transcurrido más de 25 años desde su instrumentación, este sistema no ha tenido hasta la fecha una difusión comparable a la del Sistema Métrico Decimal en sus tiempos. Sin embargo su importancia se puede comparar con la anterior, en su capacidad de marcar un nuevo hito histórico en la evolución técnica e intelectual del hombre.
Del mismo modo que, luego de sucesivas propuestas y modificaciones, los científicos de fines del Siglo XVIII, lograron diseñar el Sistema Métrico Decimal basado en parámetros relacionados con fenómenos físicos y notación decimal, y hubieron de lidiar con la resistencia al cambio de los antiguos sistemas medievales de referencias antropológicas y subdivisiones en mitades sucesivas, a los modernos; la comunidad científica de la segunda mitad del Siglo XX, debió encarar la adopción de un nuevo sistema de medidas de mayor precisión en cuanto a la referencia con fenómenos físicos de sus unidades fundamentales, adaptado a los crecientes avances de la ciencia, y que a la vez tuviese la amplitud y universalidad suficientes, para abarcar las necesidades evidenciadas en la proliferación de subsistemas surgidos como necesidad particular de las distintas ramas de la ciencia.
· Pesas y Medidas
La Conferencia General de Pesas y Medidas, que ya en 1948 había establecido el Joule (J) como unidad de energía (1 Cal = 4,186 J), en la 10a Conferencia (1954) adoptó el Sistema MKSA (metro, kilogramo masa, segundo, ampere), preexistente -originado en la propuesta del Profesor G. Giorgi de 1902-, en el cual se incluyó el Kelvin (K) y la Candela (cd), como unidades de temperatura e intensidad luminosa respectivamente.
· Se establece el SI
La 11a Conferencia General de Pesas y Medidas, en sus sesiones de octubre de 1960 celebradas en París, cuna del Sistema Métrico Decimal, estableció definitivamente el Sistema Internacional de Medidas (S.I.), basado en 6 unidades fundamentales -metro, kilogramo, segundo, ampere, Kelvin, candela-, perfeccionado y completado posteriormente en las 12a, 13a y 14a Conferencias, agregándose en 1971 la séptima unidad fundamental, la mol, que mide la cantidad de materia.
Para una comunicación científica apropiada y efectiva, es esencial que cada unidad fundamental de magnitudes de un sistema, sea especificada y reproducible con la mayor precisión posible. El modo ideal de definir una unidad es en términos referidos a algún fenómeno natural constante e invariable de reproducción viable, por ejemplo, una longitud de onda de una fuente de luz monocromática. Pueden elegirse arbitrariamente las unidades para cada magnitud, en la medida en que estén vinculadas por relaciones matemáticas a las unidades base, las que deben estar definidas unívocamente. Limitando la cantidad de unidades base, se logra considerable simplicidad en el sistema. Las unidades base son llamadas "fundamentales" y todas las demás "derivadas". Un sistema de unidades configurado con estas características, se define como un "sistema coherente".
| = DEFINICION DE LAS UNIDADES BÁSICAS = | |||
| Magnitud física | Unidad | Símbolo | Definición de la unidad |
| Longitud | metro | m | En 1889 se definió el metro patrón como la distancia entre dos finas rayas de una barra de aleación platino-iridio que se encuentra en el Museo de Pesas y Medidas de París. El interés por establecer una definición más precisa e invariable llevó en 1960 a definir el metro como "1,650,763.73 veces la longitud de onda de la radiación rojo naranja (transición entre los niveles 2p10 y 5d5) del átomo de kriptón 86 (86Kr)" A partir de 1983 se define como " la distancia recorrida por la luz en el vacío en 1/299,792,458 segundos" |
| Masa | kilogramo | kg | En la primera definición de kilogramo fue considerado como " la masa de un litro de agua destilada a la temperatura de 4ºC" . En 1889 se definió el kilogramo patrón como "la masa de un cilindro de una aleación de platino e iridio que se conserva en el Museo de Pesas y Medidas en París". En la actualidad se intenta definir de forma más rigurosa, expresándola en función de las masas de los átomos. |
| Tiempo | segundo | s | La unidad segundo patrón. Su primera definción fue: "el segundo es la 1/86,400 parte del día solar medio". Pero con el aumento en la precisión de medidas de tiempo se ha detectado que la Tierra gira cada vez más despacio (alrededor de 5ms por año), y en consecuencia se ha optado por definir el segundo en función de constantes atómicas. Desde 1967 se define como "la duración de 9.192.631.770 períodos de la radiación correspondiente a la transición entre los dos niveles hiperfinos del estado natural del átomo de cesio-133". |
| Corriente eléctrica | ampere | A | La magnitud de la corriente que fluye en dos conductores paralelos, distanciados un metro entre sí, en el vacío, que produce una fuerza entre ambos conductores (a causa de sus campos magnéticos) de 2 x 10 -7 N/m. |
| Temperatura | kelvin | K | La fracción 1/273.16 de la temperatura termodinámica del punto triple del agua. |
| Intensidad luminosa | candela | cd | La intensidad luminosa, en dirección perpendicular, de una superficie de 1/600,000 m2 de un cuerpo negro a la temperatura de congelamiento del platino (2,042 K), bajo una presión de 101,325 N/m2. |
| Cantidad de substancia | mol | mol | La cantidad de sustancia de un sistema que contiene un número de entidades elementales igual al número de átomos que hay en 0,012 Kg de carbono-12. |
= Unidades derivadas =
| Magnitud | Unidad | Símbolo | En términos de otras unidades |
| Ángulo plano | radián | rad | |
| Ángulo Sólido | esterradián | sr | |
| Superficie | metro cuadrado | m2 | |
| Volumen | metro cúbico | m3 | |
| Frecuencia | hertz | Hz | |
| Densidad | kilogramo entre metro cúbico | kg/m3 | |
| Velocidad | metro por segundo | m/s | |
| Velocidad angular | radián por segundo | rad/s | |
| Aceleración | metro por segundo al cuadrado | m/s2 | |
| Aceleración angular | radián por segundo al cuadrado | rad/s2 | |
| Fuerza | newton | N | 1 N = 1 kg m/s2 |
| Presión (tensión mecánica) | pascal | Pa | 1 Pa = 1 N/m2 |
| Viscosidad cinemática | metro cuadrado por segundo | m2/s | (m)(m) |
| Viscosidad dinámica | newton-segundo por metro 2 | N s/m2 | |
| Trabajo, energía, cantidad de calor | Joule | J | 1 J = 1 N m |
| Potencia | watt | W | 1 W = 1 J/s |
| Carga eléctrica | coulomb | C | 1 C = 1 A s |
| Tensión eléctrica, diferencia de potencial, fuerza electromotriz | volt | V | 1 V = 1 W/A |
| Intensidad de campo eléctrico | volt por metro | V/m | |
| Resistencia eléctrica | ohm | W | 1 = 1 V/A |
| Conductancia eléctrica | siemens | S | 1 S = 1 |
| Capacidad eléctrica | farad | F | 1 F = 1 A s/V |
| Flujo de inducción magnética | waner | Wb | 1 Wb = 1 V s |
| Inductancia | henrio | H | 1 H = 1 V s/A |
| Inducción magnética | tesla | T | 1 T = 1 Wb/m2 |
| Intensidad de campo magnético | ampere por metro | A/m | |
| Flujo eléctrico | ampere | A | |
| Flujo luminoso | lumen | lm | 1 lm = 1 cd sr |
| Luminancia | candela por metro cuadrado | cd/m2 | |
| Iluminación | lux | lx | 1 lx = 1 lm/m2 |
| Número de ondas | metro a la menos uno | m -1 | |
| Entropia | joule por Kelvin | J/K | |
| Calor específico | joule por kilogramo Kelvin | J/kg K | |
| Conductividad térmica | watt por metro Kelvin | W/m K | |
| Intensidad energética | watt por estéreo-radián | W/sr | |
| Actividad (de una fuente radiactiva) | uno por segundo | s -1 | |
= UNIDADES NO MÉTRICAS DE USO PERMITIDO EN EL S.I. =
| Magnitud | Nombre | Símbolo | Equivalencia S.I. |
| Ángulo | grado | º | 1=( pi/180)rad |
| | minuto | ' | 1'=(pi/10.8)rad=(1/60)º |
| | segundo | " | 1"=(1/60)"=(pi/648)rad |
| Tiempo | minuto | min | 1min=60s |
| | hora | h | 1h=60min=3,600s |
| | día | d | 1d=24h=86,400s |
| Volumen | litro | L | 1L=1dm3=10-3m-3 |
| Masa | tonelada | t | 1t=103kg=1Mg |
| Área | hectárea | ha | 1ha=1hm2=104m2 |
Los prefijos S.I. no son aplicables a las unidades de ángulo ni a las de tiempo con excepción del segundo.
= Carga Eléctrica =
La carga eléctrica es una propiedad intrínseca de algunas partículas subatómicas (pérdida o ganancia de electrones) que se manifiesta mediante atracciones y repulsiones que determinan las interacciones electromagnéticas entre ellas. La materia cargada eléctricamente es influida por los campos electromagnéticos siendo, a su vez, generadora de ellos. La interacción entre carga y campo eléctrico origina una de las cuatro interacciones fundamentales: la interacción electromagnética.
La carga eléctrica es de naturaleza discreta, fenómeno demostrado experimentalmente por Robert Millikan. Por razones históricas, a los electrones se les asignó carga negativa: –1, también expresada –e. Los protones tienen carga positiva: +1 o +e.
En el Sistema Internacional de Unidades la unidad de carga eléctrica se denomina culombio (símbolo C). Se define como la cantidad de carga que pasa por la sección transversal de un conductor eléctrico en un segundo, cuando la corriente eléctrica es de un amperio, y se corresponde con la carga de 6,241 509 × 1018 electrones aproximadamente.
La carga eléctrica es una propiedad intrínseca de la materia que se presenta en dos tipos. Éstas llevan ahora el nombre con las que Benjamin Franklin las denominó: cargas positivas y negativas. Cuando cargas del mismo tipo se encuentran se repelen y cuando son diferentes se atraen. Con el advenimiento de la teoría cuántica relativista, se pudo demostrar formalmente que las partículas, además de presentar carga eléctrica (sea nula o no), presentan un momento magnético intrínseco, denominado "spin", que surge como consecuencia de aplicar la teoría de la relatividad especial a la mecánica cuántica.
Las investigaciones actuales de la física apuntan a que la carga eléctrica es una propiedad cuantizada. La unidad más elemental de carga se encontró que es la carga que tiene el electrón, es decir alrededor de 1,602 176 487(40) × 10-19 culombios y es conocida como carga elemental. El valor de la carga eléctrica de un cuerpo, representada como q o Q, se mide según el número de electrones que posea en exceso o en ausencia.
En el Sistema Internacional de Unidades la unidad de carga eléctrica se denomina culombio (símbolo C) y se define como la cantidad de carga que a la distancia de 1 metro ejerce sobre otra cantidad de carga igual, la fuerza de 9×109 N.
· Conservación de la carga
En concordancia con los resultados experimentales, el principio de conservación de la carga establece que no hay destrucción ni creación neta de carga eléctrica, y afirma que en todo proceso electromagnético la carga total de un sistema aislado se conserva.
En un proceso de electrización, el número total de protones y electrones no se altera, sólo existe una separación de las cargas eléctricas. Por tanto, no hay destrucción ni creación de carga eléctrica, es decir, la carga total se conserva. Pueden aparecer cargas eléctricas donde antes no había, pero siempre lo harán de modo que la carga total del sistema permanezca constante. Además esta conservación es local, ocurre en cualquier región del espacio por pequeña que sea.
Al igual que las otras leyes de conservación, la conservación de la carga eléctrica está asociada a una simetría del lagrangiano, llamada en física cuántica invariancia gauge. Así por el teorema a cada simetría del lagrangiano asociada a un grupo uniparamétrico de transformaciones que dejan el lagrangiano invariante le corresponde una magnitud conservada.7 La conservación de la carga implica, al igual que la conservación de la masa, que en cada punto del espacio se satisface una ecuación de continuidad que relaciona la derivada de la densidad de carga eléctrica con la divergencia del vector densidad de corriente eléctrica, dicha ecuación expresa que el cambio neto en la densidad de carga ρ dentro de un volumen prefijado V es igual a la integral de la densidad de corriente eléctrica J sobre la superficie S que encierra el volumen, que a su vez es igual a la intensidad de corriente eléctrica I:
Esta propiedad se conoce como cuantización de la carga y el valor fundamental corresponde al valor de carga eléctrica que posee el electrón y al cual se lo representa como e. Cualquier carga q que exista físicamente, puede escribirse como 
siendo N un número entero, positivo o negativo. Por convención se representa a la carga del electrón como -e, para el protón +e y para el neutrón, 0.
siendo N un número entero, positivo o negativo. Por convención se representa a la carga del electrón como -e, para el protón +e y para el neutrón, 0.= Voltaje =
El voltaje es la magnitud física que, en un circuito eléctrico, impulsa a los electrones a lo largo de un conductor. Es decir, conduce la energía eléctrica con mayor o menor potencia. Voltaje y voltio son términos en homenaje a Alessandro Volta, que en 1800 inventara la pila voltaica y la primera batería química.El voltaje es un sinónimo de tensión y de diferencia de potencial. En otras palabras, el voltaje es el trabajo por unidad de carga ejercido por el campo eléctrico sobre una partícula para que ésta se mueva de un lugar a otro. En el Sistema Internacional de Unidades, dicha diferencia de potencial se mide en voltios (V), y esto determina la categorización en “bajo” o “alto voltaje”.
Un voltio es la unidad de potencial eléctrico, fuerza electromotriz y voltaje. Algunos voltajes comunes son el de una neurona (75 mV), una batería o pila no recargable alcalina (1,5 V), una recargable de litio (3,75 V), un sistema eléctrico de automóvil (12 V), la electricidad en una vivienda (230 en Europa, Asia y África, 120 en Norteamérica y 220 algunos países de Sudamérica), el riel de un tren (600 a 700 V), una red de transporte de electricidad de alto voltaje (110 kV) y un relámpago (100 MV).
El término “alto voltaje” caracteriza circuitos eléctricos en los cuales el nivel de voltaje usado requiere medidas de aislamiento y seguridad. ESto ocurre, por ejemplo, en sistemas eléctricos de alto nivel, en salas de rayos X, y en otros ámbitos de la ciencia y lainvestigación física. La definición de “alto voltaje” depende de las circunstancias, pero se consideran para determinarlo la posibilidad de que el circuito produzca un “chispazo” eléctrico en el aire, o bien, que el contacto o proximidad al circuito provoque un shock eléctrico. Un shock eléctrico de magnitud aplicado a un ser humano u otros seres vivos puede producir una fibrilación cardíaca letal. Por ejemplo, el golpe de un relámpago en caso de tormenta sobre una persona a menudo es causa de muerte.
· Fuente del voltaje
A fuente del voltaje es cualquier dispositivo o sistema eso produce fuerza electromotriz entre sus terminales O deriva un voltaje secundario de una fuente primaria de la fuerza electromotriz. Una fuente primaria del voltaje puede proveer (o absorber) energía a un circuito mientras que una fuente secundaria del voltaje disipa energía de un circuito. Un ejemplo de una fuente primaria es un campo común batería mientras que un ejemplo de una fuente secundaria es a regulador de voltaje. En teoría eléctrica del circuito, una fuente del voltaje es dual de a fuente actual. El cuadro 1 demuestra un diagrama esquemático de una fuente ideal del voltaje que conduce una carga del resistor.
En la teoría del circuito, fuente ideal del voltaje es un elemento de circuito donde está independiente el voltaje a través de él de la corriente con él. Existe solamente en modelos matemáticos de circuitos. Si el voltaje a través de una fuente ideal del voltaje se puede especificar independientemente de cualquier otra variable en un circuito, se llama independiente fuente del voltaje. Inversamente, si el voltaje a través de una fuente ideal del voltaje es determinado por cierto otro voltaje o corriente en un circuito, se llama a dependiente o fuente controlada del voltaje. El cuadro 2 demuestra los símbolos de uso general para denotar fuentes del voltaje en diagramas esquemáticos del circuito.
Resistencia interna de voltaje ideal una fuente es cero; puede proveer o absorber cualquier cantidad de corriente. La corriente con una fuente ideal del voltaje es determinada totalmente por el circuito externo. Cuando está conectado con circuito abierto, hay energía actual y así cero cero. Cuando está conectado con a resistencia de la carga, la corriente con la fuente acerca a infinito mientras que la resistencia de la carga acerca a cero (un cortocircuito). Así, una fuente ideal del voltaje puede proveer energía ilimitada.
No hay fuente verdadera del voltaje ideal (nada es perfecta); todos tienen una resistencia interna eficaz diferente a cero, y ningunos pueden proveer la corriente ilimitada. Sin embargo, la resistencia interna de una fuente verdadera del voltaje es modelada con eficacia en análisis linear del circuito combinando una resistencia diferente a cero en serie con una fuente ideal del voltaje (a Circuito equivalente de Thévenin).
· Fuentes físicas del voltaje
La forma más simple de fuente práctica del voltaje de C.C. es el campo común célula, que está disponible en voltajes numerosos y grados actuales. Más de una célula se puede combinar en serie o paralelo o serie-paralelo para alcanzar mayor voltaje/grados actuales. Se conocen tales combinaciones como baterías.
Muchas técnicas para producir fuentes del emf en dispositivos electrónicos/circuitos existen. Los circuitos más simples de su forma básica implican el colocar de un resistor en serie con la carga y después el desviar de una cantidad variable de “exceso” de corriente, puenteando la carga, de modo que el nivel voltaico que resulta no sea mucho más alto en ninguna carga que en la carga completa. Cualquier dispositivo con una resistencia dinámica baja se puede utilizar como desviación de voltaje-regulación. Un acercamiento más eficiente pero más complejo es serie-pasa el circuito, formado agregando seguidor del emisor a la salida del regulador de la desviación. Debe ser precisado sin embargo que todas las formas de regulación linear pierden energía. Reguladores de conmutación puede ser utilizado aumentar la eficacia de la conversión, pero tiene sus propias desventajas, tales como complejidad, confiabilidad, ruido y coste.
LED en serie con un resistor puede ser utilizado hacer una fuente del voltaje con un voltaje de la salida de cerca de 1.5 - 4.0 V dependiendo de pasar actual a través del LED y de su tipo (color). La carga y la línea regulación es justas; este circuito es relacionado con el estabilizador del diodo Zener pero no regula también. Si incluso es bajo se requieren los voltajes regulados o los niveles de una energía más alta, un diodo del silicio del campo común (e.g. 1N4148) o rectificador (e.g. 1N4001) puede ser substituido para el LED. En este caso voltajes de alrededor 0.6 - 0.7 V se producen que proporcionan la carga y la línea razonable regulación pero la estabilidad de temperatura pobre (−2 milivoltio/°C). Los diodos múltiples se pueden también utilizar en serie, para voltajes más altos.
El cuadro 3 demuestra un circuito que se pueda utilizar para proporcionar una fuente de de tensión inferior (o de EMF) cuando solamente un voltaje más alto está disponible. Este acercamiento tiene la ventaja de la gran simplicidad, y Zeners es fácilmente disponible hasta 100V. Sin embargo, en los voltajes más altos, la disipación de la energía plantea un desafío importante del diseño, a menos que solamente una corriente pequeña de la carga sea necesaria. Su impedancia de la salida es generalmente mucho más baja que la del divisor potencial debido a pasar actual perdido a través del diodo Zener. La imagen demuestra una fuente constante del voltaje (CVS) que usa a Diodo Zener (DZ). Este circuito actúa como a regulador de voltaje en que mantiene una constantevoltaje a través de la carga (R2) con independencia de su valor o variación en VS. Este circuito se utiliza generalmente cuando la carga actual es muy pequeño (o R2 es grande) y no varía. Este CVS aparece en circuitos actuales constantes de la fuente. Una vez la corriente de la carga (IR2) se sabe, resistor R1 puede ser calculado como, donde VZ es el voltaje de Zener y el IZ es la corriente de Zener. Este circuito pierde energía disipando VZ·IZ vatios; para alcanzar la buena regulación, Iz debe ser I en relación con grandecarga.
Hay otras fuentes naturales del voltaje en el mundo. Un ejemplo es el voltaje producido por el contacto de dos metales disímiles.
· Divisor potencial
Ésta es la manera más simple de producir una fuente de un EMF más bajo de una fuente de un EMF más alto, y es el mecanismo de funcionamiento básico del 'potenciómetro'(un aparato de medición para exactamente medir diferencias potenciales). Sin embargo ganar una impedancia baja de la salida la combinación paralela de los dos resistores debe ser baja. Esto significa que eso para alcanzar un voltaje estable de la salida sobre una variedad de cargas la energía perdida en el divisor potencial debe ser perceptiblemente mayor que la energía entregada a la carga. También el divisor potencial puede producir solamente un voltaje estable de la salida si tiene un voltaje de entrada estable. El divisor potencial se utiliza a veces como método simple, barato de proporcionar una fuente del voltaje donde no está demasiado importante la impedancia de la salida (por ejemplo las referencias del voltaje para la alta impedancia de la entrada de Op. Sys.-amperios).
Un condensador (especialmente grande) se puede considerar una fuente del voltaje y de muchas maneras se asemeja a una célula. Densidad de la alta energía supercapacitors se han convertido para actuar como fuentes del voltaje de la alta energía para la energía de reserva y otros usos que substituían a veces las baterías o las células convencionales, y las características de la parte por ambos.
Comparación entre el voltaje y las fuentes actuales
La mayoría de las fuentes de la energía eléctrica ( cañerías, a batería,…) se modelan lo más mejor posible como fuentes del voltaje ideal la fuente del voltaje no proporciona ninguna energía cuando es cargada por circuito abierto (es decir. un infinito impedancia), pero acerca a energía y a la corriente infinitas cuando resistencia de la carga acercamientos cero (a cortocircuito). Un dispositivo tan teórico tendría un cero ohmio impedancia de la salida en serie con la fuente.
Inversamente, una fuente actual proporciona una corriente constante, mientras la carga conectada con los terminales de origen tenga impedancia suficientemente baja. Una fuente actual ideal no proporcionaría ninguna energía a un cortocircuito y acercaría a energía y a voltaje infinitos como resistencia de la carga acerca al infinito ( circuito abierto). ideal la fuente actual tiene infinitoimpedancia de la salida paralelamente a la fuente.
Ideal la fuente actual no se puede conectar con ideal circuito abierto. Ni una fuente ideal del voltaje a un cortocircuito ideal, puesto que ésta sería equivalente a declarar eso “5 es igual a 0”. Puesto que existen ningunas fuentes ideales de cualquier variedad (todos los ejemplos del mundo real tienen impedancia finita y diferente a cero de la fuente), cualquier fuente actual se puede considerar como fuente del voltaje con iguales impedancia de la fuente y viceversa. Las fuentes del voltaje y las fuentes actuales se dicen a veces para ser se dobla de uno a y de cualquier fuente no ideal puede ser convertido a partir de la una a la otra aplicándose Norton o Teoremas de Thevenin.
= Corriente Eléctrica =
El termino corriente eléctrica, o simplemente corriente, se emplea para describir la tasa de flujo de carga que pasa por alguna región de espacio. La mayor parte de las aplicaciones prácticas de la electricidad tienen que ver con corrientes eléctricas. Por ejemplo, la batería de una luz de destellos suministra corriente al filamento de la bombilla cuando el interruptor se conecta. Una gran variedad de aparatos domésticos funcionan con corriente alterna. En estas situaciones comunes, el flujo de carga fluye por un conductor, por ejemplo, un alambre de cobre. Es posible también que existan corrientes fuera de un conductor. Por ejemplo, una haz de electrones en el tubo de imagen de una TV constituye una corriente.
2. Lámpara incandescente
En una lámpara incandescente, una corriente eléctrica fluye a través de un delgado hilo de volframio denominado filamento. La corriente lo calienta hasta alcanzar unos 3.000 ºC, lo que provoca que emita tanto calor como luz. La bombilla o foco debe estar rellena con un gas inerte para impedir que el filamento arda. Durante muchos años, las lámparas incandescentes se rellenaban con una mezcla de nitrógeno y argón. Desde hace un tiempocomenzó a utilizarse un gas poco común, el criptón, ya que permite que el filamento funcione a una temperatura mayor, lo que da como resultado una luz más brillante.
3. Definición de corriente eléctrica
Siempre que se mueven cargas eléctricas de igual signo se establece una corriente eléctrica. Para definir la corriente de manera más precisa, suponga que las cargas se mueven perpendiculares a una superficie de área A, como en la figura 27.1. (Esta sería el área de la sección transversal de un alambre, por ejemplo.) La corriente es la tasa a la cual fluye la carga por esta superficie. Si ΔQ es la cantidad de carga que pasa por esta αrea en un intervalo detiempo Δt, la corriente promedio, Ipro, es igual a la carga que pasa por A por unidad de tiempo:
Fig. 27.1 Cargas en movimiento a través de un área A. La tasa de flujo de carga en el tiempo a través del área se define como la corriente I. la direcciónde a la cual la carga positiva fluiría si tuviera libertad de hacerlo. 
Si la tasa a la cual fluye la carga varía en el tiempo, la corriente también varía en el tiempo, y definimos a la corriente instantánea I como el límite diferencial de la ecuación:
Esto significa que 1ª de corriente es equivalente a 1C de carga que pasa por el área de la superficie en 1s.
Las cargas se mueven en un conductor para producir una corriente bajo la acción de un campo eléctrico dentro del conductor. Un campo eléctrico puede existir en el conductor en este caso debido a que estamos tratando con cargas en movimiento, una situación no electrostática.
Considere un conductor de área transversal A que conduce una corriente I. La densidad de corriente J en el conductor se define como la corriente por unidad de área. Puesto que la corriente I=nqvdA, la densidad de corriente es:
Considere un conductor de área transversal A que conduce una corriente I. La densidad de corriente J en el conductor se define como la corriente por unidad de área. Puesto que la corriente I=nqvdA, la densidad de corriente es:
Donde J tiene unidades del Sistema Internacional A/m2. La expresión es válida sólo si la densidad de corriente es uniforme y sólo si la superficie del área de la sección transversal A es perpendicular a la dirección de la corriente. En general, la densidad de corriente es una cantidad vectorial:
A partir de esta definición, vemos otra vez que la densidad de corriente, al igual que la corriente, está en la dirección del movimiento de los portadores de carga negativa.
Una densidad de corriente J y un campo eléctrico E se establece en un conductor cuando se mantiene una diferencia de potencial a través del conductor. Si la diferencia de potencia es constante, la corriente también lo es. Es muy común que la densidad de corriente sea proporcional al campo eléctrico.
(27.7)Donde la constante de proporcionalidad σ recibe el nombre de conductividad del conductor. Los materiales que obedecen la ecuación 27.7 se dice que cumplan la ley de Ohm, en honor de Simon Ohm (1787-1854). Más específicamente, la ley de Ohm establece que En muchos materiales (incluidos la mayor parte de los metales), la proporción entre la densidad de corriente y el campo eléctrico es una constante, σ, que es independiente del campo eléctrico productor de la corriente.
Los materiales que obedecen la ley de Ohm y que, en consecuencia, presentan este comportamiento lineal entre E y J se dice que son óhmicos. El comportamiento eléctrico de la mayor parte de los materiales es bastante lineal para pequeños cambios de la corriente. Experimentalmente, sin embargo, se encuentra que no todos los materiales tienen esta propiedad. Los materiales que no obedecen la ley de Ohm se dice que son no óhmicos. La ley de Ohm no es una ley fundamental de la naturaleza sino más bien una relación empírica válida sólo para ciertos materiales.
Una forma de la ley de Ohm útil en aplicaciones prácticas puede obtenerse considerando un segmento de un alambre recto de área de sección transversal A y longitud e, como se ve en la figura 27.4. Una diferencia de potencial V =Vb — Va se mantiene a través del alambre, creando un campo eléctrico en éste y una corriente. Si el campo eléctrico en el alambre se supone uniforme, la diferencia de potencial se relaciona con el campo eléctrico por medio de la relación
Por tanto, podemos expresar la magnitud de la densidad de la corriente en el alambre como
Puesto que J=I/A, la diferencia de potencia puede escribirse
La cantidad 
/
A se denomina la resistencia R del conductor. De acuerdo con la última expresión, podemos definir la resistencia como la razón entre la diferencia de potencial a través del conductor y la corriente.
/A se denomina la resistencia R del conductor. De acuerdo con la última expresión, podemos definir la resistencia como la razón entre la diferencia de potencial a través del conductor y la corriente.
A partir de este resultado vemos que la resistencia tiene unidades del Sistema Internacional (SI) de volts por ampere. Un volt por ampere se define como un ohm (Ω).
Es decir, si una diferencia de potencial de 1V a través de un conductor produce una corriente de 1ª, la resistencia del conductor es 1Ω. Por ejemplo, si un aparato eléctrico conectado a una fuente de 120 V conduce una corriente de 6ª, su resistencia es de 20 Ω.
El inverso de conductividad es resistividad ρ.
