Efectos térmico, magnético y químico de la corriente
Cuando enchufás la estufa en una noche fría de Montevideo, la corriente no se ve ni se escucha, pero a los pocos segundos sentís calor. ¿Cómo sabemos que hay corriente circulando si no la podemos ver? Por lo que provoca: sus efectos. En esta página vas a ver los tres principales (térmico, magnético y químico) y cómo se miden la corriente y la tensión en un circuito.
Efecto térmico: la corriente calienta
Una estufa de cuarzo, una plancha, el calefón eléctrico, la tostadora o el secador de pelo: todos se calientan cuando circula corriente por ellos. Es el efecto térmico (o efecto Joule).
¿Por qué ocurre? Dentro del metal, los electrones libres se mueven empujados por la fuente. En su camino chocan con los iones fijos del material y les ceden energía, que hace vibrar más a esos iones. Más vibración significa más temperatura. La energía eléctrica se transforma en energía térmica.
Cuánto calor se produce
La potencia que se disipa en un conductor de resistencia $R$ por el que circula una corriente $I$ es:
El porqué: $V = I\cdot R$ (ley de Ohm), y la potencia es energía por segundo. Si pasa más corriente, más electrones chocan cada segundo; por eso $I$ aparece al cuadrado.
Una estufa eléctrica de cuarzo y una plancha se calientan cuando las conectás a la red de UTE. Nombrá el efecto de la corriente eléctrica que explica este calentamiento…
Una estufa eléctrica de cuarzo y una plancha se calientan cuando las conectás a la red de UTE. Nombrá el efecto de la corriente eléctrica que explica este calentamiento y mencioná otros dos aparatos del hogar que lo aprovechen.
Un alambre de resistencia $R = 20\ \Omega$ se conecta a una fuente y por él circula una corriente de $3{,}0\ \text{A}$ durante $2$ minutos. a) Calculá la potencia…
Un alambre de resistencia $R = 20\ \Omega$ se conecta a una fuente y por él circula una corriente de $3{,}0\ \text{A}$ durante $2$ minutos.
- a) Calculá la potencia disipada en el alambre.
- b) Calculá la energía transformada en calor durante ese tiempo, expresada en joules.
- c) Explicá a qué se debe, a nivel de los portadores de carga, que el alambre se caliente.
Efecto magnético: la corriente crea un imán
En 1820 el físico danés Ørsted notó que una brújula se desviaba al acercarla a un cable con corriente. Descubrió que toda corriente produce un campo magnético a su alrededor. Cuando no hay corriente, la aguja apunta al norte magnético terrestre; cuando la hay, el campo del cable se suma al de la Tierra y la aguja se reorienta. Si la corriente se corta, la aguja vuelve a su posición.
Electroimán
Si enrollás un alambre en forma de bobina (solenoide) y ponés adentro un clavo de hierro, el campo de la corriente imanta el clavo y lo vuelve un electroimán. Atrae alfileres mientras hay corriente y los suelta cuando la cortás: se puede «prender y apagar».
Para que atraiga más:
-
aumentar la corriente (más pilas o menos resistencia): más corriente, más campo;
-
más vueltas de alambre: los campos de cada vuelta se suman;
-
núcleo de hierro en vez de aire: el hierro se imanta y refuerza mucho el campo.
Aplicaciones: grúas que levantan chatarra, timbres, cerraduras eléctricas, relés, parlantes, motores eléctricos.
Valentina acerca una brújula a un cable por el que circula corriente continua y observa que la aguja se desvía. Indicá qué efecto de la corriente se pone de manifiesto y…
Valentina acerca una brújula a un cable por el que circula corriente continua y observa que la aguja se desvía. Indicá qué efecto de la corriente se pone de manifiesto y por qué la aguja cambia de orientación. Mencioná además un dispositivo cotidiano que utilice este efecto.
Sofía conecta una pila a una bobina de alambre de cobre enrollado sobre un clavo de hierro y comprueba que el clavo atrae unos alfileres. Al desconectar la pila, los…
Sofía conecta una pila a una bobina de alambre de cobre enrollado sobre un clavo de hierro y comprueba que el clavo atrae unos alfileres. Al desconectar la pila, los alfileres se caen.
- a) Explicá por qué el clavo se comporta como un imán mientras circula corriente.
- b) Proponé dos modificaciones del montaje que permitan atraer más alfileres y justificá cada una.
- c) Indicá qué dispositivo de uso cotidiano o industrial funciona con este principio.
Efecto químico: corriente en soluciones
En un cable de cobre los portadores de carga son electrones. En una solución de una sal en agua (un electrolito), como el sulfato de cobre(II) o el cloruro de sodio, la sal está disociada en iones: partículas con carga positiva (cationes, como $\text{Cu}^{2+}$ o $\text{Na}^+$) y negativa (aniones, como $\text{SO}_4^{2-}$ o $\text{Cl}^-$). Estos iones son los portadores. Cuando se aplica una diferencia de potencial entre dos electrodos:
-
los cationes van hacia el electrodo conectado al polo negativo (cátodo);
-
los aniones van hacia el electrodo conectado al polo positivo (ánodo).
A diferencia de un metal, la corriente en un electrolito transporta materia, porque los iones son átomos con carga y se desplazan. En los electrodos ocurren reacciones químicas: ese es el efecto químico y el proceso se llama electrólisis.
Aplicaciones industriales: cromado y niquelado, galvanoplastia (recubrir objetos con una capa de metal), refinación del cobre, obtención de aluminio, carga de baterías.
La corriente $I$ es carga por unidad de tiempo: $I = \dfrac{Q}{t}$, así que $Q = I \cdot t$ (con $Q$ en coulombs, C).
Mateo arma una celda con una solución de sulfato de cobre(II) y dos electrodos de cobre conectados a una fuente de corriente continua. Al cabo de un rato, uno de los…
Mateo arma una celda con una solución de sulfato de cobre(II) y dos electrodos de cobre conectados a una fuente de corriente continua. Al cabo de un rato, uno de los electrodos aumenta su masa y el otro la disminuye.
- a) Explicá qué tipo de portadores de carga transportan la corriente dentro de la solución.
- b) Explicá por qué un electrodo gana masa y el otro la pierde, indicando cuál está conectado al polo negativo de la fuente.
- c) Mencioná una aplicación industrial de este efecto.
Una cuba electrolítica contiene una solución acuosa de cloruro de sodio. Se la conecta a una fuente de corriente continua mediante dos electrodos inertes y se intercala…
Una cuba electrolítica contiene una solución acuosa de cloruro de sodio. Se la conecta a una fuente de corriente continua mediante dos electrodos inertes y se intercala un amperímetro en serie y un voltímetro entre los electrodos. El amperímetro marca $0{,}50\ \text{A}$ y el voltímetro $6{,}0\ \text{V}$.
- a) Dibujá o describí el esquema de conexión de los instrumentos.
- b) Calculá la potencia eléctrica entregada a la cuba y la carga total que circula en $10$ minutos.
- c) Argumentá por qué, a diferencia de un conductor metálico, en la solución la corriente implica transporte de materia y cómo se manifiesta esto en los electrodos.
- d) Explicá si en este caso la energía eléctrica se transforma solo en energía química o también en otra forma, justificando.
Medir la corriente y la tensión
Para estudiar estos efectos hay que medir. Se usan dos instrumentos (en un multímetro o tester vienen juntos):
| Instrumento | Mide | Unidad SI | Se conecta |
|---|---|---|---|
| Amperímetro | intensidad de corriente $I$ | ampere (A) | en serie |
| Voltímetro | diferencia de potencial $\Delta V$ | volt (V) | en paralelo |
Amperímetro en serie: tiene que ser atravesado por toda la corriente que pasa por el elemento, por eso se intercala en el cable. Tiene resistencia muy chica para no alterar el circuito.
Voltímetro en paralelo: mide la diferencia entre dos puntos, entonces se conecta a los dos bornes del elemento. Tiene resistencia muy grande para que casi no derive corriente.
Para medir la corriente que circula por una lamparita y la diferencia de potencial entre sus bornes se dispone de un amperímetro y un voltímetro. Explicá cómo se conecta…
Para medir la corriente que circula por una lamparita y la diferencia de potencial entre sus bornes se dispone de un amperímetro y un voltímetro. Explicá cómo se conecta cada instrumento (en serie o en paralelo con la lamparita) y qué magnitud mide cada uno, con su unidad en el Sistema Internacional.
El fusible: el efecto térmico que protege
Una instalación segura corta la corriente cuando es peligrosa. El fusible es un hilo fino de un metal que se funde fácil. Se coloca en serie con el circuito: toda la corriente pasa por él. Si la corriente supera su valor nominal, el calor $I^2 R$ del hilo lo funde y el circuito se abre. Aprovecha el efecto térmico para proteger. Hoy los tableros de UTE usan además llaves térmicas y disyuntores, que cumplen una función parecida.
Cuando varios artefactos están en paralelo, las corrientes se suman. Cada uno cumple $I = P/V$.
Un fusible de una instalación doméstica es un hilo delgado que se funde cuando la corriente supera un valor determinado. Un electricista debe elegir entre un fusible de…
Un fusible de una instalación doméstica es un hilo delgado que se funde cuando la corriente supera un valor determinado. Un electricista debe elegir entre un fusible de $10\ \text{A}$ y otro de $16\ \text{A}$ para un circuito de $220\ \text{V}$ que alimenta una plancha de $1.800\ \text{W}$ y una estufa de $1.000\ \text{W}$ conectadas en paralelo.
- a) Calculá la corriente que circula por cada artefacto y la corriente total cuando funcionan juntos.
- b) Argumentá cuál de los dos fusibles corresponde elegir y por qué.
- c) Explicá qué efecto de la corriente hace que el fusible cumpla su función y por qué un fusible de valor excesivo constituye un riesgo para los cables.
Vuelta al principio: la corriente no se ve, pero la estufa calienta (efecto térmico), la brújula se desvía (efecto magnético) y en una solución se deposita metal (efecto químico). Así sabemos que hay corriente.