¿Es la corriente la velocidad de los electrones?

En el caso más general, la densidad de corriente de partículas se define como la densidad de partículas$n$veces la velocidad media de las partículas$\vec v$(velocidad de deriva):

La corriente eléctrica utilizada en los circuitos es la densidad de corriente basada en el área atravesada:

Como puede ver, la densidad de corriente eléctrica es algo así como la tasa de flujo de carga , pero también existe la densidad de partículas. Si los electrones se ralentizan en algún lugar, la densidad de corriente permanece igual porque aumenta la densidad de partículas. Más partículas con menos velocidad dan la misma densidad de corriente que menos partículas con más velocidad.

Usé la densidad de corriente eléctrica para explicar esto, pero también es válida para la corriente eléctrica en sí misma, a menos que cambie el área atravesada (en un cable, la sección transversal es la misma en todas partes, también en un motor).

La corriente en un conductor es la carga que pasa a través de una sección transversal de ese conductor por segundo.

Para tener una imagen mental, piense en los electrones que fluyen en un alambre de metal. Imagina que pudieras contar el número de electrones que atraviesan una sección transversal elegida por segundo, como si estuvieras contando el número de vehículos que pasan por debajo de un puente en una calzada de una carretera. En el caso de los electrones, obtendrías la corriente multiplicando el número por segundo por la carga ($1.60\times 10^{-19}$C) en cada uno.

Entonces la corriente,$I$, no es lo mismo que la velocidad (media),$v$de los portadores de carga (electrones), aunque$v$es uno de los factores en los que$I$depende De hecho

¡La corriente está relacionada con la velocidad de los electrones, pero no es la velocidad de los electrones! La corriente es la cantidad de carga que pasa a través de un área de sección transversal en un segundo. Relacionar la corriente únicamente por la velocidad de los electrones libres es incorrecto.

La corriente se da como$N \times A \times V \times E$dónde:

• N es el número de electrones libres por unidad de volumen
• A es el área de la sección transversal
• V es la velocidad de los electrones libres y
• E es carga de electrones

No existe una derivación formal para esta ecuación porque es básicamente la definición de corriente.

Imagine que hay algunos, digamos 500 electrones en la unidad de volumen de un conductor con alguna sección transversal. A través de esa superficie transversal en un segundo$A \times V$volumen pasa y en ese volumen$N \times A \times V$los electrones están presentes y el número de electrones multiplicado por la carga de un electrón es la corriente que pasa a través de esa superficie y, por lo tanto, ¡la ecuación!

Ahora, en un circuito en serie, asumimos que no hay acumulación de carga en ninguna sección transversal, por lo tanto, por conservación de la carga, ¡las corrientes en todo el conductor deben ser las mismas!

Pensar en la corriente como la "velocidad de la carga" como lo hace usted es una buena manera de pensar en ello. Y es correcto que la velocidad es la misma en todo el circuito (si solo hay un camino para que tome la corriente) como dijo tu maestro.

También es cierto que la corriente a través de, por ejemplo, un motor ralentizará las cargas o "reducirá la velocidad".

Pero la cuestión es que si las cargas se ralentizan en el motor, ¡también tienen que ralentizarse en todos los demás lugares!

Solo mira el gif animado a continuación. Representa las cargas que fluyen en un circuito. Como puede ver, la velocidad es la misma en todas partes.

Cada vez que un electrón sale de la batería por un lado, un electrón entra en la batería por el otro lado. Así es como funciona. Por lo tanto, no es posible que las cargas se acumulen en ningún lugar del circuito.

Esto significa que si introduce un motor en el medio del circuito que frena las cargas, las cargas tendrán que reducir la velocidad en todas partes del circuito, no solo en ese punto:

Si la corriente hubiera dependido solo de la velocidad de sus electrones, entonces la corriente sería igual a la velocidad. Pero ese no es el caso, la corriente depende de la cantidad de partículas electrónicas que pasan a través del área de la sección transversal de un conductor. Esto significa que la corriente depende de la cantidad de electrones, el área del conductor y la velocidad a la que viajan los electrones. I=NAV Si los electrones están cargados eléctricamente, entonces se llama corriente eléctrica, por lo que I=NAVe

La corriente eléctrica se define como el cambio de carga con el tiempo. El cambio de cargo$\Delta Q$puede expresarse por el número total de electrones$\Delta N$que fluyen por la relación

$\Delta Q = e \Delta N$

con la Carga elemental$e$(esto es constante). Considere un alambre con$n$electrones por unidad de volumen. Durante un intervalo de tiempo$\Delta t$el volumen que barrerán los electrones durante el flujo es

$\Delta V = A \Delta s = A v \Delta t$

con el área de la sección transversal$A$del alambre También tenemos$\Delta N = n \Delta V = nAv \Delta t$; por lo que la corriente viene dada por:

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

A partir de esta ecuación, verá que la corriente NO SOLO dependerá de la velocidad de deriva de los electrones. También dependerá del número de electrones por unidad de longitud.$\sigma:=nA$. Cuando la corriente pasa a través de algunos dispositivos (por ejemplo, un motor), los electrones no solo fluirán a través de él; los electrones se ralentizarán (por ejemplo, debido a colisiones con otras partículas o campos magnéticos externos que actúan sobre él). Sin embargo, la corriente seguirá siendo la misma; el valor$\sigma$debe comportarse como$\sigma = \frac{I}{ev}$por igual$I$; por tanto, este valor debe aumentar si los electrones se ralentizan.

Si hay una ramificación en un circuito en 2 vías, la corriente se dividirá de la siguiente manera:

$I = I_1+I_2$

donde los subíndices denotan la cantidad que pertenece a la vía correspondiente (ley de Kirchhoff).

Según la electrodinámica, la Carga total se conserva en un Sistema cerrado. Esto también implica que la corriente de entrada en algún volumen de control debe ser igual a la corriente de salida.