Corriente directa: cómo se genera, circuitos, ejemplos
La corriente directa (CD) es el flujo de partículas cargadas en una misma dirección, normalmente en el interior de un conductor u otro medio. Estas partículas cargadas pueden ser electrones, en el caso de un material como el cobre, o bien iones de diversa naturaleza.
Este es el tipo de corriente que se genera cuando se conecta una pila o batería a una bombilla para encenderla, como se muestra en la siguiente imagen:
Sucede que los átomos de metales como el cobre, la plata y otros, poseen en su capa más externa al menos un electrón que se mueve con facilidad dentro del material. En condiciones normales este movimiento es aleatorio, pero en cuanto se establece una diferencia de potencial entre los extremos del conductor, los electrones se pueden mover en el mismo sentido, creando así una corriente eléctrica directa.
Dado que los metales poseen estos electrones libres, son buenos conductores de corriente, sin embargo todos los materiales pueden conducir corriente eléctrica en mayor o menor medida.
Siendo la corriente I un flujo de cargas en el tiempo, matemáticamente se la define como la cantidad de carga eléctrica Δq, que circula a través de la sección transversal de un conductor durante un intervalo de tiempo Δt:
I = Δq/Δt
La unidad para la corriente eléctrica en el Sistema Internacional SI es el amperio, abreviado A y equivalente al coulomb/segundo (C/s).
¿Cómo se genera la corriente directa?
La corriente directa necesita de un circuito o camino cerrado para poder fluir y puede generarse de varias maneras. Una de las más comunes es mediante pilas (baterías), celdas de combustible y acumuladores, las cuales poseen dos terminales fijas y de signos contrarios.
En el interior de las baterías se producen reacciones químicas que separan las cargas eléctricas y establecen la diferencia de potencial necesaria para que se produzca la corriente.
Separadas las cargas, los electrones salen de la terminal negativa, donde están a un mayor potencial y son atraídos hacia la terminal positiva de menor potencial, moviéndose por todo el circuito en la misma dirección.
Con el tiempo las reacciones químicas disminuyen y la batería se desgasta. Pese a eso la corriente que produce, aún siendo de intensidad disminuida, sigue siendo corriente directa.
Conversión de corriente alterna a corriente directa
Otro método para obtener corriente directa es mediante conversión de corriente alterna. La corriente que llega a los hogares es alterna, por lo tanto su dirección cambia de manera cíclica, pero puede convertirse en corriente directa disponiendo de ciertos elementos de circuito tales como diodos, condensadores y transformadores.
Estos elementos se encargan de mantener a la corriente fluyendo en una sola dirección. Suena un poco complicado, pero los circuitos necesarios, conocidos como circuitos rectificadores, no son difíciles de implementar. El proceso inverso, esto es, cambiar corriente directa a corriente alterna es un poco más complejo, aunque también se puede hacer.
La corriente alterna se prefiere para el uso masivo porque se transporta y distribuye más fácilmente, y con menos pérdidas, desde las estaciones generadoras. Por tal motivo, si un aparato está diseñado para funcionar con corriente directa, viene siempre equipado con un dispositivo o cargador con el que realizar la conversión.
Circuitos de corriente directa
Un circuito de corriente directa comprende una serie de elementos tales como resistencias, condensadores y otros, conectados mediante alambres conductores y alimentados con un una fuente de voltaje directo.
Hay símbolos específicos para cada uno de estos elementos, por ejemplo las fuentes de voltaje directo, que suministran corriente dc se simbolizan mediante dos líneas paralelas de distinta longitud o bien un círculo con el símbolo de la igualdad en su interior.
En la siguiente imagen V es el voltaje e I es la corriente. Nótese que la corriente se dibuja saliendo del polo positivo de la batería, aunque se sabe que son los electrones, de carga negativa, los que portan la corriente. Esto se hace por convención.
Otro elemento común en los circuitos de corriente directa es la resistencia. Todos los conductores presentan cierta oposición o resistencia al paso de la corriente y su símbolo es una línea dentada.
El filamento de la bombilla tiene resistencia, de esta manera, el circuito de la figura 1 queda representado esquemáticamente como se muestra en la figura inferior.
Una vez que se cierra el interruptor S, la corriente puede fluir y pasar a través de la resistencia R, haciendo que se ilumine el filamento de la bombilla y además desprenda calor.
Ley de Ohm
La ley de Ohm se emplea para resolver circuitos sencillos de corriente directa como el del apartado anterior, siendo válida para un gran número de materiales conductores:
V = I∙R
Donde V es el voltaje, I es la intensidad de la corriente y R es la resistencia eléctrica. En las unidades del Sistema Internacional, el voltaje se mide en voltios (V), la corriente en amperios (A) y la resistencia en ohmios (Ω).
Ejemplo numérico
Si la resistencia del filamento del circuito anterior es R = 150 Ω y el voltaje es de 12 V, la corriente que fluye a través del circuito es:
I = V/R= 12 V/150 Ω = 0.08 A
Aplicaciones de la corriente directa
Pilas y baterías
Las pilas y baterías que hacen funcionar relojes y juguetes suministran corriente directa. Vienen en diferentes tamaños y voltajes según las necesidades del diseño.
La batería del automóvil es otro ejemplo de uso de la corriente directa, gracias a la cual funcionan el sistema de luces y el motor de arranque.
Cargadores para portátiles y celulares
La gran mayoría de equipos electrónicos portátiles de uso doméstico se alimentan con corriente directa y vienen provistos de una batería y un cargador.
Células fotovoltaicas
Consisten en circuitos electrónicos para capturar y convertir la luz solar en energía eléctrica mediante el efecto fotoeléctrico. Estos dispositivos proporcionan siempre una corriente directa, que se puede convertir a corriente alterna mediante un inversor.
Ejemplos de corriente directa
Tal como se explicó previamente, la corriente directa es aquella que fluye en un mismo sentido, sin embargo, su magnitud puede ser variable. Por ejemplo cuando una batería común se descarga, la corriente que produce es menor que cuando estaba nueva.
En las siguientes imágenes se muestran distintos ejemplos de corriente directa, comenzando por una corriente constante en el tiempo. Las demás son variables, sin embargo, todas fluyen en la misma dirección, por lo tanto se trata de corrientes directas.
Corriente constante
Es aquella cuya gráficacorriente vs tiempo es una línea horizontal, paralela al eje de los tiempos.
Corriente directa de intensidad variable
La siguiente gráfica muestra dos corrientes directas de intensidad variable, obtenidas a partir de una señal alterna mediante un circuito apropiado:
Temas de interés
Diferencias entre corriente alterna y directa.
Circuitos de corriente alterna.
Referencias
- Bauer, W. 2011. Física para Ingeniería y Ciencias. Volumen 2. Mc Graw Hill.
- Giancoli, D. 2006. Physics: Principles with Applications. 6th. Ed Prentice Hall.
- Katz, D. 2013. Physics for Scientists and Engineers. Foundations and Connections. Cengage Learning.
- Hewitt, Paul. 2012. Conceptual Physical Science. 5th. Ed. Pearson.
- Sears, Zemansky. 2016. University Physics with Modern Physics. 14th. Ed. Volume 2. Pearson.