Circuito en serie

Unidades Electricas

as unidades eléctricas se pueden describir de manera formal, y eso es lo que hacemos aquí. Las unidades eléctricas estándar se definen en un orden específico. El ampere se define primero. Es una unidad base del SI, la única unidad eléctrica derivada del resultado de un experimento.

Después del ampere vienen el coulomb y la carga del electrón. Luego derivamos el resto de nuestros favoritos, el watt, los volts y el ohm. Estas unidades eléctricas derivadas se definen en términos del ampere y otras unidades base del SI (metro, kilogramo, segundo).

[¿Qué significa SI?]

Ampere

La definición de la unidad de corriente en el SI, el ampere, proviene del estudio del magnetismo. Las corrientes eléctricas en cables dan lugar a campos magnéticos (ley de Biot-Savart, 1820). A su vez, estos campos magnéticos originan fuerzas magnéticas en los cables (ley de Ampère, 1825). Dos alambres paralelos en los que circula corriente ejercen una fuerza el uno sobre el otro. La definición oficial del ampere en el SI es:

El ampere es aquella corriente constante que, si se mantiene en dos conductores rectos de longitud infinita, de sección transversal despreciable, separados a un metro de distancia y en el vacío, produce entre dichos conductores una fuerza igual a $2 \times 10^{-7}$2, times, 10, start superscript, minus, 7, end superscript newtons por metro.

La definición del ampere proviene del resultado de un experimento. Para generar $1$1 ampere estándar, debes realizar alguna versión del siguiente experimento. Coloca dos cables paralelos de 1 metro de largo y encuentra la manera de medir la fuerza en los cables (con un extensómetro).

Aplica la misma corriente a ambos cables, fluyendo en la misma dirección. Ajusta las corrientes en los cables hacia arriba o hacia abajo mientras mides la fuerza en los cables. Cuando la fuerza es de $2 \times 10^{-7}$2, times, 10, start superscript, minus, 7, end superscript newtons, la corriente es de 1 ampere, por definición. (Esto es un experimento conceptual. En laboratorios de estándares modernos un ampere estándar se crea por otros medios).

[¿Por qué el valor inusual de fuerza?]

$2 \times 10 ^{-7}$2, times, 10, start superscript, minus, 7, end superscript

Coulomb

El coulomb es la unidad de carga del SI. La magnitud de un coulomb se deriva del ampere, y se define como la cantidad de carga que fluye en un segundo cuando la corriente es de 1 ampere.

$1 \,\text{ampere} = 1\,\text{coulomb}/\text{segundo}$1, space, a, m, p, e, r, e, equals, 1, space, c, o, u, l, o, m, b, slash, s, e, g, u, n, d, o

o, de manera equivalente,

$1 \,\text{coulomb} = 1\,\text{ampere} \cdot \,\text{segundo}$1, space, c, o, u, l, o, m, b, equals, 1, space, a, m, p, e, r, e, dot, space, s, e, g, u, n, d, o

La carga del electrón

En 1897, J.J. Thomson probó la existencia del electrón. Doce años más tarde, a partir de 1909, Robert Millikan realizó los experimentos con la gota de aceite para medir la carga del electrón.

La carga de un electrón puede expresarse en coulombs como $e = -1.602176565 \times 10^{-19} \,\text {coulombs}$e, equals, minus, 1, point, 602176565, times, 10, start superscript, minus, 19, end superscript, space, c, o, u, l, o, m, b, s.

Si invertimos esta expresión, vemos que el coulomb puede expresarse en función del número de unidades de carga del electrón:

$1 \,\text{coulomb} = 6.241509343 \times 10^{18} \,\text{electrones}$1, space, c, o, u, l, o, m, b, equals, 6, point, 241509343, times, 10, start superscript, 18, end superscript, space, e, l, e, c, t, r, o, n, e, s

Verificación de conceptos

¿Cuántos electrones hay en 1 ampere? 

[Mostrar respuesta.]

$6.241509343 \times 10 ^{18}$6, point, 241509343, times, 10, start superscript, 18, end superscript

¿Cuántos coulombs hay en 1 mol de electrones? 
Un mol de electrones contiene $6.02214 \times 10^{23}$6, point, 02214, times, 10, start superscript, 23, end superscript electrones, el número de Avogadro.

[Mostrar respuesta.]

$\dfrac{6.02214 \times 10^{23} \,\text{electrones} / \text{mol}}{ 6.24151 \times 10^{18} \,\text{electrones}/\text{coulomb}} = 96{,}485 \text{ coulombs/mol}$start fraction, 6, point, 02214, times, 10, start superscript, 23, end superscript, space, e, l, e, c, t, r, o, n, e, s, slash, m, o, l, divided by, 6, point, 24151, times, 10, start superscript, 18, end superscript, space, e, l, e, c, t, r, o, n, e, s, slash, c, o, u, l, o, m, b, end fraction, equals, 96, comma, 485, space, c, o, u, l, o, m, b, s, slash, m, o, l

]

Watt

El watt es la unidad de potencia. La potencia es la cantidad de energía que se transfiere o consume por unidad de tiempo; de manera equivalente, la potencia es la tasa a la que se efectúa trabajo. En lenguaje común y corriente, el watt es la potencia necesaria para transferir 1 joule de energía en un segundo.

$1 \,\text{watt} = 1 \,\text{joule}/\,\text{segundo}$1, space, w, a, t, t, equals, 1, space, j, o, u, l, e, slash, space, s, e, g, u, n, d, o

Volt

El volt es la unidad de diferencia de potencial eléctrico, también conocida como voltaje. Oficialmente, 1 volt se define como la diferencia de potencial que se establece entre dos puntos de un alambre que transporta una corriente de 1 ampere cuando la potencia que disipa es de 1 watt.

$1 \,\text{volt} = 1\,\text{watt} / \text{ampere}$1, space, v, o, l, t, equals, 1, space, w, a, t, t, slash, a, m, p, e, r, e

El volt también puede expresarse en términos de unidades de energía y de carga como

$1\,\text{volt} = 1 \,\text{joule}/\text{coulomb}$1, space, v, o, l, t, equals, 1, space, j, o, u, l, e, slash, c, o, u, l, o, m, b

Puedes encontrar una descripción intuitiva del voltaje en el artículo introductorio sobre magnitudes eléctricas básicas. Además, hay una derivación formal del concepto de voltaje en la sección de electrostática.

Ohm

El ohm es la unidad de resistencia eléctrica. Un ohm se define como la resistencia entre dos puntos de un conductor cuando se aplica 1 volt entre ellos y fluye 1 ampere de corriente.

$1 \,\text{ohm} = 1\,\text{volt}/\text{ampere}$