¿A qué velocidad viaja la electricidad?

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Existe la creencia general que los electrones se mueven a la velocidad de la luz en un conductor eléctrico. Incluso la mayoría de los ingenieros siguen creyendo que los electrones que forman la corriente eléctrica en los conductores metálicos de las líneas eléctricas se mueven a la velocidad de la luz. Esta creencia se mantiene porque al accionar un interruptor eléctrico inmediatamente obtenemos la corriente, como si fuera una acción instantánea. Esta inmediatez nos parece que tiene que ser debida a la velocidad lumínica de los electrones, pero no es así.

Los electrones (carga negativa) son los que se mueven por el conductor y forman la corriente eléctrica.

Cuantos más electrones se encuentren disponibles para moverse, mayor será la corriente eléctrica. Decimos que los portadores de carga que participan en la corriente eléctrica en un conductor son los electrones.

Circuito Eléctrico

La característica más importante para la conducción eléctrica de un electrón es su carga eléctrica, que denominamos por la letra e y tiene de valor -1,6·10-19 Culombios (C).

El circuito eléctrico es un circuito cerrado por donde se impulsaran a los electrones a través del conductor. El impulso es producido por el campo eléctrico E que se introduce en el conductor mediante un generador o pila eléctrica.

La ley de Ohm establece que el movimiento de los electrones es la misma dirección del campo eléctrico. Al ser electrones y tener carga negativa se moverán en sentido contrario del vector campo eléctrico. El parámetro adecuado a tener en cuenta es la densidad de corriente j. Siguiendo la ley de Ohm la densidad de corriente es proporcional y paralela al campo eléctrico. El factor de proporcionalidad se denomina conductividad σ.

Definición de densidad de corriente j

La densidad de corriente j se define como la Intensidad I que circula por un conductor respecto la sección S de este conductor.

Definición de corriente eléctrica o Intensidad I

La intensidad I se define como la cantidad de carga eléctrica Q que se mueve en un tiempo t. La unidad de medida es el Amperio A.

La densidad de corriente se puede expresar en función de la velocidad de los electrones impulsados por el campo eléctrico y la densidad de carga eléctrica ρe

y en notación vectorial será de la forma siguiente

La densidad de electrones es la cantidad de carga libre disponibles para el movimiento por unidad de volumen. Evidentemente esta directamente relacionado con la cantidad de electrones disponibles, pues cada electrón contribuye con una unidad de carga eléctrica e, como hemos visto anteriormente. Así pues, la densidad de carga puede definirse en relación a la cantidad de electrones libre ne mediante la siguiente ecuación.

Con estas definiciones la densidad de corriente j toma la forma, donde obtenemos una relación entre la densidad de corriente y la velocidad de los electrones a partir de la cantidad de electrones libres, parámetro que es una característica del material.

Velocidad de los electrones en un circuito eléctrico

Estamos en disposición de poder calcular la velocidad de los electrones en un circuito eléctrico. Normalmente en las instalaciones tenemos una densidad de corriente de 10 Amperios por milímetro cuadrado, que son 1000 Amperios por centímetro cuadrado.

Para un conductor de cobre la densidad de electrones libres por centímetro cúbico hemos visto que es ne = 8,45·1022 y ya sabemos que la carga e = 1,6 ·10-19 C. Así pues.

Con este cálculo podemos constatar que la velocidad de los electrones es aproximadamente 1 milímetro por segundo. Puede parecer una velocidad muy lenta comparada con la de la luz de 300.000 km/s, pero sin embargo es una velocidad relativista, con efectos directos en la modificación del espacio-tiempo.

Para otros autores normalmente fluctúa entre 10 a 40 cm/segundo (hay opiniones al respecto) y viaja por la superficie del cable. En primer lugar ten en cuenta que vas a necesitar “transformadores” muy potentes que cada cierta distancia eleven la caída de potencial eléctrico, aparte digamos que trabajarías con 440 voltios para reducir el número de transformadores en el camino y tratar de mantener el flujo de la corriente eléctrica, lo más continua posible (no se como será el comportamiento de los electrones en el vacío del espacio).

O sea obviando todos esos y otros inconvenientes, idealizando el sistema, empecemos:

384 000 km * 1000 m/km / 0,40 m/segundo = 960′000 000 segundos = 30 años se demoraría en encenderse aproximada e hipotéticamente, yo, de usted, esperaría sentado a que se encienda el foco, bombillo o bombilla

Estas dos ultimas palabras las adoro (aproximada e hipotéticamente), pues cuando uno las usa, técnicamente, puedes decir cualquier imbecilidad que se te ocurra y hasta plantear teorías absurdas, y en el peor de los casos, hacer preguntas en Quora (aproximadamente e hipotéticamente hablando) !!! Disculpen, si mi análisis no es perfecto, y no lo vayan a tomar a pecho, estoy hablando de preguntas hipotéticas.

¿Sabían que esta palabra le salvo el cuello a más de uno en Europa, en la época de la inquisición? Ejemplo a Kepler, Galileo entre otros …