CAP 25 - fices

25.4 I Fuerza electromotriz y circuitos 955
25.4 I Fuerza electromotriz y circuitos
Para que un conductor tenga una corriente constante, debe ser parte de un camino
que fonne una espira cerrada o circuito completo. La razón es la siguiente. Si se
establece un campo eléctrico El adentro de un conductor aislado con resistividad
p que no es parte de un circuito completo, comienza a fluir una corriente con densidad
de corriente J = E1/p (Fig. 25.lla). En consecuencia, se acumula rápidamente
una carga positiva neta en un extremo del conductor y una carga negativa
neta en el otro extremo (Fig. 25.1 lb). Estas cargas crean por sí mismas un campo
eléctrico El en dirección opuesta a El' lo cual hace disminuir el campo eléctrico
total y, por tanto, la corriente. En el término de una muy pequeña fracción de segundo,
se acumula en los extremos del conductor la carga suficiente para que el
campo eléctrico total E= El + E 2 = Oadentro del conductor. Entonces también
J = O, y la corriente cesa lOtalmente (Fig. 25.11c). Asi pues, no puede haber un
movimiento constante de carga en un circuito incompleto como éste.
Para ver cómo se mantiene una corriente constante en un circuito completo, recordemos
un hecho básico acerca de la energía potencial eléctrica: si una carga q
recorre un circuito completo y regresa al punto de partida, la energía potencial debe
ser la misma al final del trayecto en redondo que al principio. Como se describíó
en la sección 25.3, siempre hay una disminución de energía potencial cuando se
desplazan cargas a través de un material conductor ordinario con resistencia. Por
tanto. debe haber alguna parte del circuito donde la energia potencial alimenta.
El problema es amilogo al de una fuente ornamental de agua que reutiliza su
agua. El agua brota por las aberturas de la parte superior, cae en cascada sobre las
terrazas y caños (trasladándosc en la dirección de energía JXltencial gravitatoria
decreciente) y se recoge en una pileta en la parte inferior. Una bomba la eleva entonces
de regreso a la parte superior (y aumenta su energía JXltencial) para otro recorrido.
Sin la bomba, el agua caería simplemente al fondo y ahí se quedaría.
Fuerza electromotriz
En un circuito eléctrico debe haber en algUn punto de la espira un dispositivo que actúa
como la bomba de agua de una fuente de agua (Fig. 25.12). En este dispositivo
una carga viaja "cuesta arriba", de menor a mayor energía potencial, a pesar de que
la fuerza electrostática intenta empujarla de mayor a menorcnergia potencial. La dirección
de la corriente en un dispositivo de este tipo es de menor a mayor potencial,
exactamente lo contrario de lo que ocurre en un conductor ordinario. La influencia
que hace fluir corriente de un potencial menor a otro mayor se llama fuerza electromotriz
(se abrevia fem). Este término es poco adecuado porque la fcm no es una
fuerza, sino una cantidad de energía por unidad de carga, como el potencial. La unidad
SI de fem es la misma que la de potencíal: el voll (1 V = I J/C). Una linterna tipica
de baterias tiene una fem de 1.5 volt; esto significa que la bateria realiza 1.5 J
de trabajo sobre cada coulomb de carga que pasa a traves de ella. Representaremos
la fem mediante el símbolo e(E mayúscula manuscrita).
Todo circuilo completo con una corriente constante debe incluir algún dispositivo
que suministre fem. Este dispositivo recibe el nombre de fuente de remo Las baTerias,
los generadores eléctricos, las celdas solares, pilas termoeléctricas y las celdas de
combustible son ejemplos de fuentes de fem. Todos estOS dispositivos convierten
energía de alguna forma (mecánica, quimica, ténnica, etcétera) en energía ¡x¡tencial
eléctrica y la transfieren a un circuito al que está conectado el dis¡x¡sitivo. Una fuente
ideal de fem mantiene una diferencia de potencial const~te entre sus borncs, independiente
de la corriente que pasa a través de ella. Dermimos cuantitativamente la
fuerza electromotriz como la magnitud de esta diferencia de JXltencial. Como veremos,
las fuentes ideales de este tipo son entes miticos, como él avión sin fricción y la
12.'
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