Conductividad y Ley de Ohm
En medios conductores, un campo eléctrico impulsa una corriente proporcional a este, con la conductividad estableciendo la relación y la disipación resistiva.
Definition
La ley de Ohm establece que en muchos materiales la densidad de corriente es proporcional al campo eléctrico a través de la conductividad; la conductividad cuantifica la facilidad con la que un medio transporta corriente, y el movimiento resultante de la carga disipa energía en forma de calor.
Scope
Este tema abarca las corrientes estacionarias y cuasiestacionarias en medios conductores: la densidad de corriente y la conservación de la carga, las formas microscópica y macroscópica de la ley de Ohm, la conductividad y resistividad eléctricas, el modelo de conducción de Drude, el calentamiento Joule y la disipación de potencia, y la relajación de la carga en conductores. Trata la conducción clásica, dejando el transporte cuántico para la física de la materia condensada.
Core questions
- ¿Cómo impulsa un campo eléctrico la corriente en un conductor?
- ¿Qué imagen microscópica subyace a la ley de Ohm y la conductividad?
- ¿Cómo se disipa la potencia a medida que la corriente fluye a través de una resistencia?
Key concepts
- densidad de corriente
- ley de Ohm
- conductividad
- resistividad
- modelo de Drude
- calentamiento Joule
- relajación de carga
- ecuación de continuidad
Key theories
- Ley de Ohm y conductividad
- En un conductor lineal, la densidad de corriente local es proporcional al campo eléctrico, siendo la conductividad la constante de proporcionalidad, lo que lleva a la relación familiar entre voltaje, corriente y resistencia.
- Modelo de conducción de Drude
- Tratar los portadores de carga como un gas acelerado por el campo y aleatorizado por colisiones produce una conductividad establecida por la densidad de portadores, la carga y el tiempo medio entre colisiones, recuperando la ley de Ohm.
Clinical relevance
La conducción y la ley de Ohm rigen todos los circuitos resistivos y la disipación de potencia, el diseño de conductores y calentadores resistivos, las mediciones de impedancia electroquímica y bioeléctrica, y el modelado del flujo de corriente en el tejido biológico.
History
Ohm estableció la proporcionalidad entre corriente y voltaje en 1827. Joule cuantificó el calentamiento resistivo en la década de 1840, y el modelo de gas de electrones de Drude de 1900 proporcionó la primera explicación microscópica de la conductividad, posteriormente refinada por las teorías cuánticas de los sólidos.
Key figures
- Georg Simon Ohm
- Paul Drude
- James Prescott Joule
Related topics
Seminal works
- ashcroft1976
- jackson1998
Frequently asked questions
- ¿Es la ley de Ohm una ley fundamental de la naturaleza?
- No; es una relación empírica y aproximada que se cumple bien para muchos materiales en un rango de condiciones, pero falla para dispositivos no óhmicos como los diodos y en campos muy altos.
- ¿Por qué los conductores se calientan al transportar corriente?
- Los portadores de carga acelerados por el campo pierden energía en colisiones con la red, transfiriéndola en forma de calor; este calentamiento Joule es proporcional a la resistencia y al cuadrado de la corriente.