PRINCIPALES LEYES ELECTRICAS

1. LA LEY DE OHM

La ley deOhmdice que: "la intensidad de la corriente elctrica que circula por un conductor elctrico es directamente proporcional a la diferencia de potencial aplicada e inversamente proporcional a la resistencia del mismo".

En el Sistema internacional de unidades:

I= Intensidad en amperios (A)V= Diferencia de potencial en voltios (V)R= Resistencia en ohmios ()

Lase:La intensidad (en amperios) de una corriente es igual a la tensin o diferencia de potencial (en voltios) dividido o partido por la resistencia (en ohmios).De acuerdo con la Ley de Ohm, un ohmio(1 )es el valor que posee una resistencia elctrica cuando al conectarse a un circuito elctrico de un voltio(1 V)detensin provoca un flujo o intensidad de corriente de un amperio(1 A).La resistencia elctrica, por su parte, se identifica con el smbolo o letra(R)y la frmula general (independientemente del tipo de material de que se trate) para despejar su valor (en su relacin con la intensidad y la tensin) derivada de la frmula general de la Ley de Ohm, es la siguiente:

Lase:La resistencia a una corriente (en ohmios) es igual a la tensin o diferencia de potencial (en voltios) dividido o partido por la intensidad (en amperios).

Circuito elctrico cerrado compuesto por una pila de 1,5 volt, una resistencia o carga elctrica"R"y la circulacin de una intensidad o flujo de corriente elctrica" I "suministrado por la propia pila.

DIAGRAMA DE LA LEY DE OHMEn undiagramase muestran las tres formas de relacionar las magnitudes fsicas que intervienen en la ley de Ohm,,e.La eleccin de la frmula a utilizar depender del contexto en el que se aplique. Por ejemplo, si se trata de la curva caracterstica I-V de un dispositivo elctrico como un calefactor, se escribira como: I = V/R. Si se trata de calcular la tensin V en bornes de una resistencia R por la que circula una corriente I, la aplicacin de la ley sera: V= R I. Tambin es posible calcular la resistencia R que ofrece un conductor que tiene una tensin V entre sus bornes y por el que circula una corriente I, aplicando la frmula R = V/ I.

2. LA LEY DE COULOMB

Cargas iguales se repelen, cargas diferentes se atraen.

La ley de Coulomb dice que la intensidad de la fuerza electroesttica entre dos cargas elctricas es directamente proporcional al producto de las cargas e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que a ellas las separa.

ENUNCIADO

La fuerza de atraccin o repulsin entre dos cargas puntuales es inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que las separa y directamente proporcional al producto de sus cargas.

Magnitud de la fuerza

Donde

es la permitividad en el vaco, y tiene el valor:

Dichas mediciones permitieron determinar laecuacin de la ley de Coulomb:

F =es el vector Fuerza que sufren las cargas elctricas. Puede ser de atraccin o de repulsin, dependiendo del signo que aparezca (funcin de que las cargas sean positivas o negativas).q= son las cargas sometidas al experimento.psilon= permitividad.ud= vector director que une las cargas q1 y q2.d =distancia entre las cargas.

3. LEYES DE KIRCHHOFF

3.1 LEY DE NODOS O LEY DE CORRIENTESEn todo nodo, donde la densidad de la carga no vare en un instante de tiempo, la suma de corrientes entrantes es igual a la suma de corrientes salientes. Ficho de otra forma la suma de corrientes que entran a un nodo es igual a la suma de las corrientes que salen del nodo.

Suma de corrientes entrantes = Suma de las corrientes salientesI1 = I2 + I3Un enunciado alternativo es, en todo nodo la suma algebraica de corrientes debe ser 0.

Ejemplo: Calcular la corriente desconocida del circuito:

Suma de corrientes entrantes = Suma de las corrientes salientes7A = I2 + 4A7A 4A = I2I2 = 3A

3.2 LEY DE MALLAS O LEY DE VOLTAJESEn toda malla la suma de todas las cadas de tensin es igual a la suma de todas las subidas de tensin. Ficho de otra forma el voltaje aplicado a un circuito cerrado es igual a la suma de las cadas de voltaje en ese circuito.

Voltaje aplicado = Suma de cadas de voltajeV = V1 + V2 + V3Un enunciado alternativo es, en toda malla la suma algebraica de las diferencias de potencial elctrico debe ser 0.

Ejemplo: Calcular el voltaje desconocido del circuito:

Voltaje aplicado = Suma de cadas de voltaje24V = 8V + 10V + V324V 8V 10V = V3V3 = 6V

4. LEY DE WATTLa potencia elctrica suministrada por un receptor es directamente proporcional a la tensin de la alimentacin (V) del circuito y a la intensidad de corriente (I) que circule por l.

Donde:P= Potencia en watt(W)V= Tensin en volt (V)I= Intensidad de corriente en ampere (A)Watt es la unidad de potencia del Sistema Internacional de Unidades, su smbolo es W. Es el equivalente a 1 julio por segundo (1 J/s).Expresado en unidades utilizadas en electricidad, el Watt es la potencia producida por una diferencia de potencial de 1 voltio y una corriente elctrica de 1 amperio (1 VA).La potencia elctrica de los aparatos elctricos se expresa en Watt, si son de poca potencia, pero si son de mediana o gran potencia se expresa en kilovatios (kW).EJEMPLOS DE APLICACIN:1. Cul es la potencia consumida por un cautn de soldar por el cual circula una corriente de 0,16A (160mA) y est conectado a la red de 220V.

2. Qu corriente circula por una lmpara de 100W, conectada a la red de 220V?

3. Encuentre el voltaje aplicado a una plancha de 1000W, que consume una corriente de 4,55A

5. LEY DE JOULECuando la corriente elctrica circula por un conductor, encuentra una dificultad que depende de cada material y que es lo que llamamos resistencia elctrica, esto produce unas prdidas de tensin y potencia, que a su vez den lugar a un calentamiento del conductor, a este fenmeno se lo conoce como efecto Joule. En definitiva, el efecto Joule provoca una prdida de energa elctrica, la cual se transforma en calor, estas prdidas se valoran mediante la siguiente expresin:

Donde:Pp= Potencia perdida en WR= Resistencia del conductor en I= Intensidad de corriente en ALa resistencia que presenta un conductor es:

Donde:= Resistividad en ohm por metro (m).L= Longitud en metros (m).A= Seccin en metros cuadrados (m2).La seccin transversal del conductor es:

Donde:d= dimetro del conductorEl conductor tpicamente usado es el cobre, cuya resistividad es de 1,710-8(m).Finalmente se calcula la energa perdida en calor como sigue:

Donde:Q= Energa calrica en calorast= tiempo en segundo (s)Este efecto es aprovechado en aparatos calorficos, donde estas prdidas se transforman en energa calorfica, que se expresa por la letra Q, y se mide en caloras.6. Ley de FickDe Wikipedia, la enciclopedia libreLaley de Fickes una ley cuantitativa en forma de ecuacin diferencial que describe diversos casos de difusin de materia o energa en un medio en el que inicialmente no existe equilibrio qumico o trmico. Recibe su nombre Adolf Fick, que las deriv en 1855.En situaciones en las que existen gradientes de concentracin de una sustancia, o de temperatura, se produce un flujo de partculas o decalorque tiende a homogeneizar la disolucin y uniformizar la concentracin o la temperatura. El flujo homogeneizador es una consecuenciaestadsticadel movimiento azaroso de las partculas que da lugar al segundo principio de latermodinmica, conocido tambin como movimiento trmico casual de las partculas. As losprocesos fsicos de difusin pueden ser vistos como procesos fsicos o termodinmicos irreversibles.Este flujo ir en el sentido opuesto de la gradiente y, si ste es dbil, podr aproximarse por el primer trmino de la serie deTaylor, resultando la ley de Fick

Si existeproduccino destruccin de la especie (por una reaccin qumica), a esta ecuacin debe aadirse un trmino de fuente en el segundo miembro.Para el caso particular de la temperatura, si se aplica que la energa interna es proporcional a la temperatura, el resultado es la ecuacin del calor.

7. LEY DE GAUSSCuando una distribucin de carga tiene una simetra sencilla, es posible calcular el campo elctricoque crea con ayuda de laley de Gauss. La ley de Gauss deriva del concepto deflujo del campo elctrico.Flujo del campo elctricoEl flujo del campo elctrico se define de manera anloga al flujo de masa. El flujo de masa a travs de una superficieSse define como la cantidad de masa que atraviesa dicha superficie por unidad de tiempo.

El campo elctrico puede representarse mediante unas lneas imaginarias denominadaslneas de campoy, por analoga con el flujo de masa, puede calcularse el nmero de lneas de campo que atraviesan una determinada superficie. Conviene resaltar queen el caso del campo elctrico no hay nada material que realmente circulea travs de dicha superficie.

Como se aprecia en la figura anterior, el nmero de lneas de campo que atraviesan una determinada superficie depende de la orientacin de esta ltima con respecto a las lneas de campo. Por tanto, el flujo del campo elctrico debe ser definido de tal modo que tenga en cuenta este hecho.Una superficie puede ser representada mediante un vectordSde mdulo el rea de la superficie, direccin perpendicular a la misma y sentido hacia afuera de la curvatura.El flujo del campo elctrico es una magnitud escalarque se define mediante el producto escalar:

Cuando la superficie es paralela a las lneas de campo (figura (a)), ninguna de ellas atraviesa la superficie y el flujo es por tanto nulo.EydSson en este caso perpendiculares, y su producto escalar es nulo.Cuando la superficie se orienta perpendicularmente al campo (figura (d)), el flujo es mximo, como tambin lo es el producto escalar deEydS.

Ley de GaussEl flujo del campo elctrico a travs de cualquiersuperficie cerradaes igual a la carga q contenida dentro de la superficie, dividida por la constante 0.

La superficie cerrada empleada para calcular el flujo del campo elctrico se denominasuperficie gaussiana.Matemticamente,

La ley de Gauss es una de lasecuaciones de Maxwell, y est relacionada con el teorema de la divergencia, conocido tambin comoteorema de Gauss. Fue formulado porCarl Friedrich Gaussen 1835.Para aplicar la ley de Gauss es necesario conocer previamente la direccin y el sentido de las lneas de campo generadas por la distribucin de carga. La eleccin de la superficie gaussiana depender de cmo sean estas lneas. Campo creado por un plano infinitoEl campo elctrico creado por un plano infinito cargado puede ser calculado utilizando la ley de Gauss.En la siguiente figura se ha representado un plano infinito cargado con una densidad superficial de carga (=q/S) uniforme y positiva. Las lneas de campo siempre salen de las cargas positivas, por lo que el campo creado por el plano ser uniforme (ya que la densidad de carga lo es) y sus lneas irn hacia afuera de ambos lados del plano.

El flujo del campo elctrico a travs de cualquier superficie cerrada es siempre el mismo (ley de Gauss); en este caso, por simplicidad de clculo, se ha elegido una superficie gaussiana cilndrica (representada en rojo en la figura).El flujo a travs de la superficie lateral del cilindro es nulo (ninguna lnea de campo la atraviesa). Las nicas contribuciones no nulas al flujo son las que se producen a travs de sus dos bases. El flujo del campo elctrico a travs del cilindro es entonces:

Como las dos bases del cilindro son iguales y el mdulo del campo es el mismo en todos los puntos de su superficie, la integral anterior se simplifica, quedando:

El valor del flujo viene dado por la ley de Gauss:

Yq/Ses la densidad superficial de carga :

Campo en el interior de un condensadorUncondensadoro capacitor es un dispositivo formado por dos conductores (denominados armaduras), generalmente con forma de placas, cilindros o lminas, separados por el vaco o por un material dielctrico (no conduce la electricidad), que se utiliza para almacenar energa elctrica.La forma ms sencilla de un condensador consiste en dos placas metlicas muy cercanas entre s con cargasqen una y-qen la otra. Este tipo de condensador se denominaplano-paralelo.El mdulo del campo elctrico creado por cada una de las placas del condensador, como se ha visto en el ejemplo anterior, viene dado por:

Las lneas del campo elctrico creado por la placa cargada positivamente estn dirigidas hacia fuera de la misma, lo contrario que ocurre para la placa con carga negativa.

Por tanto, en el exterior del condensador el campo es nulo y en el interior su mdulo es el doble del campo que creara una sola de las placas:

Los condensadores se utilizan en circuitos electrnicos como dispositivos para almacenar energa. El primer condensador fue fabricado en 1746, y estaba constituido por un recipiente de vidrio recubierto por una lmina metlica por dentro y por fuera. Se conoce comnmente comobotella de Leiden.

Ley de Faraday para la InduccinLa integral de lnea del campo elctrico alrededor de un bucle cerrado es igual al negativo de la velocidad de cambio del flujo magntico a travs del rea encerrada por el bucle.

Esta integral de lnea es igual al voltaje generado o fem en el bucle, de modo que la ley de Faraday es el fundamento de los generadores elctricos. Tambin es el fundamento de las inductancias y los transformadores.

Ley de AmpereEn el caso de un campo elctrico esttico, la integral de lnea del campo magntico alrededor de un bucle cerrado es proporcional a la corriente elctrica que fluye a travs del cable del bucle. Esto es til para el clculo del campo magntico de geometras simples.

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