1.5. Conceptos básicos de las leyes Ohm,
Kirchhoff, Lenz, Faraday y Watts.
Kirchhoff, Lenz, Faraday y Watts.
LEY DE OHM
La corriente continua es un movimiento de electrones. Cuando los electrones circulan por un conductor, encuentran una cierta dificultad al moverse. A esta "dificultad" la llamamos Resistencia eléctrica.
La resistencia eléctrica de un conductor depende de tres factores relacionados bajo la siguiente ecuación:
La resistividad depende de las características del material del que está hecho el conductor.
La ley de Ohm relaciona el valor de la resistencia de un conductor con la intensidad de corriente que lo atraviesa y con la diferencia de potencial entre sus extremos. En el gráfico vemos un circuito con una resistencia y una pila. Observamos un amperímetro que nos medirá la intensidad de corriente, I. El voltaje que proporciona la pila V, expresado en voltios, la intensidad de corriente, medido en amperios, y el valor de la resistencia en ohmios, se relacionan por la ley de Ohm, que aparece en el centro del circuito.
Con la Ley de Ohm, podemos apreciar las siguientes magnitudes:
* "La intensidad de la corriente es directamente proporcional al voltaje e inversamente proporcional a la resistencia en todos los circuitos o elementos eléctricos".
* “La caída de tensión o diferencia de potencial, es directamente proporcional al producto de la corriente eléctrica a través del circuito por el valor de la resistencia eléctrica del mismo.
* “La resistencia eléctrica, es directamente proporcional a la caída de tensión en un circuito o un elemento e inversamente proporcional a la corriente eléctrica a través de él.
La corriente continua es un movimiento de electrones. Cuando los electrones circulan por un conductor, encuentran una cierta dificultad al moverse. A esta "dificultad" la llamamos Resistencia eléctrica.
La resistencia eléctrica de un conductor depende de tres factores relacionados bajo la siguiente ecuación:
La resistividad depende de las características del material del que está hecho el conductor.
La ley de Ohm relaciona el valor de la resistencia de un conductor con la intensidad de corriente que lo atraviesa y con la diferencia de potencial entre sus extremos. En el gráfico vemos un circuito con una resistencia y una pila. Observamos un amperímetro que nos medirá la intensidad de corriente, I. El voltaje que proporciona la pila V, expresado en voltios, la intensidad de corriente, medido en amperios, y el valor de la resistencia en ohmios, se relacionan por la ley de Ohm, que aparece en el centro del circuito.
Con la Ley de Ohm, podemos apreciar las siguientes magnitudes:
* "La intensidad de la corriente es directamente proporcional al voltaje e inversamente proporcional a la resistencia en todos los circuitos o elementos eléctricos".
* “La caída de tensión o diferencia de potencial, es directamente proporcional al producto de la corriente eléctrica a través del circuito por el valor de la resistencia eléctrica del mismo.
* “La resistencia eléctrica, es directamente proporcional a la caída de tensión en un circuito o un elemento e inversamente proporcional a la corriente eléctrica a través de él.
Leyes
de Kirchhoff
Esta ley también es
llamada ley de nodos o primera ley de Kirchhoff y es común que
se use la sigla LCK para
referirse a esta ley. La ley de corrientes de Kirchhoff nos dice que:
|
En cualquier nodo, la suma de las corrientes que entran en ese nodo es
igual a la suma de las corrientes que salen. De forma equivalente, la suma de
todas las corrientes que pasan por el nodo es igual a cero
|
Esta fórmula es válida también para circuitos complejos:
La ley se basa en el principio de la conservación
de la carga donde la carga en couloumbs es el producto de la corriente en
amperios y el tiempo en segundos
Esta ley es llamada también Segunda
ley de Kirchhoff, ley de lazos de Kirchhoff o ley de mallas de Kirchhoff y
es común que se use la sigla LVK para referirse a esta ley.
|
En un lazo cerrado, la suma de todas las caídas de tensión es igual a
la tensión total suministrada. De forma equivalente, la suma algebraica de
las diferencias de potencial eléctrico en un lazo es igual a cero.
|
De igual manera que con la corriente,
los voltajes también pueden ser complejos, así:
Esta ley se basa en la conservación de
un campo potencial de energía. Dado una diferencia de potencial, una carga que
ha completado un lazo cerrado no gana o pierde energía al regresar al potencial
inicial.
Esta ley es cierta incluso cuando hay
resistencia en el circuito. La validez de esta ley puede explicarse al
considerar que una carga no regresa a su punto de partida, debido a la
disipación de energía. Una carga simplemente terminará en el terminal negativo,
en vez de en el positiva. Esto significa que toda la energía dada por la
diferencia de potencial ha sido completamente consumida por la resistencia, la
cual la transformaraá en calor.
En resumen, la ley de tensión de
Kirchhoff no tiene nada que ver con la ganancia o pérdida de energía de los
componentes electrónicos (Resistores, capacitores, etc. ). Es una ley que está
relacionada con el campo potencial generado por fuentes de tensión. En este
campo potencial, sin importar que componentes electrónicos estén presentes, la
ganancia o pérdida de la energía dada por el campo potencial debe ser cero
cuando una carga completa un lazo.
La ley de tensión de Kirchhoff puede
verse como una consecuencia del principio de la conservación de la energía.
Considerando ese potencial eléctrico se define como una integral de línea,
sobre un campo eléctrico, la ley de tensión de Kirchhoff puede expresarse como:
Que dice que la integral de línea del
campo eléctrico alrededor de un lazo cerrado es cero.
Para regresar a una forma más especial,
esta integral puede "partirse" para conseguir el voltaje de un
componente en específico.
Ley de Lenz
Ley: "El sentido de la
corriente inducida sería tal que su flujo se opone a la causa que la
produce".
La Ley de Lenz plantea
que las tensiones inducidas serán de un sentido tal que se opongan a la
variación del flujo magnético que las produjo; no obstante esta ley es una
consecuencia del principio de conservación de la energía.
La polaridad de una tensión inducida es
tal, que tiende a producir una corriente, cuyo campo magnético se opone siempre
a las variaciones del campo existente producido por la corriente original.
El flujo de un campo magnético
uniforme a través de un circuito plano viene dado por:
donde:
Si el
conductor está en movimiento el valor del flujo será:
§
Vε
Donde Vε es
el voltaje inducido y dΦ/dt es la tasa de variación
temporal del flujo magnético Φ.
La dirección voltaje inducido(el signo negativo en la fórmula) se debe a
la ley de Lenz.
Esta ley se
llama así en honor del físico germano-báltico Heinrich Lenz, quien la
formuló en el año 1834.
Ley de Faraday
La Ley de inducción
electromagnética de Faraday (o simplemente Ley de Faraday)
se basa en los experimentos que Michael Faraday realizó en 1831 y
establece que el voltaje inducidoen un circuito cerrado es directamente
proporcional a la rapidez con que cambia en el tiempo el flujo magnético que atraviesa una superficie cualquiera con el circuito
como borde:1
En resumen: "La cantidad de
sustancia que se oxida o se reduce en los electrodos de una cuba electrolítica
es proporcional a la cantidad de electricidad depositada"
Donde
es
el campo eléctrico,
es
el elemento infinitesimal del contorno C,
es
la densidad
de campo magnético y S es una superficie arbitraria,
cuyo borde es C. Las
direcciones del contorno C y
de
están
dadas por la regla de
la mano derecha.
La permutación de la integral de
superficie y la derivada temporal se puede hacer siempre y cuando la superficie
de integración no cambie con el tiempo.
Ésta es una de las ecuaciones de Maxwell, las cuales conforman las ecuaciones
fundamentales del electromagnetismo. La ley de Faraday, junto con las otras
leyes del electromagnetismo, fue incorporada en las
ecuaciones de Maxwell, unificando así al electromagnetismo.
Donde Vε es
el voltaje inducido y dΦ/dt es la tasa de variación
temporal del flujo magnético Φ.
La dirección voltaje inducido(el signo negativo en la fórmula) se debe a
la ley de Lenz.
Ley de watts
Enunciado:
“La potencia eléctrica suministrada por un receptor es directamente proporcional a la tensión de
la alimentación (v) del circuito y a la intensidad ( I ) que circule por él”
Ecuación:
P = V . I
En donde:
P = potencia en Vatios
V = Tensión en voltios
I = Intensidad
Vatio:
El vatio o watt es la unidad de potencia del Sistema Internacional de Unidades.
Su símbolo es W.
Es el equivalente a 1 julio por segundo (1 J/s) y es una de lasunidades derivadas.
Expresado en unidades utilizadas en electricidad, el vatio es la potencia producida por una diferencia de potencial de 1voltio y una corriente eléctrica de 1 amperio (1 VA).
La potencia eléctrica de los aparatos eléctricos se expresa en vatios, si son de poca potencia, pero si son de mediana o gran potencia se expresa en kilovatios (kW) que equivale a 1000 vatios. Un kW equivale a 1,35984 CV (caballos de vapor).
ALEJANDRE SILVA GILARY JHOANA
ResponderEliminarCada una de estas leyes se me hacen de gran importancia en la rama de ingeniería industrial; por ejemplo:
1.-ley de Faraday: La ley más importante para poder describir la inducción electromagnética es la ley de Faraday. Fue descubierta por Michael Faraday y cuantifica la relación que hay entre un campo magnético cambiante en el tiempo y el campo eléctrico que se crea por los cambios, demostración de esta ley: tenemos una batería que se encarga de aportar corriente eléctrica a una bobina pequeña. Con este paso de la corriente eléctrica se crea un campo magnético a través de las espiras que tiene la bobina. En la bobina se encuentran cables metálicos enrollado sobre su propio eje. Cuando la bobina se mueve dentro y fuera de una más grande, tiene un campo magnético que genera un voltaje dentro de la bobina. Este voltaje se podía medir mediante un galvanómetro.
Ley: "El sentido de la corriente inducida sería tal que su flujo se opone a la causa que la produce".
2.-La Ley de Lenz plantea que las tensiones inducidas serán de un sentido tal que se opongan a la variación del flujo magnético que las produjo; no obstante esta ley es una consecuencia del principio de conservación de la energía.
3.- Leyes de Kirchhoff:
Esta ley también es llamada ley de nodos o primera ley de Kirchhoff y es común que se use la sigla LCK para referirse a esta ley. La ley de corrientes de Kirchhoff nos dice que:
En cualquier nodo, la suma de las corrientes que entran en ese nodo es igual a la suma de las corrientes que salen. De forma equivalente, la suma de todas las corrientes que pasan por el nodo es igual a cero
4.- LEY DE OHM
La corriente continua es un movimiento de electrones. Cuando los electrones circulan por un conductor, encuentran una cierta dificultad al moverse. A esta "dificultad" la llamamos Resistencia eléctrica.
La ley de Ohm relaciona el valor de la resistencia de un conductor con la intensidad de corriente que lo atraviesa y con la diferencia de potencial entre sus extremos. En el gráfico vemos un circuito con una resistencia y una pila. Observamos un amperímetro que nos medirá la intensidad de corriente, I. El voltaje que proporciona la pila V, expresado en voltios, la intensidad de corriente, medido en amperios, y el valor de la resistencia en ohmios, se relacionan por la ley de Ohm, que aparece en el centro del circuito.
5.- Ley de watts
nos dice:
“La potencia eléctrica suministrada por un receptor es directamente proporcional a la tensión de
la alimentación (v) del circuito y a la intensidad ( I ) que circule por él”
Ecuación:
P = V . I
En donde:
P = potencia en Vatios
V = Tensión en voltios
I = Intensidad
a mi punto de vista cada ley es indispensable para conocer los límites y alcances de la electricidad o corriente eléctrica, se puede decir le electricidad tiene sus propias reglas para no causar alguna accidente en área de trabajo, así que es importante aprender a manejar cada una de ellas y para que nos puede ayudar y así mejorar nuestro perfil profesional como conocimientos.