martes, 29 de octubre de 2013

PRINCIPALES LEYES ELECTRICAS

Vamos a dar un repaso a las leyes fundamentales de la electricidad.
LA LEY DE OHM
La Ley de Ohm establece que la intensidad que circula por un conductor, circuito o resistencia, es inversamente proporcional a la resistencia (R) y directamente proporcional a la tensión (E).
La ecuación matemática que describe esta relación es:
I= \frac{V}{R}
Donde, I es la corriente que pasa a través del objeto en amperios, V es la diferencia de potencial de las terminales del objeto en voltios, y R es la resistencia en ohmios (Ω). Específicamente, la ley de Ohm dice que la R en esta relación es constante, independientemente de la corriente.
Bajate este programita para sencillos calculos y pruebas de la ley de Ohm
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LA LEY DE COULOMB
La ley de Coulomb dice que la intensidad de la fuerza electroestática entre dos cargas eléctricas es directamente proporcional al producto de las cargas e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que a ellas las separa.
Charles Austin Coulomb en 1785 desarrollo un aparato que el llamo la barra de torsión , construidas con fibras que permitian un facil desplazamiento, en esta colocó esferas con diferentes cargas electricas.
                    
Dichas mediciones permitieron determinar la ecuación de la ley de Coulomb:
\vec F = \frac{1}{4 \pi \varepsilon}\frac{q_1 \cdot q_2}{d^2} \vec{u}_d = \frac{1}{4 \pi \epsilon} q_1 \cdot q_2 \frac{(\vec{d_2} -\vec{d_1})}{|\vec{d}_2-\vec{d}_1|^3} \,\!
F = es el vector Fuerza que sufren las cargas eléctricas. Puede ser de atracción o de repulsión, dependiendo del signo que aparezca (función de que las cargas sean positivas o negativas).
q = son las cargas sometidas al experimento.
Epsilon = permitividad.
ud = vector director que une las cargas q1 y q2.
d = distancia entre las cargas.
LEYES DE KIRCHHOFF
a) Ley de nodos o ley corrientes
En todo nodo, donde la densidad de la carga no varíe 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.
cg3
Suma de corrientes entrantes = Suma de las corrientes salientes
I1 = I2 + I3
Un enunciado alternativo es, en todo nodo la suma algebraica de corrientes debe ser 0.
cg3
Ejemplo: Calcular la corriente desconocida del circuito:
cg3
Suma de corrientes entrantes = Suma de las corrientes salientes
7A = I2 + 4A
7A – 4A = I2
I2 = 3A
LEY DE MALLAS O LEY DE VOLTAJES
En toda malla la suma de todas las caídas de tensión es igual a la suma de todas las subidas de tensión. Ficho de otra forma el voltaje aplicado a un circuito cerrado es igual a la suma de las caídas de voltaje en ese circuito.
cg3
Voltaje aplicado = Suma de caídas de voltaje
V = V1 + V2 + V3
Un enunciado alternativo es, en toda malla la suma algebraica de las diferencias de potencial eléctrico debe ser 0.
cg3
Ejemplo: Calcular el voltaje desconocido del circuito:
cg3
Voltaje aplicado = Suma de caídas de voltaje
24V = 8V + 10V + V3
24V – 8V – 10V = V3
V3 = 6V
LEY DE WATT
La potencia eléctrica suministrada por un receptor es directamente proporcional a la tensión de la alimentación (V) del circuito y a la intensidad de corriente (I) que circule por él.
cg3
Donde:
P= Potencia en watt (W)
V= Tensión en volt (V)
I= Intensidad de corriente en ampere (A)
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).
Expresado en unidades utilizadas en electricidad, el Watt es la potencia producida por una diferencia de potencial de 1 voltio y una corriente eléctrica de 1 amperio (1 VA).
La potencia eléctrica de los aparatos eléctricos se expresa en Watt, si son de poca potencia, pero si son de mediana o gran potencia se expresa en kilovatios (kW).
EJEMPLOS DE APLICACIÓN:
1. ¿Cuál es la potencia consumida por un cautín de soldar por el cual circula una corriente de 0,16A (160mA) y está conectado a la red de 220V.
cg32. ¿Qué corriente circula por una lámpara de 100W, conectada a la red de 220V?
cg3
3. Encuentre el voltaje aplicado a una plancha de 1000W, que consume una corriente de 4,55A
cg3
LEY DE JOULE
Cuando la corriente eléctrica circula por un conductor, encuentra una dificultad que depende de cada material y que es lo que llamamos resistencia eléctrica, esto produce unas pérdidas de tensión y potencia, que a su vez den lugar a un calentamiento del conductor, a este fenómeno se lo conoce como efecto Joule. En definitiva, el efecto Joule provoca una pérdida de energía eléctrica, la cual se transforma en calor, estas pérdidas se valoran mediante la siguiente expresión:
cg3
Donde:
Pp = Potencia perdida en W
R= Resistencia del conductor en Ω
I= Intensidad de corriente en A
La resistencia que presenta un conductor es:
cg3
Donde:
ρ= Resistividad en ohm por metro (Ωm).
L= Longitud en metros (m).
A= Sección en metros cuadrados (m2).
La sección transversal del conductor es:
cg3
Donde:
d= diámetro del conductor
El conductor típicamente usado es el cobre, cuya resistividad es de 1,710-8 (Ωm).
Finalmente se calcula la energía perdida en calor como sigue:
cg3
Donde:
Q= Energía calórica en calorías
t= tiempo en segundo (s)
Este efecto es aprovechado en aparatos caloríficos, donde estas pérdidas se transforman en energía calorífica, que se expresa por la letra Q, y se mide en calorías.
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