PRINCIPALES LEYES ELECTRICASVamos a dar un repaso a las leyes fundamentales de la electricidad.

LA LEY DE OHMLaLey de Ohmestablece que la intensidad que circula por un conductor, circuito o resistencia, es inversamente proporcional a la resistencia (R) y directamente proporcional a la tensin (E).La ecuacin matemtica que describe esta relacin es:

Donde,Ies la corriente que pasa a travs del objeto en amperios,Ves la diferencia de potencial de las terminales del objeto en voltios, yRes la resistencia en ohmios (). Especficamente, la ley de Ohm dice que laRen esta relacin es constante, independientemente de la corriente.

Bajate este programita para sencillos calculos y pruebas de la ley de Ohm

LA LEY DE COULOMBLa 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.

Charles Austin Coulomb en 1785 desarrollo un aparato que el llamo la barra de torsin , construidas con fibras que permitian un facil desplazamiento, en esta coloc esferas con diferentes cargas electricas.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.Epsilon= permitividad.ud= vector director que une las cargas q1 y q2.d =distancia entre las cargas.

LEYES DE KIRCHHOFFa) 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 = 3ALEY 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 = 6VLEY 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

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.

Motor elctricoEl motor elctrico es un dispositivo que transforma la energa elctrica en energa mecnica por medio de la accin de los campos magnticos generados en sus bobinas. Son mquinas elctricas rotatorias compuestas por un esttor y un rotor.

Algunos de los motores elctricos son reversibles, ya que pueden transformar energa mecnica en energa elctrica funcionando como generadores o dinamo. Los motores elctricos de traccin usados en locomotoras o en automviles hbridos realizan a menudo ambas tareas, si se disean adecuadamente.

Son utilizados en infinidad de sectores tales como instalaciones industriales, comerciales y particulares. Su uso est generalizado en ventiladores, vibradores para telfonos mviles, bombas, medios de transporte elctricos, electrodomsticos, esmeriles angulares y otras herramientas elctricas, unidades de disco, etc. Los motores elctricos pueden ser impulsados por fuentes de corriente continua (DC), y por fuentes de corriente alterna (AC).

La corriente directa o corriente continua proviene de las bateras, los paneles solares, dnamos, fuentes de alimentacin instaladas en el interior de los aparatos que operan con estos motores y con rectificadores rudimentarios. La corriente alterna puede tomarse para su uso en motores elctricos bien sea directamente de la red elctrica, alternadores de las plantas elctricas de emergencia y otras fuentes de corriente alterna bifsica o trifsica como los inversores de potencia.

Los pequeos motores se pueden encontrar hasta en relojes elctricos. Los motores de uso general con dimensiones y caractersticas ms estandarizadas proporcionan la potencia adecuada al uso industrial. Los motores elctricos ms grandes se usan para propulsin de trenes, compresores y aplicaciones de bombeo con potencias que alcanzan 100 megavatios. Estos motores pueden ser clasificados por el tipo de fuente de energa elctrica, construccin interna, aplicacin, tipo de salida de movimiento, etctera.

Principio de funcionamientoLos motores elctricos son dispositivos que transforman energa elctrica en energa mecnica. El medio de esta transformacin de energa en los motores elctricos es el campo magntico. Existen diferentes tipos de motores elctricos y cada tipo tiene distintos componentes cuya estructura determina la interaccin de los flujos elctricos y magnticos que originan la fuerza o par de torsin del motor.El principio fundamental que describe cmo es que se origina una fuerza por la interaccin de una carga elctrica puntualqen campos elctricos y magnticos es laLey de Lorentz:

donde:q-carga elctrica puntual-Campo elctrico-velocidad de la partcula-densidad de campo magnticoEn el caso de un campo puramente elctrico la expresin de la ecuacin se reduce a:

La fuerza en este caso est determinada solamente por la cargaqy por el campo elctrico. Es la fuerza de Coulomb que acta a lo largo del conductor originando el flujo elctrico, por ejemplo en las bobinas del esttor de las mquinas de induccin o en el rotor de los motores de corriente continua.En el caso de un campo puramente magntico:

La fuerza est determinada por la carga, la densidad del campo magnticoy la velocidad de la carga. Esta fuerza es perpendicular al campo magntico y a la direccin de la velocidad de la carga. Normalmente hay muchsimas cargas en movimiento por lo que conviene reescribir la expresin en trminos de densidad de cargay se obtiene entonces densidad de fuerza(fuerza por unidad de volumen):

Al productose le conoce como densidad de corriente(amperes por metro cuadrado):

Entonces la expresin resultante describe la fuerza producida por la interaccin de la corriente con un campo magntico:

Este es un principio bsico que explica cmo se originan las fuerzas en sistemas electromecnicos como los motores elctricos. Sin embargo, la completa descripcin para cada tipo de motor elctrico depende de sus componentes y de su construccin.

Transformador

Se denomina transformador a un dispositivo elctrico que permite aumentar o disminuir la tensin en un circuito elctrico de corriente alterna, manteniendo la potencia. La potencia que ingresa al equipo, en el caso de un transformador ideal (esto es, sin prdidas), es igual a la que se obtiene a la salida. Las mquinas reales presentan un pequeo porcentaje de prdidas, dependiendo de su diseo y tamao, entre otros factores.

El transformador es un dispositivo que convierte la energa elctrica alterna de un cierto nivel de tensin, en energa alterna de otro nivel de tensin, basndose en el fenmeno de la induccin electromagntica. Est constituido por dos bobinas de material conductor, devanadas sobre un ncleo cerrado de material ferromagntico, pero aisladas entre s elctricamente. La nica conexin entre las bobinas la constituye el flujo magntico comn que se establece en el ncleo. El ncleo, generalmente, es fabricado bien sea de hierro o de lminas apiladas de acero elctrico, aleacin apropiada para optimizar el flujo magntico. Las bobinas o devanados se denominan primario y secundario segn correspondan a la entrada o salida del sistema en cuestin, respectivamente. Tambin existen transformadores con ms devanados; en este caso, puede existir un devanado "terciario", de menor tensin que el secundario.

Funcionamiento

Este elemento elctrico se basa en el fenmeno de la induccin electromagntica, ya que si aplicamos una fuerza electromotriz alterna en el devanado primario, debido a la variacin de la intensidad y sentido de la corriente alterna, se produce la induccin de un flujo magntico variable en el ncleo de hierro.

Este flujo originar por induccin electromagntica, la aparicin de una fuerza electromotriz en el devanado secundario. La tensin en el devanado secundario depender directamente del nmero de espiras que tengan los devanados y de la tensin del devanado primario.