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Descifrando las Leyes Eléctricas Fundamentales: Una Guía Detallada sobre Ohm, Kirchhoff, Faraday y Coulomb

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Antes de abordar este tema es preciso conocer puntualmente sobre la electricidad. Este viene a ser el conjunto de fenómenos que tienen relación con la presencia así como el flujo, de cargas eléctricas. Se refiere también al estudio de la electricidad, así como al descubrimiento de sus leyes como un fenómeno físico y a su vez, a la invención de artefactos que permitan hacer un uso práctico de la misma.

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Un buen resumen de la electricidad dentro de la historia se puede ver reflejado de la siguiente manera:

  • Hace 4570 años en textos egipcios antiguos se habla de peces eléctricos, primeros vestigios de la bio-electricidad.
  • 600 antes de cristo Tales de Mileto y la electricidad estática
  • Para el 1600 el médico Inglés William Gilbert hace uso de la palabra “electricus” con la que describe la fuerza que ejercen algunas sustancias al frotarse unas contra otras.
  • 1752 Benjamín Franklin crea lo que sería el primer pararrayos
  • 1800 Volta crea la primera pila o batería
  • 1831 Michael Faraday crea el primer generador eléctrico o dinamo eléctrico
  • 1878 Thomas Edison nos entrega la bombilla incandescente de filamento.
  • 1900 Nikola Tesla llega con la corriente Alterna

Todo esto en conjunto nos llevó al descubrimiento y aplicación de las leyes que rigen a la electricidad dentro de las que podemos resaltar en esta oportunidad dos, como son; la ley de Watt y la ley de Ohm.

Leyes eléctricas de Watt y Ohm

Leyes eléctricas de Watt y Ohm
Leyes eléctricas de Watt y Ohm

Ley de watt

Podemos señalar que esta ley eléctrica se aplica dentro del campo de los circuitos eléctricos y esta nos dice que la potencia eléctrica (P) es suministrada por un elemento de circuito, siendo directamente proporcional al producto generado entre la tensión de la alimentación (V) del circuito y la intensidad de corriente (I) que circula por él.

Ahora bien, la potencia eléctrica es sin duda un concepto importante dentro de la electricidad, ya que es la que nos indica lo rápido que puede ser un determinado elemento para transformar energía eléctrica en otra forma de energía.

Esto matemáticamente representa a la ley de Watt de la siguiente manera: (P = V. I)

Toda persona se encuentra familiarizada con el concepto de la potencia eléctrica pues se puede apreciar en los dispositivos eléctricos que utilizamos en casa y que son de uso común. Y es que, todos ellos muestran en sus especificaciones  su potencia, por ejemplo las bombillas, hornillas eléctricas, los refrigeradores y muchos más

Esta ley de Watt puede ser aplicada en circuitos eléctricos con el fin de encontrar la potencia eléctrica. Bien sea suministrada o consumida por el elemento, los bombillos son entonces, un muy buen ejemplo de la aplicación de la ley de Watt.

Ley de Ohm: El Pilar del Análisis de Circuitos

Ley de Ohm El Pilar del Análisis de Circuitos
Ley de Ohm El Pilar del Análisis de Circuitos

La Ley de Ohm, nombrada en honor al físico alemán Georg Simon Ohm, establece la relación entre el voltaje (V), la corriente (I) y la resistencia (R) en un circuito eléctrico. Esta ley, que se puede expresar como V = I * R, es la piedra angular del análisis de circuitos (Halliday, Resnick, & Walker, 2010).

Principios Básicos de la Ley de Ohm

La Ley de Ohm sostiene que el voltaje en un circuito es igual al producto de la corriente y la resistencia. Esta relación se mantiene constante siempre que la temperatura del circuito no cambie.

Aplicaciones de la Ley de Ohm

La Ley de Ohm se utiliza en todos los aspectos de la ingeniería y la física eléctrica. Se usa para calcular el voltaje, la corriente o la resistencia en un circuito si se conocen los otros dos valores.

Ejemplos de la Ley de Ohm

Supongamos que tienes un circuito con una resistencia de 5 ohmios y una corriente de 2 amperios. Usando la Ley de Ohm, puedes calcular que el voltaje en el circuito es de 10 voltios (V = I * R = 2A * 5Ω = 10V).

Esta ley se aplica con el fin de determinar la relación existente entre la tensión, la corriente y la resistencia dentro de un circuito eléctrico. Para aquellas personas que se desempeñan dentro del mundo de la electrónica, la ley de Ohm es tan fundamental como lo viene a ser la ecuación de la relatividad de Einstein (E = mc²) para los físicos.

La ley de Ohm representada matemáticamente es (E = I.R) y al ser enunciada significa que la tensión es el resultado producido de la corriente multiplicada por la resistencia. O también, voltios es igual a amperios multiplicados por  ohmios, lo que es igual a (V = A x Ω). Es una ley eléctrica que recibió su nombre en honor al físico alemán Georg Ohm y aborda las cantidades clave en el funcionamiento de los circuitos.

Si conocemos dos de los tres valores, esto nos permite reconfigurar la ley de Ohm para así realizar el cálculo del valor faltante. Solo haciendo un cambio en la ecuación de esta manera.

  • E= I.R
  • I= I/R
  • R= E/R

La ley de Ohm puede aplicarse en aquellos casos donde se desea conocer.

  • Caídas de tensión
  • Los niveles de corriente
  • Los suministros de voltaje
  • Valores estáticos que poseen los componentes del circuito

Importancia de la ley de watt y la ley de Ohm

Podemos comenzar señalando que conocer la ley de Ohm es importante ya que es la que nos permite anticipar cómo será el comportamiento de un determinado circuito antes de conectarlo. De este modo, nos podemos asegurar de que funcione justo como esperamos que lo haga. Al hacer uso de esta ley podemos calcular entonces, corrientes y voltajes, lo cual nos permitirá evitar las bajas tensiones o las descargas eléctricas.

Por otro lado, la ley de Watt es en efecto bastante útil, ya que gracias a ella podemos hacer cálculos con los cuales establecer cuanta potencia máxima se logra llegar a tener en un circuito de una corriente específica. De igual modo, conocer cuanta corriente demanda un equipo o aparato que posee una determinada potencia, o conocer el nivel de voltaje más conveniente para un aparato con demandas de corriente y potencia determinadas.

Leyes de Kirchhoff: Conservación de la Energía y la Carga

Las Leyes de Kirchhoff, nombradas en honor al físico alemán Gustav Kirchhoff, son dos reglas que se utilizan para analizar los circuitos eléctricos: la Ley de Corrientes de Kirchhoff (KCL) y la Ley de Voltajes de Kirchhoff (KVL) (Floyd, 2013).

Ley de Corrientes de Kirchhoff (KCL)

La KCL establece que la suma de las corrientes que entran en un nodo (un punto en el circuito donde se conectan dos o más componentes) es igual a la suma de las corrientes que salen de él. Esto se basa en la conservación de la carga.

Ley de Voltajes de Kirchhoff (KVL)

La KVL sostiene que la suma de las caídas de voltaje en cualquier bucle cerrado de un circuito es igual a la suma de las fuentes de voltaje en ese bucle. Esto se basa en la conservación de la energía.

Ejemplos y Aplicaciones de las Leyes de Kirchhoff

Las Leyes de Kirchhoff se utilizan ampliamente en la resolución de circuitos eléctricos complejos. Permiten calcular los valores desconocidos de voltaje y corriente en diferentes partes del circuito.

Ley de Faraday: El Fundamento de la Inducción Electromagnética

Entendiendo la Ley de Faraday

La Ley de Faraday de la inducción electromagnética, nombrada en honor al científico británico Michael Faraday, establece que el voltaje inducido en un circuito es directamente proporcional a la tasa de cambio del flujo magnético a través del circuito (Griffiths, 2013).

Aplicaciones de la Ley de Faraday

Esta ley es fundamental para el funcionamiento de muchos dispositivos eléctricos y electrónicos, incluyendo generadores, transformadores, motores eléctricos y bobinas de inducción.

Ejemplos de la Ley de Faraday

En un generador eléctrico, un imán rotatorio cambia el flujo magnético a través de una bobina de alambre, lo que induce un voltaje en la bobina. Este es un ejemplo práctico de la Ley de Faraday en acción.

Ley de Coulomb: La Base de la Electroestática

La Ley de Coulomb, nombrada en honor al físico francés Charles-Augustin de Coulomb, define la fuerza entre dos cargas eléctricas. Esta ley establece que la fuerza entre dos cargas es directamente proporcional al producto de las cargas e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia entre ellas (Serway & Jewett, 2010).

Comprendiendo la Ley de Coulomb

La Ley de Coulomb describe cómo las cargas eléctricas interactúan entre sí. Las cargas del mismo tipo se repelen, mientras que las cargas opuestas se atraen.

Aplicaciones de la Ley de Coulomb

La Ley de Coulomb es fundamental en muchos aspectos de la física y la ingeniería, incluyendo el diseño de circuitos eléctricos, la interpretación de interacciones electrostáticas, y el análisis de la estructura de la materia a nivel atómico.

Ejemplos de la Ley de Coulomb

Un ejemplo cotidiano de la Ley de Coulomb es la electricidad estática. Cuando frotas un globo contra tu cabello, las cargas se transfieren del cabello al globo. Esto crea una carga estática que puede atraer objetos pequeños, como trozos de papel.

Referencias

  • Floyd, T. (2013). Principles of Electric Circuits: Conventional Current Version. Pearson.
  • Griffiths, D. (2013). Introduction to Electrodynamics. Cambridge University Press.
  • Halliday, D., Resnick, R., & Walker, J. (2010). Fundamentals of Physics. Wiley.
  • Serway, R., & Jewett, J. (2010). Physics for Scientists and Engineers. Cengage Learning.
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Juan Torres
Juan Torres
Juan Torres es Líder Internacional y experto en Colombia y América Latina en Educación y Gestión. Tiene experiencia en diferentes mercados internacionales y está familiarizado con las negociaciones con partes interesadas transnacionales. Actualmente se encarga de la educación en la región iberoamericana.

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