La electricidad es el movimiento de cargas eléctricas que circulan por un conductor. Este movimiento se realiza de acuerdo con unas determinadas propiedades físicas. Estas propiedades están recogidas en una série de leyes que se han ido desarrollando a lo largo de la historia.
Las leyes relacionadas con la energía eléctrica más importantes son:
Ley de Coulomb
La ley de Coulomb establece que la fuerza eléctrica de dos objetos cargados es inversamente proporcional al cuadrado de la distancia entre ellos. La ley de Coulomb también dice que, esta fuerza es directamente proporcional al producto de las cargas.
Esta ley fue introducida por primera vez en 1785 por el físico Charles-Augustin de Coulomb.
Ley de Ampère
La ley de Ampère la desarrolló el francés André-Marie Ampère en 1831. La ley de Ampère relaciona un campo magnético estático con la causa que lo provoca. Más tarde, James Clerk Maxwell la corrigió y pasó a formar parte de las ecuaciones de Maxwell.
La ley de Ampère indica que la circulación de la intensidad del campo magnético en un contorno cerrado es proporcional a la corriente eléctrica que recorre en ese contorno.
Ley de Ohm
La ley de Ohm establece que la intensidad de corriente eléctrica que fluye de un conductor que conecta dos puntos es directamente proporcional a la tensión entre los dos puntos e inversamente proporcional a la resistencia eléctrica del conductor.
La ley de Ohm logra describir con gran precisión el comportamiento de casi todos los materiales conductores de electricidad. Sin embargo, hay algunos materiales conductores que no siguen esta ley. Estos se denominan materiales conductores no óhmicos.
La ley debe su nombre al físico alemán George Ohm. En 1827, George Ohm describió las corrientes y voltajes que se producían en circuitos eléctricos simples. En honor suyo se expresa la resistencia en Ohmios (ω).
Ley de Faraday
La ley de inducción electromagnética de Faraday es una ley básica del electromagnetismo, con:
- un transformador
- un elemento de inductancia
- una pluralidad de funcionamiento del generador de cerca.
La ley establece que: "La magnitud de la fuerza electromotriz inducida en cualquier circuito cerrado es igual a la tasa de cambio del flujo magnético a través del circuito."
Esta ley fue descubierta por Michael Faraday en 1831. Joseph Henry descubrió esta ley antes que Faraday en un estudio independiente en 1830, pero no publicó este descubrimiento. Por lo tanto, esta ley se llama ley de Faraday.
Tradicionalmente, hay dos formas de cambiar el flujo magnético a través del circuito. En cuanto a la fuerza electromotriz inducida , lo que cambia es su propio campo eléctrico, como cambiar la corriente que genera el campo (como un transformador). En cuanto a la fuerza motriz electromotriz , lo que cambia es el movimiento de la totalidad o parte del circuito en el campo magnético, como en un generador de la misma polaridad.
Leyes eléctricas de Kirchhoff
Estas leyes se componen de dos principios fundamentales que explicamos a continuación:
Ley de la corriente de Kirchhoff (ley de nodos)
La ley de la corriente de Kirchhoff, también conocida como ley de nodos, se basa en la conservación de la carga eléctrica. Cuando consideramos un nodo en un circuito eléctrico, este es un punto donde se conectan varias conductores.
Según esta ley, la suma de las corrientes que entran a un nodo debe ser igual a la suma de las corrientes que salen de ese nodo. En otras palabras, no puede haber acumulación de carga en el nodo; la carga que entra tiene que salir.
Esta regla eléctrica se expresa matemáticamente de la siguiente manera:
Ientrada = Isalida
Esto significa que, si tienes varias corrientes fluyendo hacia un nodo, y otras fluyendo fuera de él, la suma total de las corrientes que entran menos la suma total de las que salen es igual a cero.
Si sumas todas las corrientes que entran y las que salen, el total debe ser cero.
Ley de tensión de Kirchhoff (ley de mallas)
La ley de tensión de Kirchhoff, o ley de mallas, se basa en la conservación de la energía en un circuito.
Esta ley eléctrica establece que, si trazas un camino cerrado (o malla) en un circuito, la suma de todas las caídas de tensión a lo largo de ese camino debe ser igual a la suma de las tensiones (fuentes de energía) en el mismo recorrido.
Específicamente, la ley dice que:
- Cuando pasas a través de un componente que consume energía (como una resistencia), la caída de tensión se cuenta como negativa.
- Cuando pasas a través de una fuente de tensión (como una batería), la tensión se cuenta como positiva.
Así que, si sumamos todas las tensiones en un recorrido cerrado, obtendremos cero:
Vfuentes = Vcaídas
Este principio implica que la energía total que se proporciona en el circuito es igual a la energía que se consume.
Es como si estuvieras viajando a lo largo de una ruta: si comienzas y terminas en el mismo lugar (como en una malla), el total de altitudes (tensiones) que subes debe ser igual al total que bajas.
Ley de Gauss
La Ley de Gauss es un principio en electromagnetismo que describe cómo se relaciona el flujo eléctrico que atraviesa una superficie cerrada con la cantidad de carga eléctrica que hay dentro de esa superficie.
En términos simples, esta ley establece que si imaginas una esfera o cualquier forma cerrada alrededor de una carga eléctrica, el total del flujo eléctrico que sale de esa superficie es directamente proporcional a la carga que está encerrada dentro de ella.
La idea detrás de esta ley eléctrica es que el flujo eléctrico representa cuántas líneas de campo eléctrico pasan a través de la superficie. Si hay más carga dentro de la superficie, habrá más líneas de campo saliendo de ella. Este principio se aplica independientemente de la forma de la superficie, siempre que se mantenga cerrada.