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ENCICLOPEDIA DE RADIOELECTRÓNICA E INGENIERÍA ELÉCTRICA Leyes básicas de la corriente eléctrica. Enciclopedia de radioelectrónica e ingeniería eléctrica.
Enciclopedia de radioelectrónica e ingeniería eléctrica. / Electricidad para principiantes. Ley de ohmios. El voltaje y la corriente se consideran las características más útiles de los circuitos eléctricos. Una de las principales características del uso de la electricidad es el rápido transporte de energía de un lugar a otro y su transferencia al consumidor en la forma requerida. El producto de la diferencia de potencial y la corriente da potencia, es decir, la cantidad de energía liberada en el circuito por unidad de tiempo. Como se mencionó anteriormente, para medir la potencia en un circuito eléctrico se necesitarían 3 dispositivos. ¿Es posible arreglárselas con uno solo y calcular la potencia a partir de sus lecturas y alguna característica del circuito, como su resistencia? A mucha gente le gustó esta idea y la encontró fructífera. Entonces, ¿cuál es la resistencia de un cable o circuito en su conjunto? ¿Tiene un cable, como las tuberías de agua o las tuberías de un sistema de vacío, una propiedad permanente que podría llamarse resistencia? Por ejemplo, en las tuberías, la relación entre la diferencia de presión que produce el flujo dividida por el caudal suele ser una característica constante de la tubería. De manera similar, el flujo de calor en un alambre se rige por una relación simple que involucra la diferencia de temperatura, el área de la sección transversal del alambre y su longitud. El descubrimiento de tal relación para los circuitos eléctricos fue el resultado de una búsqueda exitosa. En la década de 1820, el maestro de escuela alemán Georg Ohm fue el primero en empezar a buscar la relación antes mencionada. En primer lugar, luchó por la fama y la fama que le permitirían enseñar en la universidad. Por eso eligió un área de investigación que prometía ventajas especiales. Om era hijo de un mecánico, por lo que sabía dibujar alambre metálico de diferentes espesores, que necesitaba para los experimentos. Como en aquellos días era imposible comprar alambre adecuado, Om lo hizo él mismo. Durante sus experimentos, probó diferentes longitudes, diferentes espesores, diferentes metales e incluso diferentes temperaturas. Varió todos estos factores uno por uno. En la época de Ohm, las baterías todavía estaban débiles y producían una corriente inconsistente. En este sentido, el investigador utilizó como generador un termopar, cuya unión caliente se colocó en la llama. Además, utilizó un tosco amperímetro magnético y midió diferencias de potencial (Ohm las llamó "voltajes") cambiando la temperatura o el número de uniones térmicas. El estudio de los circuitos eléctricos apenas ha comenzado a desarrollarse. Después de que se inventaron las baterías alrededor de 1800, comenzaron a desarrollarse mucho más rápido. Se diseñaron y fabricaron varios dispositivos (muy a menudo a mano), se descubrieron nuevas leyes, aparecieron conceptos y términos, etc. Todo esto condujo a una comprensión más profunda de los fenómenos y factores eléctricos. La actualización de los conocimientos sobre la electricidad, por un lado, fue la causa del surgimiento de un nuevo campo de la física y, por otro lado, fue la base para el rápido desarrollo de la ingeniería eléctrica, es decir, baterías, generadores, sistemas de suministro de energía para iluminación. y se inventaron los accionamientos eléctricos, hornos eléctricos, motores eléctricos, etc., otros. Los descubrimientos de Ohm fueron de gran importancia tanto para el desarrollo del estudio de la electricidad como para el desarrollo de la ingeniería eléctrica aplicada. Permitieron predecir fácilmente las propiedades de los circuitos eléctricos de corriente continua y, posteriormente, de corriente alterna. En 1826, Ohm publicó un libro en el que esbozaba conclusiones teóricas y resultados experimentales. Pero sus esperanzas no se cumplieron; el libro fue recibido con burla. Esto sucedió porque el método de experimentación tosca parecía poco atractivo en una época en la que muchos estaban interesados en la filosofía. No tuvo más remedio que dejar su puesto docente. No logró un nombramiento en la universidad por el mismo motivo. Durante 6 años, el científico vivió en la pobreza, sin confianza en el futuro, experimentando un sentimiento de amarga decepción. Pero poco a poco sus obras fueron ganando fama, primero fuera de Alemania. Om era respetado en el extranjero y se benefició de sus investigaciones. En este sentido, sus compatriotas se vieron obligados a reconocerlo en su tierra natal. En 1849 recibió una cátedra en la Universidad de Munich. Ohm descubrió una ley simple que establece la relación entre corriente y voltaje para un trozo de cable (para parte de un circuito, para todo el circuito). Además, compiló reglas que le permiten determinar qué cambiará si toma un cable de otro tamaño. La ley de Ohm se formula de la siguiente manera: la intensidad de la corriente en una sección de un circuito es directamente proporcional al voltaje en esta sección e inversamente proporcional a la resistencia de la sección. Ley de Joule-Lenz. La corriente eléctrica en cualquier parte del circuito realiza algún trabajo. Por ejemplo, tomemos cualquier sección del circuito entre cuyos extremos haya un voltaje (U). Por definición de voltaje eléctrico, el trabajo realizado al mover una unidad de carga entre dos puntos es igual a U. Si la intensidad de la corriente en una sección determinada del circuito es igual a i, entonces en el tiempo t la carga pasará, y por tanto el trabajo de la corriente eléctrica en este tramo será: A = Unidad. Esta expresión es válida para corriente continua en cualquier caso, para cualquier sección del circuito, que puede contener conductores, motores eléctricos, etc. La potencia actual, es decir, trabajo por unidad de tiempo, es igual a: P \uXNUMXd A / t \uXNUMXd Ui. Esta fórmula se usa en el sistema SI para determinar la unidad de voltaje. Supongamos que la sección del circuito es un conductor estacionario. En este caso, todo el trabajo se convertirá en calor, que se liberará en este conductor. Si el conductor es homogéneo y obedece la ley de Ohm (esto incluye todos los metales y electrolitos), entonces: U = ir, donde r es la resistencia del conductor. En este caso: A = rt2t. Esta ley fue deducida experimentalmente por primera vez por E. Lenz e, independientemente de él, por Joule. Cabe señalar que los conductores calefactores tienen numerosas aplicaciones en tecnología. Las más comunes e importantes son las lámparas incandescentes. Ley de inducción electromagnética. En la primera mitad del siglo XIX, el físico inglés M. Faraday descubrió el fenómeno de la inducción magnética. Este hecho, que pasó a ser propiedad de muchos investigadores, dio un poderoso impulso al desarrollo de la ingeniería eléctrica y de radio. Durante sus experimentos, Faraday descubrió que cuando cambia el número de líneas de inducción magnética que penetran en una superficie limitada por un circuito cerrado, surge una corriente eléctrica en ella. Ésta es la base de quizás la ley más importante de la física: la ley de la inducción electromagnética. La corriente que se produce en el circuito se llama inducción. Debido al hecho de que una corriente eléctrica surge en un circuito solo cuando las cargas libres se exponen a fuerzas externas, cuando un flujo magnético cambiante pasa a lo largo de la superficie de un circuito cerrado, estas mismas fuerzas externas aparecen en él. La acción de fuerzas externas en física se llama fuerza electromotriz o fem inducida. La inducción electromagnética también aparece en conductores abiertos. Cuando un conductor cruza líneas de fuerza magnéticas, aparece voltaje en sus extremos. La razón de la aparición de tal voltaje es la fem inducida. Si el flujo magnético que pasa a través de un circuito cerrado no cambia, no aparece corriente inducida. Usando el concepto de "fem de inducción", podemos hablar de la ley de la inducción electromagnética, es decir, la fem de inducción en un circuito cerrado es igual en magnitud a la tasa de cambio del flujo magnético a través de la superficie delimitada por el circuito. regla de Lenz. Como ya sabemos, en un conductor surge una corriente inducida. Dependiendo de las condiciones de su aparición, tiene una dirección diferente. En esta ocasión, el físico ruso Lenz formuló la siguiente regla: la corriente inducida que surge en un circuito cerrado siempre tiene una dirección tal que el campo magnético que crea no permite que cambie el flujo magnético. Todo esto provoca la aparición de una corriente de inducción. La corriente de inducción, como cualquier otra, tiene energía. Esto significa que ante una corriente de inducción aparece energía eléctrica. Según la ley de conservación y transformación de la energía, la energía antes mencionada sólo puede surgir debido a la cantidad de energía de algún otro tipo de energía. Por tanto, la regla de Lenz corresponde plenamente a la ley de conservación y transformación de la energía. Además de la inducción, en la bobina puede aparecer la llamada autoinducción. Su esencia es la siguiente. Si surge una corriente en la bobina o cambia su intensidad, aparece un campo magnético cambiante. Y si el flujo magnético que pasa a través de la bobina cambia, entonces aparece en ella una fuerza electromotriz, que se llama fem de autoinducción. Según la regla de Lenz, la fem autoinductiva al cerrar un circuito interfiere con la intensidad de la corriente y evita que aumente. Cuando el circuito está apagado, la fem autoinductiva reduce la intensidad de la corriente. En el caso de que la intensidad de la corriente en la bobina alcance un cierto valor, el campo magnético deja de cambiar y la fem de autoinducción se vuelve cero. Autor: Smirnova L.N.
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