Ley de Coulomb

La Ley de Coulomb, que establece cómo es la fuerza entre dos cargas eléctricas puntuales, constituye el

punto de partida de la Electrostática como ciencia cuantitativa.

Fue descubierta por Priestley en 1766, y redescubierta por Cavendish pocos años después, pero fue Coulomb

en 1785 quien la sometió a ensayos experimentales directos.

Entendemos por carga puntual una carga eléctrica localizada en un punto geométrico del espacio.

Evidentemente, una carga puntual no existe, es una idealización, pero constituye una buena aproximación

cuando estamos estudiando la interacción entre cuerpos cargados eléctricamente cuyas dimensiones son

muy pequeñas en comparación con la distancia que existen entre ellos.

La Ley de Coulomb dice que "la fuerza electrostática entre dos cargas puntuales es proporcional al producto

de las cargas e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que las separa, y tiene la dirección de

la línea que las une. La fuerza es de repulsión si las cargas son de igual signo, y de atracción si son de signo

contrario".

Es importante hacer notar en relación a la ley de Coulomb los siguientes puntos:

a) cuando hablamos de la fuerza entre cargas eléctricas estamos siempre suponiendo que éstas se

encuentran en reposo (de ahí la denominación de Electrostática);

Nótese que la fuerza eléctrica es una cantidad vectorial, posee magnitud, dirección  y sentido.

b) las fuerzas electrostáticas cumplen la tercera ley de Newton (ley de acción y reacción); es decir, las

fuerzas que dos cargas eléctricas puntuales ejercen entre sí son iguales en módulo y dirección, pero

de sentido contrario:

Fq1 → q2 = −Fq2 → q1 ;

Representación

gráfica de la Ley

de Coulomb

para dos cargas

del mismo

signo.

 

En términos matemáticos, esta ley se refiere a la magnitud F de la fuerza que cada una de las dos cargas

puntuales q1y q2 ejerce sobre la otra separadas por una distancia r y se expresa en forma de ecuación

como:

k es una constante conocida como constante Coulomb y las barras denotan valor absoluto.

F es el vector Fuerza que sufren las cargas eléctricas. Puede ser de atracción o de repulsión, dependiendo

del signo que aparezca (en función de que las cargas sean positivas o negativas).

- Si las cargas son de signo opuesto (+ y –), la fuerza "F" será negativa, lo que indica atracción

- Si las cargas son del mismo signo (– y –   ó   + y +), la fuerza "F" será positiva, lo que indica repulsión.

En el gráfico vemos que, independiente del signo que ellas posean,  las fuerzas se ejercen siempre en

la misma dirección (paralela a la línea que representa r), tienen siempre igual módulo o valor (q 1 x q2 =

q2 x q1) y siempre se ejercen en sentido contrario entre ellas.

Recordemos que la unidad por carga eléctrica en el Sistema Internacional (SI) es el Coulomb.

c) hasta donde sabemos la ley de Coulomb es válida desde distancias de muchos kilómetros hasta distancias

tan pequeñas como las existentes entre protones y electrones en un átomo.

Leyes de Kirchhoff

CONCEPTOS BÁSICOS DE TOPOLOGÍA DE CIRCUITOS

Rama: Representación de un elemento o circuito de dos terminales.

Nodo: Punto de conexión entre dos o más ramas o elementos.

Camino cerrado o lazo: Conexión de ramas a través de una secuencia de nodos que comienza y termina en el mismo nodo pasando sólo una vez por cada nodo (sin repetir ramas). En los libros en inglés lo denominan loop.

Malla: Camino cerrado (o lazo) en el cual no existen otros caminos cerrados al interior. En los libros en inglés lo denominan mesh.

Red: Interconexión de varios elementos o ramas. En los libros en inglés lo denominan network.

Circuito: Es una red con al menos un camino cerrado.

Corriente de Rama: Es la corriente neta en una rama.

Voltaje de Rama: Es la caída de voltaje entre los nodos de una rama.

Corriente de Malla: Es la corriente ficticia que se ha definido para una malla. La suma algebraica de las corrientes de malla que pasan por la rama da como resultado la corriente de rama.

Conexión Serie: Conexión de elementos en la cual la corriente es la misma en todos los elementos. Esto se tiene al conectar el fin de un nodo de una rama con el nodo de inicio de la siguiente rama de la secuencia.

Conexión Paralelo: Conexión de elementos entre dos nodos comunes (nodo superior con nodo superior y nodo inferior con nodo inferior) en la cual el voltaje es el mismo en todos los elementos.

Secuencia de Nodos Cerrada: Es una secuencia de nodos finita que comienza y termina en el mismo nodo. Aquí no se requiere que haya una rama entre los nodos.

Circuito Conectado: Es aquél en el cual cada nodo puede ser alcanzado desde otro nodo por un camino a través de los elementos del circuito.

Ley de corrientes de Kirchhoff

Esta ley también es llamada ley de nodos o primera ley de Kirchhoff la sigla LCK para referirse a esta ley. La ley de corrientes de Kirchhoff nos dice que: En cualquier nodo de la red, la suma de las de las corrientes que salen. De igual forma, La suma algebraica de todas las corrientes que pasan por el nodo es igual a cero.

Esta fórmula es válida también para circuitos complejos:

La ley se basa en el principio de la conservación de la carga donde la carga en Coulombs es el producto de la corriente en amperios y el tiempo en segundos.

◊ Describe con precisión la situación del circuito:

◊ La suma de las tensiones en un bucle de corriente cerrado es cero.

◊ Las resistencias son sumideros de potencia, mientras que la batería es una fuente de potencia. En el caso sencillo de una única fuente de tensión, una sencilla operación algebraica indica que la suma de las caídas de tensión individuales debe ser igual a la tensión aplicada:

◊ Ejemplo: Si la tensión a través de R1 la llamamos E1, a través de R2, E2, y a través de R3, E3, entonces E1 = IxR1 = 0 00758 X 5000 = 37 9 V 26 E1 = IxR1 = 0,00758 X 5000 = 37,9 V E2 = IxR2 = 0,00758 X 20.000 = 151,5 V E3 = IxR3 = 0,00758 X 8000 = 60,6, es decir, E= E1 + E2 + E3 E= 37,9 + 151,5 + 60,6 E= 250 V

Ley de tensiones de Kirchhoff

"La corriente que circula hacia un nodo o punto de derivación es igual a la suma de las corrientes que abandonan el nodo o derivación.“

Esta ley es llamada también Segunda ley de Kirchhoff, ley de lazos de Kirchhoff o ley de mallas de Kirchhoff y es común que se use la sigla LVK para referirse a esta ley.

En toda malla o camino cerrado de una red eléctrica dada se cumple que: la suma de todas las caídas de tensión (voltaje de los elementos pasivos) es igual a la tensión total suministrada (voltaje de los elementos activos). De forma equivalente, En toda malla la suma algebraica de las diferencias de potencial eléctrico es igual a cero.