Fundamentos del Electromagnetismo: De Oersted a Maxwell y Más Allá
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Fundamentos del Electromagnetismo y Circuitos Eléctricos
El Experimento de Oersted y la Conexión Eléctrica-Magnética
Se intuía la relación entre el magnetismo y la electricidad debido a fenómenos similares que comparten, como la polaridad, la inducción, las atracciones y las repulsiones. Sin embargo, era difícil de comprobar, ya que los fenómenos de alta tensión de la electricidad estática disimulaban los posibles efectos magnéticos que confirmarían dicha relación.
Leyes Fundamentales del Electromagnetismo
Ley de Ampère
El campo magnético en el espacio alrededor de una corriente eléctrica es proporcional a la corriente eléctrica que constituye su fuente, de la misma forma que el campo eléctrico en el espacio alrededor de una carga es proporcional a esa carga que constituye su fuente.
Ley de Faraday
Cualquier cambio en el entorno magnético en que se encuentra una bobina de cable originará un voltaje (una fuerza electromotriz inducida en la bobina).
Ley de Biot-Savart
Un elemento de corriente se define como la intensidad que fluye por una porción tangente al hilo conductor de longitud infinitesimal, y cuyo sentido es el de la corriente eléctrica (dl).
Ley de Lenz
La Ley de Lenz plantea que las tensiones inducidas tendrán un sentido tal que se opongan a la variación del flujo magnético que las produjo. No obstante, esta ley es una consecuencia del principio de conservación de la energía.
Ley de Ohm
La Ley de Ohm establece que la intensidad de la corriente eléctrica que circula por un conductor eléctrico es directamente proporcional a la diferencia de potencial aplicada e inversamente proporcional a la resistencia del mismo.
Ley de Gauss
El flujo eléctrico total fuera de una superficie cerrada es igual a la carga encerrada, dividida por la permitividad eléctrica.
Hitos Experimentales y Teóricos
El Experimento de Maxwell
Las ecuaciones de Maxwell demostraron que la electricidad, el magnetismo y hasta la luz son manifestaciones del mismo fenómeno: el campo electromagnético.
El Experimento de Hertz
Heinrich Hertz determinó que las ondas electromagnéticas son transversales y disponen de las mismas propiedades inherentes a otras ondas cualesquiera: se reflejan en los obstáculos (metálicos), se refractan en la superficie de separación de dos medios (dieléctricos) e interfieren entre sí.
El Espectro Electromagnético
El espectro electromagnético (o simplemente espectro) es el rango de todas las radiaciones electromagnéticas posibles. El espectro de un objeto es la distribución característica de la radiación electromagnética de ese objeto.
Conceptos Clave en Redes Eléctricas
Definiciones Básicas
- Redes eléctricas: Son circuitos eléctricos formados por resistencias en serie y en paralelo, generadores, motores, entre otros componentes.
- Nudo o nodo: Es el punto de la red donde concurren tres o más conductores.
- Rama o ramal: Es el segmento de la red por el que circula la misma intensidad de corriente.
- Malla: Es todo circuito cerrado que empieza y termina en el mismo nodo.
Leyes de Kirchhoff
Son dos leyes fundamentales utilizadas para la resolución de redes eléctricas:
- Ley de los nudos: En una red, la suma de las intensidades de las corrientes que llegan a un nodo es igual a la suma de las intensidades que salen de él.
- Ley de las mallas: En una malla, la suma algebraica de los productos de las resistencias por las intensidades que pasan por ella es igual a la suma algebraica de las fuerzas electromotrices en la misma malla.