Electricidad y Magnetismo: Leyes de Coulomb, Ohm y Circuitos

Conceptos Fundamentales de Electricidad y Magnetismo: Fórmulas y Aplicaciones

Atracción y Carga Eléctrica

La carga eléctrica (q) se cuantifica como un múltiplo entero (n) de la carga elemental (e), que es la carga del electrón o del protón:

• q = n * e
• n = q / e

Donde:

• q: Carga eléctrica (medida en Coulombs, C)
• n: Número entero de electrones o protones
• e: Carga elemental del protón o electrón = 1.6 x 10^-19 C
• Protón: 1.6 x 10^-19 C
• Electrón: -1.6 x 10^-19 C

Ley de Coulomb

La fuerza (F) entre dos cargas puntuales (q1 y q2) es directamente proporcional al producto de las cargas e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia (r) entre ellas:

F = K * (q1 * q2) / r²

Donde:

• F: Fuerza (medida en Newtons, N)
• K: Constante de proporcionalidad = 9 x 10⁹ Nm²/C²
• q1, q2: Cargas (medidas en Coulombs, C)
• r: Distancia entre las partículas (medida en metros, m)

Prefijos comunes:

• 1 mC (milicoulomb) = 1 x 10^-3 C
• 1 μC (microcoulomb) = 1 x 10^-6 C
• 1 nC (nanocoulomb) = 1 x 10^-9 C

Intensidad del Campo Eléctrico

El campo eléctrico (E) en un punto se define como la fuerza (F) por unidad de carga (q) en ese punto:

• E = F / q
• q = F / E
• E = K * q / r²

Donde:

• E: Intensidad del campo eléctrico (medida en N/C)
• F: Fuerza eléctrica (medida en Newtons, N)
• q: Carga de prueba (medida en Coulombs, C)
• K: Constante de Coulomb = 9 x 10⁹ Nm²/C²
• r: Distancia entre la carga eléctrica y el punto donde se desea conocer la intensidad (medida en metros, m)

Para encontrar la fuerza:

F = q * E

Ley de Ohm

La corriente (I) que circula por un conductor es directamente proporcional a la diferencia de potencial (V) e inversamente proporcional a la resistencia (R):

I = V / R

Donde:

• I: Intensidad de la corriente (medida en Amperes, A)
• V: Diferencia de potencial (medida en Volts, V)
• R: Resistencia eléctrica (medida en Ohms, Ω)

Potencia Eléctrica

La potencia eléctrica (P) se calcula como:

P = V * I

Donde:

• P: Potencia (medida en Watts, W)
• V: Diferencia de potencial (medida en Volts, V)
• I: Intensidad de corriente (medida en Amperes, A)
• I = P / V (Intensidad de corriente)

Energía Eléctrica

La energía eléctrica (E) consumida o generada se calcula como:

E = P * T

Donde:

• E: Energía (medida en Joules, J, o কিলোওয়াট-ঘণ্টা, kWh)
• P: Potencia (medida en Watts, W)
• T: Tiempo (medido en segundos, s, o horas, h)

Ejemplo: Para un tiempo de 9 horas: 9 h * 60 min/h * 60 s/min = 32400 s

Circuito Eléctrico en Serie

En un circuito en serie:

• La resistencia total (RT) es la suma de las resistencias individuales: RT = R1 + R2 + R3 + ...
• La corriente total (IT) es la misma en todos los componentes: IT = V_T / RT
• Los voltajes individuales se calculan según la ley de Ohm: V1 = I1 * R1, V2 = I2 * R2, V3 = I3 * R3, ...
• Los voltajes son diferentes en cada resistencia, pero la corriente es la misma (IT).

Conceptos Adicionales

Corriente Eléctrica

Es el flujo de carga eléctrica que recorre un material. Este flujo se debe al movimiento de las cargas (electrones, protones, neutrones).

Intensidad de Corriente

Es la carga eléctrica que atraviesa una sección del conductor en una unidad de tiempo.

Voltaje

Capacidad física que tiene un circuito eléctrico para impulsar electrones a lo largo de un conductor.

Leyes de los Gases

Ley de Boyle

Establece que la presión de un gas en un recipiente cerrado es inversamente proporcional al volumen del recipiente, cuando la temperatura es constante. Si la presión aumenta, el volumen disminuye.

Ley de Charles

Relaciona el volumen y la temperatura de una cierta cantidad de gas ideal, mantenida a una presión constante, mediante una constante de proporcionalidad directa. V es el volumen. T es la temperatura absoluta (medida en Kelvin).