Fundamentos de Electricidad y Electroquímica: Leyes de Ohm, Faraday y Kirchhoff
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Leyes Fundamentales de la Electricidad y la Electroquímica
Este documento explora los principios esenciales que rigen el comportamiento de la corriente eléctrica y las transformaciones químicas inducidas por ella.
Ley de Ohm
La corriente eléctrica (I) es directamente proporcional a la tensión (V) que la genera e inversamente proporcional a la resistencia (R) que la soporta. De aquí se deduce que la corriente (I) es calculable como el cociente entre la tensión (V) y la resistencia (R):
I = V / R
La tensión (V) que alimenta a una resistencia (R) es igual al producto entre la corriente (I) que circula por ella y dicha resistencia:
V = I ⋅ R
La resistencia (R) es igual al cociente entre la tensión (V) que la alimenta y la corriente (I) que circula por la misma. La resistencia (R) de un conductor depende de la temperatura y de las dimensiones del material con el que está construido.
Segunda Ley de Ohm (Resistividad)
La resistencia (R) de un conductor es directamente proporcional a su longitud (L) e inversamente proporcional a su área de la sección transversal (A). Por lo tanto, es calculable como el producto de la resistividad (ρ) del material por el cociente entre la longitud (L) y el área de la sección transversal (A):
R = ρ ⋅ (L / A)
La constante propia de cada material se denomina resistencia específica o resistividad (ρ). La resistividad y la conductividad de los materiales están tabuladas en tablas específicas para cada material.
Electrólisis
La electrólisis es el conjunto de transformaciones químicas que ocurren en un electrolito cuando es atravesado por una corriente eléctrica.
Un electrolito es una sustancia que, fundida o en disolución, es capaz de conducir la corriente eléctrica.
Los componentes necesarios para realizar una electrólisis son la celda electrolítica (o cuba electrolítica), el electrolito y los electrodos.
En las celdas electrolíticas y en las pilas galvánicas, se producen simultáneamente en los electrodos una reacción de reducción (ganancia de electrones, e-) y una reacción de oxidación (pérdida de electrones, e-). Ambas constituyen una reacción redox (o de óxido-reducción) que implica la ganancia y pérdida de electrones de forma simultánea.
Primera Ley de Faraday de la Electrólisis
Durante una electrólisis, las masas de las sustancias depositadas o desprendidas en los electrodos son directamente proporcionales a la cantidad de electricidad que ha circulado por la celda electrolítica.
Cuando por la celda electrolítica circula una carga eléctrica de 1 Coulomb (1C), la masa de sustancia depositada se define como el equivalente electroquímico (Z). Por otro lado, cuando por la celda electrolítica circulan 96500 Coulombs (1 Faraday, F), se deposita una masa igual a un equivalente químico (o gramo equivalente) de la sustancia.
Segunda Ley de Faraday de la Electrólisis
Las masas de las sustancias que se depositan o desprenden de los electrodos en la celda electrolítica durante una electrólisis son directamente proporcionales a sus respectivos equivalentes químicos, siempre que por la celda circule la misma cantidad de electricidad.
Leyes de Kirchhoff
Primera Ley de Kirchhoff (Ley de Nodos)
La sumatoria de todas las corrientes eléctricas entrantes a un nodo de un circuito es siempre igual a la sumatoria de todas las corrientes eléctricas salientes del mismo.
Segunda Ley de Kirchhoff (Ley de Mallas)
La sumatoria algebraica de las tensiones (o caídas de tensión) a lo largo de toda malla cerrada de un circuito eléctrico es siempre igual a cero.