las leyes básicas de la electricidad

En el mundo de la electricidad, existen varias leyes básicas de la electricidad, a saber:

• Ley de Faraday
• Ley de Ampere-Biot-Savart
• Ley de Lenz
• Principios de conversión de energía electromecánica

Todas las leyes anteriores, junto con la ley de conservación de la energía, explicarán los principios básicos de funcionamiento de una máquina eléctrica dinámica.

1. Ley de Faraday

Michael Faraday (1791-1867), un genio científico de Inglaterra declaró que:

1. Si un conductor corta líneas de fuerza de un campo magnético constante (flujo), el conductor provocará un voltaje inducido. 2. Los cambios en el flujo del campo magnético en un circuito conductor provocarán un voltaje inducido en el circuito.

Sus dos declaraciones anteriores son las leyes básicas de la electricidad que explican el fenómeno de la inducción electromagnética y la relación entre los cambios de flujo y el voltaje inducido generado en un circuito, la aplicación de esta ley está en los generadores. La figura 1 explica este fenómeno.

Figura 1. Ley de Faraday, inducción electromagnética.

2. Ley de Ampere-Biot-Savart

Tres genios científicos de Francia, Andre Marie Ampere (1775-1863), Jean Baptista Biot (1774-1862) y Victor Savart (1803-1862) declararon que:

"La fuerza será generada por una corriente eléctrica que fluye en un conductor que se encuentra entre los campos magnéticos"

Esto también es lo opuesto a la ley de Faraday, donde Faraday predice que un voltaje inducido surgirá en un conductor en movimiento y cortará el campo magnético. Esta ley se aplica a las máquinas eléctricas y la Figura 2 explica este fenómeno.

Figura 2. Ley de Ampere-Biot-Savart, fuerza de inducción electromagnética.

3. Ley de Lenz

En 1835, un científico de genio nacido en Estonia, Heinrich Lenz (1804-1865) afirmó que:

"Las corrientes y fuerzas electromagnéticas inducidas siempre intentarán anularse entre sí (fuerzas de acción y reacción)"

Por ejemplo, si a un conductor se le da una fuerza para rotar y cortar líneas de fuerza magnética, entonces el conductor generará un voltaje inducido (ley de Faraday). Entonces, si los extremos de los conductores están conectados entre sí, la corriente inducida fluirá y esta corriente inducida producirá una fuerza sobre el conductor (ley amperio-biot-savart). Lo que Lenz revelará es que la fuerza producida está en la dirección opuesta a la dirección del movimiento del conductor, de modo que se anularán entre sí.

La ley de Lenz explica el principio de funcionamiento de las máquinas eléctricas dinámicas (máquinas eléctricas rotativas), a saber, generadores y motores.

Figura 3 Ley de Lenz: fuerza de acción y reacción.

4. Conversión de energía electromecánica

Las tres leyes básicas de la electricidad anteriores ocurren en el proceso de trabajo de una máquina eléctrica y este es el principio básico de conversión de energía. A grandes rasgos, se enuncia la electromecánica de una máquina eléctrica dinámica:

"Toda la energía eléctrica y la energía mecánica fluyen hacia la máquina, y solo una pequeña parte de la energía eléctrica y mecánica que sale de la máquina (se desperdicia) o se almacena en la propia máquina, mientras que la energía se desperdicia en la forma de calor "

Considerando que la primera ley de conservación de energía establece que:

"La energía no se puede crear, pero puede cambiar de forma de una forma de energía a otra".

La aplicación de los 4 principios básicos de funcionamiento de las máquinas eléctricas dinámicas y la ley de conservación de la energía se describe a continuación:

Figura 4. Principios de conversión de energía electromecánica.

Un signo positivo (+) indica energía entrante, mientras que un signo negativo (-) indica energía saliendo. El calor generado por una máquina que está procesando siempre está en signo negativo (-).

En cuanto a la energía almacenada, un signo positivo (+) indica un aumento en la energía almacenada, mientras que un signo negativo (-) indica una disminución en la energía almacenada.

El equilibrio de las formas de energía anteriores depende de la eficiencia del motor y del sistema de refrigeración.