L'electricitat és el moviment de càrregues elèctriques que circulen per un conductor. Aquest moviment es realitza d'acord amb unes determinades propietats físiques. Aquestes propietats estan recollides en una sèrie de lleis i teoremes que els científics han anat desenvolupant al llarg de la història.
Les lleis i teoremes relacionats amb l'energia elèctrica més importants són:
Llei de Coulomb
La llei de Coulomb estableix que la força elèctrica de dos objectes carregats és inversament proporcional a el quadrat de la distància entre ells. La llei de Coulomb també diu que, aquesta força és directament proporcional a l'producte de les càrregues.
Aquesta llei va ser introduïda per primera vegada en 1785 pel físic Charles-Augustin de Coulomb .
Ley de Ampère
La llei d'Ampère la va desenvolupar el francès André-Marie Ampère en 1831. La llei d'Ampère relaciona un camp magnètic estàtic amb la causa que el provoca. Més tard, James Clerk Maxwell la va corregir i va passar a formar part de les equacions de Maxwell.
La llei d'Ampère indica que la circulació de la intensitat de camp magnètic en un contorn tancat és proporcional al corrent elèctric que recorre en aquest contorn.
Llei d'Ohm
La llei d'Ohm estableix que la intensitat de corrent elèctric que flueix d'un conductor que connecta dos punts és directament proporcional a la tensió entre els dos punts i inversament proporcional a la resistència elèctrica de l'conductor.
La llei d'Ohm aconsegueix descriure amb gran precisió el comportament de gairebé tots els materials conductors d'electricitat. No obstant això, hi ha alguns materials conductors que no segueixen aquesta llei. Aquests s'anomenen materials conductors no òhmics.
La llei deu el seu nom a l'físic alemany George Ohm. En 1827, George Ohm va descriure els corrents i voltatges que es produïen en circuits elèctrics simples. En honor seu s'expressa la resistència en Ohms (ω).
Llei de Faraday
La llei d'inducció electromagnètica de Faraday és una llei bàsica de l'electromagnetisme, amb:
-
un transformador
-
un element d'inductància
-
una pluralitat de funcionament de l'generador de prop.
La llei estableix que:
La magnitud de la força electromotriu induïda en qualsevol circuit tancat és igual a la taxa de canvi de el flux magnètic a través de l'circuit.
Aquesta llei va ser descoberta per Michael Faraday en 1831. Joseph Henry va descobrir aquesta llei abans que Faraday en un estudi independent en 1830, però no va publicar aquest descobriment. Per tant, aquesta llei es diu llei de Faraday.
Tradicionalment, hi ha dues maneres de canviar el flux magnètic a través de l'circuit. Quant a la força electromotriu induïda, el que canvia és el seu propi camp elèctric, com canviar el corrent que genera el camp (com un transformador). Pel que fa a la força motriu electromotriu, el que canvia és el moviment de la totalitat o part de l'circuit en el camp magnètic, com en un generador de la mateixa polaritat.
Llei del corrent de Kirchhoff (primera llei de Kirchhoff)
La llei dels corrents de Kirchhoff s'aplica en un corrent que passa per un node d'un circuit elèctric tancat en estat estacionari.
Segons la llei de Kirchhoff, la suma algebraica dels corrents que entren en qualsevol node d'un circuit elèctric (amb un signe diferent si entren o surten) és zero.
Llei de tensió de Kirchhoff (segona llei de Kirchhoff)
En general, la llei de les tensions de Kirchhoff estableix que la suma algebraica de les caigudes de tensió que actuen entre els parells de punts en l'espai que formen qualsevol seqüència tancada (orientada) és igual a zero.
En la formulació més simple, la llei diu que la suma algebraica de l'potencial elèctric al llarg d'una línia tancada (amb el signe apropiat depenent de la direcció de desplaçament de la malla) és igual a zero.
Teorema de Thévenin
El teorema de de Thévenin fa referència a qualsevol circuit lineal amb només fonts de voltatge i corrent i resistències. El teorema estableix que si els punts A i B estan disponibles, és equivalent a una sola font de voltatge V i una sola resistència R en sèrie amb ella.
Teorema de Bernard Thévenet és l'afirmació que qualsevol font pot ser reemplaçada de manera equivalent per una font de voltatge ideal connectada en sèrie i la resistència interna.
Aquest teorema és una declaració dual de l'teorema de Norton sobre el reemplaçament equivalent d'un circuit arbitrari amb una font de corrent ideal i un resistor connectats en paral·lel.
En altres paraules, el corrent en qualsevol resistència Zn connectada a qualsevol circuit és igual a la corrent en la mateixa resistència Zn connectat a una font de voltatge ideal amb un voltatge igual a el voltatge de circuit obert de l'circuit. A més, té una resistència interna Zi igual a la resistència total de la "part tancada" de l'circuit. Aquesta resistència queda determinada per la banda dels terminals Zn sempre que totes les fonts dins de l'circuit siguin reemplaçades per impedàncies iguals a les impedàncies internes d'aquestes fonts.
Teorema de Norton
En el camp dels circuits elèctrics, el teorema de Norton estableix que qualsevol circuit lineal, per complex que sigui, vist des de dos nodes A i B és equivalent a un generador de corrent real que consisteix en un generador de corrent ideal en paral·lel amb una resistència. L'equivalència està limitada a l'voltatge i el corrent en els nodes A i B.
El teorema de Norton és una extensió de l'teorema de Thévenin i va ser obtingut en 1926 per dues persones diferents a el mateix temps:
-
Hans Ferdinand Mayer (1895-1980), un investigador de Hause-Siemens
-
Edward Lawry Norton (1898-1983), un laboratori de Bell. enginyer.
Només Mayer va publicar el seu treball, però Norton va donar a conèixer el seu treball a través d'un informe tècnic intern de Bell Laboratories.
Teorema de superposició
El teorema de superposició estableix que en un circuit lineal amb més d'una font independent, l'efecte de totes les fonts sobre una impedància és la suma dels efectes de cada font de forma independent, reemplaçant altres fonts de voltatge amb un curtcircuit i reemplaçant totes les altres fonts de corrent amb un obert circuit.
