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FÍSICA

Los campos magnéticos son generados por corrientes eléctricas y se pueden observar en diversos contextos, como en conductores rectilíneos, espiras y bobinas. La regla de Ampere y la regla de la mano derecha son fundamentales para determinar la dirección de las líneas de fuerza y la interacción de estas con las corrientes y las fuerzas magnéticas.

FÍSICA

FÍSICA

Electromagnetismo

Clasificación de los materiales por sus propiedades magnéticas
Histéresis

Cuando el material magnético se magnetiza primero en una dirección y luego en la otra dirección, completando un ciclo de magnetización.

Ferromagnéticos

Sus líneas de flujo magnético fluyen con mucha facilidad a través del objeto que por el vacío y al magnetizarse con gran intensidad (ej: hierro, cobalto, disprosio).

Diamagnético

Las líneas de flujo magnético circulan más facilmente en el vacío que por el objeto. No se magnetiza y puede ser repelido (ej: oro, cobre).

Paramagnético

Las líneas de flujo magnético pasan relativamente con cierta facilidad por el objeto, que a través del vacío. Son atraídas débilmente por un imán (ej: aluminio, litio, platino).

El origen del magnetismo en los materiales
Teoría de los dominios

En Japón se construyen trenes a propulsión y levitación magnética, esta última produce repulsión, la cual mantiene a los carros arriba de los rieles, pero sin tocarlos.

Permitió considerar la posibilidad de triturar un material magnético hasta darle la consistencia de polvo fino. en el que cada partícula constituye un dominio.

Existen varias que tratan de explicar por qué se magnetizan algunas sustancias...

Webber

Los metales magnéticos como el hierro, cobalto y níquel, están formados por innumerables imanes elementales muy pequeños. Cuando se magnetiza el hierro dulce por inducción, se observa que al retirar el campo magnetizante desaparece la imantación del metal y los diminutos imanes elementales vuelven a su orientación desordenada. Los imanes pueden perder su magnetismo por las siguientes causas: a) golpes o vibraciones constantes b) calentamiento c) influencia de su propio campo magnético

Inducción electromagnética

Leyes relacionadas con la inducción electromagnética
Centrales eléctricas para la producción de energía

Nucleoeléctricas

Emplea uranio como combustible. La fisión de éste se logra al hacer que un neutrón golpee el núcleo de un átomo de uranio. Genera una reacción nuclear en cadena.

Termoeléctricas

El agua se calienta en una caldera, como combustible se emplea carbón, petróleo o gas natural para producir vapor de agua a una temperatura de 540°C y una presión de 25,000 kilo pascales.

Hidroeléctricas

El agua de un río, lago o depósito (presa) se dirige contra los álabes de una turbina.

Dispositivos basados en la inducción electromagnética

Transformadores eléctricos

El principio del transformador se basa en la inducción mutua por inductancia. Se utiliza para elevar o disminuir el voltaje en un circuito de CA. Si lo elevan se denomina de subida o elevación, si lo disminuyen se llaman de bajada o reducción.

Motor eléctrico

En general, todos constan de dos principales partes: -El electroimán (inductor o estator) Fijo -El circuito eléctrico (inducido o rotor) Gira

Generador eléctrico

Es un aparato que transforma la energía eléctrica en energía mecánica.

Ley de Lenz y sentido de la corriente eléctrica inducida

La reductancia inductiva (XL) es la capacidad que tiene un inductor para reducir la corriente en un circuito de corriente alterna.

La acción de un inductor es tal que se opone a cualquier cambio en la corriente.

Ley de inducción de Faraday y fuerza electromotriz inducida. Flujo magnético

La fem inducida en un circuito formado por un conductor o bobina es directamente proporcional al número de líneas de fuerza magnéticas cortadas en un segundo.

Fenómeno de inducción electromagnética
Importancia de la inducción electromagnética en la construcción de generadores de corriente eléctrica

Por la ley Faraday, al hacer girar una espira dentro de un campo magnético, se produce una variación del flujo de dicho campo a través de la espira y por tanto se genera una corriente eléctrica.

Evidencia experimental de que los campos magnéticos variables pueden producir corrientes eléctricas. Experimentos de Henry y Faraday

Henry Lenz

Siempre que se induce una fem, la corriente inducida tiene un sentido tal que tiende a oponerse a la causa que lo produce.

Michael Faraday

En1831, descubrió las corrientes eléctricas inducidas al realizar experimentos con una bobina y un imán. El sentido de la corriente está en función de si se acerca o se aleja el imán. De acuerdo a los experimentos realizados por Faraday:

2. La inducción electromagnética es el fenómeno que da origen a la producción de una fuerza electromotriz y de una corriente eléctrica inducida.

1. Las corrientes inducidas son aquellas producidas cuando se mueve un conductor en sentido transversal a las líneas de flujo de un campo magnético.

La inducción electromagnética

Consiste en la aparición de una corriente eléctrica en un conductor cerrado, gracias al movimiento relativo entre dicho conductor y una fuente de campo magnético. Es el fundamento de los dinamos y los alternadores que transforman la energía mecánica en eléctrica, entre otros.

El campo magnético

Campos magnéticos debidos a las corrientes eléctricas
Electroimán

Es un dispositivo que produce magnetismo a partir de la corriente eléctrica. Su funcionamiento es gracias a la propiedad que experimentan todos los conductores eléctricos cuando por un conductor circula una corriente siempre se genera un campo magnético. Una ventaja es que el campo magnético puede establecerse, aumentarse o quitarse por medio del control de la corriente eléctrica.

Regla de la mano derecha

El dedo índice indicará la dirección del campo magnético, el dedo medio representará la dirección de la velocidad con la cual se mueve una carga negativa, es decir, la corriente, y el pulgar señalará la dirección de la fuerza magnética que recibe la carga.

Campos magnéticos creados por: conductores rectilíneos, espiras y bobinas

La regla de Ampere nos señala el sentido de las líneas de fuerza

Campo magnético producido por una corriente eléctrica

Una corriente eléctrica crea a su alrededor un campo magnético al observar que al acercarse un conductor rectilíneo, la ficha se desvía de su posición de equilibrio norte-sur cuando el conductor circula una corriente

Campo magnético
Campo magnético terrestre

Existen varias teorías que tratan de explicar la causa del magnetismo terrestre.

2. Se debe a las corrientes eléctricas *

1. Una señala que la Tierra contiene una gran cantidad de depósitos del mineral de hierro, los cuales se magnetizaron y prácticamente con la misma orientación, por ello actúan como un enorme imán.

Nuestro globo terrestre se comporta como un imán que produce un campo magnético cuyos polos no coinciden con los polos geográficos.

Regla de la palma de la mano derecha

Para determinar la dirección, colocamos el pulgar de la mano derecha en la misma dirección del flujo de la corriente (I). Si doblamos los dedos restantes de la mano, nos indican la dirección de las líneas de campo magnético.

Nos permite conocer la dirección del movimiento de un conductor en un campo eléctrico.

Intensidad de campo magnético. Movimiento de carga dentro de un campo magnético.

La permeabilidad

Es una propiedad que se presenta en algunos materiales, en los cuales las líneas de fuerza de un campo magnético pasan con mayor facilidad a través del material de hierro que por el aire vacío.

Campo magnético y líneas de fuerza

Cuando un polo norte se encuentra cerca de uno sur, las líneas de fuerza se dirigen del norte al sur.

Cuando se acercan dos polos iguales, las líneas de cada uno se alejan del otro.

Las líneas producidas por un imán, ya sea de barra o de herradura, se esparcen desde el polo norte y se curvan para entrar al sur.

Zona que rodea a un imán, en el cual su influencia puede detectarse.
Michael Fraday

Efectos del imán se pueden sentir a través de un espacio vacío.

Imanes y polos magnéticos
Propiedades de los imanes y polos magnéticos

Un polo magnético

Es un punto en cualquier extremo de un campo magnético donde la fuerza magnética se concentra y es más fuerte.

5. Si un imán se divide en muchas piezas, cada una de ellas se comporta como un imán completo.

4. Si un imán se calienta o se martilla, puede perder su magnetismo.

3. Los polos magnéticos similares se repelen entre sí.

2. El imán siempre trata de alinearse a lo largo del norte y el sur.

1. El imán siempre atrae materiales magnéticos.

Imanes naturales

Son minerales o metales que generan un campo magnético estable sin inducción artificial. Todos son permanentes.

William Gillbert observó que:

La fuerza de atracción o de repulsión entre imanes es mucho mayor en polos.

Los polos iguales se rechazan y polos distintos se atraen.

Cuando un imán se rompe en varios pedazos, cada uno se transforma en uno nuevo con sus dos polos.

La Tierra se comporta como un imán.

Un imán es un cuerpo capaz de producir un campo magnético, y atraer hacia sí o ser atraído hacia otro imán. Presenta un polo norte y uno sur.

Circuitos eléctricos

Efecto Joule y corriente eléctrica

La potencia eléctrica

Es la rapidez con la que se realiza un trabajo. También se interpreta como la energía que consume una máquina en un segundo.

Instrumentos de medición

Osciloscopio

Multímetro

Ohmímetro

Voltímetro

Amperímetro

Circuito mixto

Los elementos conductores se conectan tanto en serie como en paralelo.

Circuitos conectados en paralelo

Los elementos conductores se encuentran separados en dos o más ramales, y la corriente eléctrica se divide entre cada uno de ellos.

Circuitos conectados en serie

Los elementos conductores están unidos unos a continuación del otro.

Circuitos formados por conexiones de resistencias

En cualquier circuito eléctrico por donde se desplazan los electrones a través de una trayectoria cerrada, existen los siguientes elementos fundamentales: voltaje, corriente, resistencia. El circuito está cerrado cuando la corriente eléctrica circula en todo el sistema, y abierto cuando no circula por él.

Es un sistema en el cual la corriente fluye por un conductor en una trayectoria completa, es decir, cerrada, debido a una diferencia de potencial.
Ley de Ohm
Resistencia eléctrica

La conductividad se emplea para especificar la capacidad de un material para conducir la corriente.

Factores que influyen en la resistencia:

4. Temperatura

Dependiendo del material afecta la temperatura, por ejemplo, en un metal al aumentar.

3. Sección o área transversal

Al duplicarse el área transversal, se reduce la resistencia a la mitad.

2. Longitud del conductor

A mayor longitud, mayor resistencia.

1. La naturaleza del conductor

Hay materiales que por su propia naturaleza son mejores conductores. (Ej: la plata es mejor que el hierro).

Oposición que presenta al paso de la corriente o flujo de electrones.

Relación entre el voltaje aplicada y la intensidad de corriente eléctrica producida en conductor.

George Simon Ohm, observó que:

2. Al incrementar la resistencia del conductor, disminuye la intensidad de corriente eléctrica.

1. Si aumenta la diferencia de potencial en un circuito, mayor es la intensidad de la corriente eléctrica.

Corriente eléctrica
Corriente alterna y directa

Alterna: se origina cuando el campo eléctrico cambia alternativamente de sentido. Por lo que los electrones oscilan a uno y otro lado del conductor, así, en el instante el positivo cambia a negativo y viceversa.

Continua o directa: se origina cuando el campo eléctrico permanece constante, esto provoca que los electrones se muevan siempre en el mismo sentido, es decir, negativo a positivo.

Fuerza electromotriz (fem)

Mide la cantidad de energía que proporciona un elemento generador de corriente eléctrica.

Intensidad de corriente eléctrica

Es la cantidad de carga que pasa por cada sección de un conductor en un segundo.

Movimiento de las cargas negativas a través de un conductor. Origina el flujo electrónico.

Campo eléctrico y potencial

Potencial eléctrico
Materiales dieléctricos y su utilidad en la construcción de los capacitores

Los materiales dieléctricos son materiales aislantes, almacenan carga, por lo tanto se polarizan cuando hay presencia de un campo eléctrico

Ejemplos: cerámica, vidrio, plástico, resinas, barnices, cintas adhesivas, textiles y fibras

Almacenamiento de energía eléctrica. Relación de la capacidad para almacenar energía con el material

El almacenamiento de energía consiste en guardar parte de la energía eléctrica que se ha obtenido mediante un generador para luego ser utilizada

Capacitancia

Un capacitor o condensador eléctrico es un dispositivo empleado para almacenar carga eléctrica (F)

Los capacitores pueden conectarse en serie y en paralelo

Generador de Van Graaf

Robert J. Van de Graaf, 1929. Artefacto que funciona gracias a fenómenos electrostáticos, cuya función consiste en reproducir enormes potenciales eléctricos

Relación entre potencial eléctrico y la intensidad del campo eléctrico uniforme

Un campo uniforme se obtiene cuando existe en un campo constante en magnitud y dirección

Superficie equipotencial

Es aquella que resulta de la unión de todos los puntos perpendiculares, de un campo eléctrico que se encuentran al mismo potencial eléctrico

Diferencia de potencial o voltaje
Para acercar 2 cargas iguales debemos hacer un trabajo
Campo eléctrico
Líneas de fuerza

Campos eléctricos para diferentes configuraciones de carga

Michael Faraday, 1823. Concepto de líneas de fuerza

Es invisible, pero su fuerza ejerce acciones sobre los cuerpos cargados

Electrostática

Clasificación de materiales
Superconductores
Semiconductores

Capaces de actuar como conductores o como aislantes

Aislantes

No permiten el libre flujo de electrones

Conductores

Materiales que permiten que los electrones fluyan libremente de partícula a partícula

Ley de Coulomb
Fuerzas de interacción eléctrica: activas y repulsivas

Interacción eléctrica

Fenómeno debido al comportamiento de las partículas que poseen carga, dependiendo del signo las partículas pueden atraerse o repelerse

A mayor distancia entre dos cuerpos cargados eléctricamente, menor es la magnitud de la fuerza de atracción o repulsión
Formas de electrización
Inducción

Se presenta cuando un cuerpo se carga eléctricamente al acercarse a otro ya electrizado

Contacto

Se origina cuando un cuerpo saturado de electrones cede algunos a otro cuerpo con el cual tiene contacto

Frotamiento
Cargas eléctricas
Electroscopio

Aparato que posibilita detectar la presencia de carga en un cuerpo e identificar el signo de la misma.

Principio de la conservación de la carga

La carga eléctrica total del universo es una magnitud constante, no se crea ni se destruye

Un átomo puede ganar electrones y quedar con carga negativa, o perderlos y adquirir una carga positiva
Cualquier tipo de cuerpo se compone de átomos, y éstos de partículas elementales:

Electrones (carga negativa)

Protones (carga positiva)

Neutrones (carga neutra)

Fenómenos ondulatorios

Luz
Ondas luminosas

Espectro electromagnético

Interferencia

Los anillos de Newton se forman al reflejar la luz en un lente de superficie curva y una plana

Se produce cuando se superponen en forma simultanea dos o más trenes de onda

Polarización

Si se logra que todas las partículas vibren en una misma dirección, se dice que el movimiento ondulatorio transversal está polarizado

Cuando se hace pasa un haz de rayos provenientes del sol por un prisma de cristal, la luz se descompone en 7 colores y forma una banda que recibe el nombre de espectro de la luz visible

Luz visible

Así como el campo magnético variable genera un campo eléctrico, también es posible que un campo eléctrico variable produzca uno magnético. De tal manera que una sucesión repetida de ellos produzca una perturbación electromagnética siendo uno generador del otro.

Un electrón en movimiento, produce movimientos parte eléctricos, parte magnéticos. Provocando los electrones oscilantes, reciben el nombre de ondas electromagnéticas

Refracción

2°da ley de refracción

Para cada par de sustancias transparentes, la relación entre el seno del ángulo de incidencia y el seno del ángulo de refracción, tiene un valor constante que recibe el nombre de refracción n

1°ra ley de refracción

Su causa es el cambio en la magnitud de la velocidad de los rayos luminosos al penetrar un medio de diferentes densidades

Desviación que sufren los rayos luminosos cuando llegan a la superficie de separación entre dos sustancias o medios de diferentes densidades

Reflexión

2°da ley de reflexión

El ángulo de reflexión es igual al ángulo de incidencia

1°ra ley de reflexión

El rayo incidente, la normal y el rayo reflejado se encuentran en un mismo plano

Toda superficie que refleja la luz recibe el nombre de espejo

Cuando la luz llega a una superficie de un cuerpo, ésta se refleja total o parcialmente en todas direcciones. Si la superficie es lisa, los rayos son reflejados o rechazados en una sola dirección y sentido

Propagación rectilínea de la luz

Iluminación

Es la cantidad de luz que reciben las superficies de los cuerpos. Su unidad es el lux (lx). Es consecuencia de la propagación en línea recta de la luz.

Flujo luminoso

Cantidad de energía luminosa atraviesa en la unidad de tiempo una superficie normal a los rayos de luz. Se mide en lúmenes (lu)

Es la cantidad de luz producida o emitida por un cuerpo luminoso. se mide en candelas (cd) y en bujías decimales (bd)

Se considera que la luz tiene una naturaleza dual pues se comporta como onda y como partícula
Maxwell,1873. Demuestra teóricamente que los circuitos eléctricos oscilantes debían radiar ondas electromagnéticas
Es una energía radiante transportada a través de fotones y transmitida por un campo ondulatorio
Dispersión de la luz
Sonido
Movimiento ondulatorio

Repidez de propagación

La rapidez o magnitud de velocidad con la que se propaga una onda está en función de la elasticidad y la densidad del medio

Velocidad

Intervalo de tiempo que le toma a un objeto desplazarse hcia una dirección determinada

Rapidez

Es la distancia que recorre un objeto en un tiempo determinado

Velocidad de propagación

Es la relación que existe entre un espacio recorrido igual a una longitud de onda y el tiempo empleado en recorrerlo

Ondas sonoras

Características

Efecto Doppler

Consiste en un cambio aparente en la frecuencia de un sonido, durante el movimiento relativo entre el observador y la fuente sonora

Resonancia

Se presenta cuando la vibración de un cuerpo hace vibrar a otro con la misma frecuencia

Reflexión del sonido: eco

Se origina por la repetición de un sonido reflejado

Propagación de las ondas sonoras

Depende del medio elástico y de su temperatura. (Viajan más rápido en metales y en ambiente cálido)

Timbre

Cualidad del sonido que posibilita identificar qué instrumento emite un sonido

Tono

Depende de la frecuencia con la que vibra el cuerpo emisor del sonido

Intensidad

La intensidad del sonido es la cualidad que determina si un sonido es fuerte o débil. Depende proporcionalmente de la amplitud de la onda. Se mide en watt/cm^2 y unidades de bel (B)

Son las que se producen cuando un cuerpo es capaz de vibrar a una frecuencia comprendida entre 15 ciclos/s y unos 20000 ciclos/s

Constituyen un tipo de ondas mecánicas longitudinales, que tienen la virtud de estimular el oído humano y generar la sensación sonora

Vibraciones y ondas

Tipos de ondas
Características de las ondas
Partes de la onda

Amplitud

Es la máxima elongación o alejamiento de su posición de equilibrio

Periodo

Tiempo que tarda en realizar un ciclo de la onda

Frecuencia

Es el número de veces por segundo en el cual se realiza un ciclo completo de una onda

Longitud de onda

Es la distancia entre dos frentes de onda que están en la misma fase (la distancia entre dos valles o crestas)

Nodo

Es el punto donde la onda cruza la línea de equilibrio

Valle

Es la posición más baja con respecto a la posición de equilibrio

Cresta

La posición más alta con respecto a la posición de equilibrio

Es una perturbación que se propaga en un medio material o por el vacío

Conceptos generales

Física
Física moderna

Física de partículas elementales y campos

Física molecular

Física atómica

Física nuclear

Teoría de relatividad y teoría cuántica

Física clásica

Electricidad y magnetismo

Luz y óptica

Color y temperatura

Mecánica

Estudia el espacio, tiempo, materia y energía junto con sus interacciones
Tiene la tarea de entender las propiedades, la estructura y organización de la materia y la interacción entre ellas
Es la base de toda la ingeniería y tecnología
Es una de las ciencias fundamentales