11º

Agosto 23, de 2020

Tema 1. La carga eléctrica 

En física, se llama carga eléctrica a una propiedad de la materia que está presente en las partículas subatómicas y se evidencia por fuerzas de atracción o de repulsión entre ellas, a través de campos electromagnéticos.

La materia compuesta por átomos es eléctricamente neutra, es decir, no está cargada a menos que algún factor externo la cargue. Los átomos poseen la misma cantidad de partículas con carga eléctrica negativa (electrones) que de partículas con carga eléctrica positiva (protones).

Sin embargo, la materia puede cargarse eléctricamente, es decir, puede ganar o perder carga, y así quedar cargada en forma negativa o positiva. La materia cargada genera un campo eléctrico, un campo de fuerzas eléctricas. La fuerza electromagnética es una de las cuatro interacciones fundamentales de la naturaleza.

Las cargas eléctricas no pueden crearse ni destruirse. La cantidad de carga eléctrica en el universo es constante, no cambia con el tiempo.

Tipos de carga eléctrica

Las baterías presentan un polo de carga negativa y otro de carga positiva.

Las cargas eléctricas interactúan entre sí de acuerdo a su tipo: pueden ser positivas o negativas, como las llamó Benjamín Franklin. Estas denominaciones son arbitrarias, es decir, no hay nada que distinga a la positiva de la negativa, pero se las piensa igual que a un dipolo magnético, como una batería, que posee un polo positivo (o norte) y un polo negativo (o sur).

La positiva se denota con el signo + y la negativa con el signo -, convencionalmente. Las cargas eléctricas de signos iguales se repelen. Las cargas eléctricas de signos opuestos se atraen.

Propiedades de la carga eléctrica

La carga eléctrica es una propiedad intrínseca de la materia, y reside en las partículas subatómicas: los electrones tienen carga negativa y los protones carga positiva (los neutrones carga neutra, como su nombre sugiere).

Cuando un objeto se carga eléctricamente, se debe a un desplazamiento en sus electrones, ya sea de pérdida (ganando carga positiva) o incorporación (ganando carga negativa). Por ende, un material con exceso de electrones en sus átomos exteriores presentará carga negativa, mientras que uno con déficit de ellos presentará carga positiva.

En un sistema cerrado, la carga eléctrica se mantiene constante, así como ocurre en cualquier reacción química.

Ley de Coulomb

La magnitud de la fuerza de atracción o repulsión depende de la carga y de la distancia.

La Ley de Coulomb o Principio Fundamental de la Electrostática rige la magnitud de las fuerzas de atracción o de repulsión entre dos cargas eléctricas determinadas, sin importar el signo de su carga (obviamente, si son del mismo signo será una fuerza de repulsión, y si son de signo opuesto será una fuerza de atracción).

Según esta ley, dicha fuerza es proporcional al producto del valor de las cargas, e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que las separa. Esto se expresa matemáticamente de la siguiente forma:

F = K . [ (Q1 x Q2) / r2 ]

Donde:

• F es la fuerza eléctrica.
• Q son las cargas.
• r es la distancia que las separa.
• K es una constante de proporcionalidad definida como 9.109 N.m2/C2

Webgrafía

1. www.fisicalab.com
2. concepto.de

Septiembre 03, de 2020

Tema 2. Campo eléctrico y potencial

Campo eléctrico

El campo eléctrico se define como la fuerza eléctrica por unidad de carga. La dirección del campo se toma como la dirección de la fuerza que ejercería sobre una carga positiva de prueba. El campo eléctrico esta dirigido radialmente hacia fuera de una carga positiva y radialmente hacia el interior de una carga puntual negativa.

Trabajo realizado por el campo eléctrico

El trabajo que realiza el campo eléctrico sobre una carga q cuando se mueve desde una posición en el que el potencial es V_A a otro lugar en el que el potencial es V_B es

• El campo eléctrico realiza un trabajo W cuando una carga positiva q se mueve desde un lugar A en el que el potencial es alto a otro B en el que el potencial es más bajo. Si q>0 y V_A>V_B entonces W>0.

• El campo eléctrico realiza un trabajo cuando una carga negativa q se mueve desde un lugar B en el que el potencial es más bajo a otro A en el que el potencial es más alto.

• Una fuerza externa tendrá que realizar un trabajo para trasladar una carga positiva q desde un lugar B en el que el potencial es más bajo hacia otro lugar A en el que el potencial más alto.

• Una fuerza externa tendrá que realizar un trabajo para trasladar una carga negativa q desde un lugar A en el que el potencial es más alto hacia otro lugar B en el que el potencial más bajo.

Potencial eléctrico 

El potencial eléctrico en un punto, es el trabajo a realizar por unidad de carga para mover dicha carga dentro de un campo electrostático desde el punto de referencia hasta el punto considerado,​ ignorando el componente rotacional del campo eléctrico. Dicho de otra forma, es el trabajo que debe realizar una fuerza externa para traer una carga positiva unitaria q desde el punto de referencia hasta el punto considerado, en contra de la fuerza eléctrica y a velocidad constante. Aritméticamente se expresa como el cociente:

El potencial eléctrico solo se puede definir unívocamente para un campo estático producido por cargas que ocupan una región finita del espacio. Para cargas en movimiento debe recurrirse a los potenciales de Liénard-Wiechert para representar un campo electromagnético que además incorpore el efecto de retardo, ya que las perturbaciones del campo eléctrico no se pueden propagar más rápido que la velocidad de la luz.

 Si se considera que las cargas están fuera de dicho campo, la carga no cuenta con energía y el potencial eléctrico equivale al trabajo necesario para llevar la carga desde el exterior del campo hasta el punto considerado. La unidad del Sistema Internacional es el voltio (V).

 Todos los puntos de un campo eléctrico que tienen el mismo potencial forman una superficie equipotencial. Una forma alternativa de ver al potencial eléctrico es que a diferencia de la energía potencial eléctrica o electrostática, él caracteriza solo una región del espacio sin tomar en cuenta la carga que se coloca ahí.

NOTA: Potencial eléctrico no debe  confundirse con tensión eléctrica, puesto que, la tensión eléctrica o diferencia de potencial es una magnitud física que cuantifica la diferencia de potencial eléctrico entre dos puntos. También se puede definir como el trabajo por unidad de carga ejercido por el campo eléctrico sobre una partícula cargada para moverla entre dos posiciones determinadas. Se puede medir con un voltímetro. Su unidad en el Sistema Internacional de Unidades (SI) es el voltio.

Campo eléctrico uniforme

 Sean A y B dos puntos situados en un campo eléctrico uniforme, estando A a una distancia d de B en la dirección del campo, tal como muestra la figura.

Considérese una carga de prueba positiva q moviéndose sin aceleración, por efecto de algún agente externo, siguiendo la recta que une A con B.

La fuerza eléctrica sobre la carga será qE y apunta hacia abajo. Para mover la carga en la forma descrita arriba, se debe contrarrestar esa fuerza aplicando una fuerza externa F de la misma magnitud pero dirigida hacia arriba. El trabajo ${\displaystyle W\,\!}$ realizado por el agente que proporciona esta fuerza es:

${\displaystyle W_{AB}=Fd=qEd\,\!}$

Teniendo en cuenta que:

${\displaystyle V_{B}-V_{A}={\frac {W_{AB}}{q}}\,\!}$

sustituyendo se obtiene:

${\displaystyle V_{B}-V_{A}={\frac {W_{AB}}{q}}=Ed\,\!}$

Esta ecuación muestra la relación entre la diferencia de potencial y la intensidad de campo en un caso sencillo especial.

El punto B tiene un potencial más elevado que el A. Esto es razonable porque un agente exterior tendría que hacer trabajo positivo para mover la carga de prueba de A hacia B.

Webgrafía

1. http://www.sc.ehu.es/sbweb/fisica/elecmagnet/campo_electrico/campo/campo.htm#Concepto%20de%20campo
2. https://es.wikipedia.org/wiki/Potencial_el%C3%A9ctrico#Campo_el%C3%A9ctrico_uniforme

3. http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbasees/electric/elefie.html#c1

Septiembre 10, de 2020

Tema 3. Corriente eléctrica  

La corriente eléctrica es el flujo de carga eléctrica que recorre un material.​ Se debe al movimiento de las cargas (normalmente electrones) en el interior del mismo. Al caudal de corriente (cantidad de carga por unidad de tiempo) se le denomina intensidad de corriente eléctrica (representada comúnmente con la letra I). En el Sistema Internacional de Unidades se expresa en culombios por segundo (C/s), unidad que se denomina amperio (A). Una corriente eléctrica, puesto que se trata de un movimiento de cargas, produce un campo magnético, un fenómeno que puede aprovecharse en el electroimán.

Fuentes de voltaje

Definimos el voltaje como la cantidad de energía potencial entre dos puntos en un circuito. Un punto tiene más carga que otro. La diferencia de carga entre los dos puntos se llama voltaje. Se mide en volts, que técnicamente es la energía potencial entre dos punto que van a impartir un joule de energía por coulomb de carga que pasa a través de él (no entren en pánico si no entienden, todo se va a explicar). La unidad “volt” se nombró por un físico Italiano Alessandro Volta quien invento lo que se considera ser la primera batería química. El voltaje se representa en las ecuaciones y los esquemáticos por la letra “V”

Cuando se describe el voltaje, la corriente, y la resistencia, una analogía común es un estanque de agua. En esta analogía la carga se representa por la cantidad de agua, el voltaje se representa por la presión del agua, y la corriente se representa por el flujo de agua. Entonces para esta analogía recuerde:

• Agua = Carga

• Presión = Voltaje

• Flujo = Corriente

Considere un estanque de agua a una cierta altura sobre el suelo. En la parte inferior de este tanque hay una manguera.

La presión al final de la manguera puede representar el voltaje. El agua en el estanque representa la carga. Mientras más agua existe en el estanque, más alta la carga, y más grande la presión medida al final de la manguera.

Podemos pensar que este estanque es una batería, un lugar donde podemos almacenar una cierta cantidad de energía y después liberarla. Si vaciamos nuestro estanque una cierta cantidad, la presión creada al final de la manguera baja. Podemos pensar en esto como el voltaje decreciente, como cuando una linterna se oscurece cuando se descargan las baterías. También hay una disminución de la cantidad de agua que va a fluir a través de la manguera. Menos presión significa que hay menos agua que fluye, lo cual nos lleva a la corriente.

La corriente

Podemos pensar en la cantidad de agua que fluye a través de la manguera desde el tanque como la corriente. Mientras más alta la presión, mas alto el flujo, y viceversa. Con el agua, mediríamos el volumen de agua que fluye a través de la manguera sobre un cierto periodo de tiempo. Con la electricidad, medimos la cantidad de carga que fluye a través del circuito sobre un periodo de tiempo. La 

corriente se mide en Amperes. Un ampere se define como 6.241*1018electrones (1 Coulomb) por segundo que pasan a través de un punto en un circuito. La corriente eléctrica (I) es medida en amperes.

Ahora digamos que tenemos dos estanques, cada uno con una manguera en la parte inferior. Cada estanque tiene la misma cantidad de agua, pero la manguera en un tanque es más angosta que la manguera en el otro estanque.

Medimos la misma cantidad de presión al final de cada manguera, pero cuando el agua comienza a fluir, la velocidad en que fluye el agua en el estanque con la manguera más angosta va a ser menor que la velocidad en que fluye el agua en el estanque con la manguera más ancha. En términos eléctricos, la corriente a través de la manguera más angosta es menor a la corriente a través de la manguera más ancha. Si queremos que el flujo sea el mismo a través de las dos mangueras, debemos aumentar la cantidad de agua (carga) en el estanque con la manguera más angosta.

Esto aumenta la presión (voltaje) al final de la manguera más angosta, empujando más agua a través del estanque. Esto se puede comparar con un incremento en voltaje que causa un incremento en corriente.

Ahora estamos comenzando a ver la relación entre voltaje y corriente. Pero hay un tercer factor a ser considerado acá: el ancho de la manguera. En esta analogía, el ancho de la manguera es la resistencia. Esto significa que debemos agregar otro término a nuestro modelo:

• Agua = Carga (medida en Coulomb)
• Presión = Voltaje (medida en Volts)
• Flujo = Corriente (medida en Amperes)
• Ancho de Manguera = Resistencia

Resistencia eléctrica 

Considera de nuevo nuestros dos estanques de agua, una con manguera angosta, y una con manguera más ancha.

Es lógico pensar que no podemos hacer caber el mismo volumen a través de una manguera más angosta como en una más ancha y con la misma presión. Esto es la resistencia. La manguera más angosta “resiste” el flujo de agua a través de ella incluso cuando el agua este a la misma presión que el estanque con la manguera más ancha.

En términos eléctricos, esto es representado por dos circuitos con voltaje iguales y resistencias distintas. El circuito con la resistencia más alta va a permitir que menos carga fluya, lo que significa que el circuito con la resistencia más alta tiene menos corriente que fluye a través de él.

Esto nos trae de vuelta a Georg Ohm. Ohm define la unidad de resistencia de “1 Ohm” como la resistencia entre dos puntos en un conductor donde la aplicación de 1 volta empujara 1 ampere, o 6.241×1018 electrones. Este valor suele ser representado en los esquemáticos con la letra griega “Ω”, que se llama omega, y se pronuncia “ohm”.

Corriente continua 

Se denomina corriente continua o corriente directa (CC en español, en inglés DC, de direct current) al flujo de cargas eléctricas que no cambia de sentido con el tiempo. La corriente eléctrica a través de un material se establece entre dos puntos de distinto potencial. Cuando hay corriente continua, los terminales de mayor y menor potencial no se intercambian entre sí. Es errónea la identificación de la corriente continua con la corriente constante (ninguna lo es, ni siquiera la suministrada por una batería). Es continua toda corriente cuyo sentido de circulación es siempre el mismo, independientemente de su valor absoluto.

 Su descubrimiento se remonta a la invención de la primera pila voltaica por parte del conde y científico italiano Alessandro Volta. No fue hasta los trabajos de Edison sobre la generación de electricidad, en las postrimerías del siglo XIX, cuando la corriente continua comenzó a emplearse para la transmisión de la energía eléctrica. Ya en el siglo XX este uso decayó en favor de la corriente alterna, que presenta menores pérdidas en la transmisión a largas distancias, si bien se conserva en la conexión de redes eléctricas de diferentes frecuencias y en la transmisión a través de cables submarinos.

Desde 2008 se está extendiendo el uso de generadores de corriente continua a partir de células fotoeléctricas que permiten aprovechar la energía solar.

 Cuando es necesario disponer de corriente continua para el funcionamiento de aparatos electrónicos, se puede transformar la corriente alterna de la red de suministro eléctrico mediante un proceso, denominado rectificación, que se realiza con unos dispositivos llamados rectificadores, basados en el empleo de diodos semiconductores o tiristores (antiguamente, también de tubos de vacío).

Corriente alterna

 Se denomina corriente alterna (simbolizada CA en español y AC en inglés, de alternating current) a la corriente eléctrica en la que la magnitud y dirección varían cíclicamente. La forma de onda de la corriente alterna más comúnmente utilizada es la de una onda senoidal.5​ En el uso coloquial, «corriente alterna» se refiere a la forma en la cual la electricidad llega a los hogares y a las empresas.

El sistema usado hoy en día fue ideado fundamentalmente por Nikola Tesla, y la distribución de la corriente alterna fue comercializada por George Westinghouse. Otros que contribuyeron al desarrollo y mejora de este sistema fueron Lucien Gaulard, John Gibbs y Oliver B. Shallenberger entre los años 1881 y 1889. La corriente alterna superó las limitaciones que aparecían al emplear la corriente continua (CC), la cual constituye un sistema ineficiente para la distribución de energía a gran escala debido a problemas en la transmisión de potencia.

 La razón del amplio uso de la corriente alterna, que minimiza los problemas de trasmisión de potencia, viene determinada por su facilidad de transformación, cualidad de la que carece la corriente continua.​ La energía eléctrica trasmitida viene dada por el producto de la tensión, la intensidad y el tiempo. Dado que la sección de los conductores de las líneas de transporte de energía eléctrica depende de la intensidad, se puede, mediante un transformador, modificar la tensión hasta altos valores (alta tensión), disminuyendo en igual proporción la intensidad de corriente. Esto permite que los conductores sean de menor sección y, por tanto, de menor costo; además, minimiza las pérdidas por efecto Joule, que dependen del cuadrado de la intensidad. Una vez en el punto de consumo o en sus cercanías, la tensión puede ser de nuevo reducido para permitir su uso industrial o doméstico de forma cómoda y segura.

Webgrafía

1. https://es.wikipedia.org/wiki/Corriente_el%C3%A9ctrica#Corriente_continua

2.https://cursos.mcielectronics.cl/2019/06/18/voltaje-corriente-resistencia-y-ley-de-ohm/

3. https://i.ytimg.com/vi/-ADE1iVldSY/maxresdefault.jpg

4. https://www.librovisual.com/wp-content/uploads/2018/12/diferencia-entre-corriente-continua-y-directa.jpg

Septiembre 17, de 2020

Tema 4. Circuitos eléctricos 

¿Qué es un circuito eléctrico?

Un generador de corriente, capaz de crear una diferencia de potencial entre dos areas de su estructura llamadas polos. El generador de corriente más comunmente utilizado es la pila.
Un conductor de conexión que permite unir dichos polos. Normalmente el conductor más empleado son los cables formados por hilos de cobre u otro elemento metálico.
Interruptores, para detener o abrir el paso de la corriente eléctrica de forma manual
Receptores eléctricos, capaces de transformar la energía eléctrica en otros tipos de energía ( motores, lamparas de incandescencia, leds, resistencias, etc.)
Aparatos eléctricos de medida, que permitan conocer el valor de las magnitudes del circuito en determinados puntos. (amperímetros, voltímetros).
Un circuito eléctrico es un camino por el que puede circular la corriente eléctrica. De forma completamente básica se compone de:
Un circuito formado únicamente con los dos elementos anteriores puede resultar poco útil, por lo que generalmente suelen ir acompañados de otros dispositivos tales como:

Partes de un Circuito Eléctrico

 
Los elementos que forman un circuito eléctrico básico son:
 
Generador: producen y mantienen la corriente eléctrica por el circuito. Son la fuente de energía. Hay 2 tipos de corrientes: corriente continua y alterna (pincha en el enlace subrayado si quieres saber más sobre c.c. y c.a.)
 
 Pilas y Baterías: son generadores de corriente continua (c.c.)
 
 Alternadores: son generadores de corriente alterna (c.a.)
 
Conductores : es por donde se mueve la corriente eléctrica de un elemento a otro del circuito. Son de cobre o aluminio, materiales buenos conductores de la electricidad, o lo que es lo mismo que ofrecen muy poca resistencia eléctrica a que pase la corriente por ellos. Hay muchos tipos de cables eléctricos diferentes, en el enlace puedes ver todos.
 
Receptores: son los elementos que transforman la energía eléctrica que les llega en otro tipo de energía. Por ejemplo las bombillas transforma la energía eléctrica en luminosa o luz, los radiadores en calor, los motores en movimiento, etc.
 
Elementos de mando o control: permiten dirigir o cortar a voluntad el paso de la corriente eléctrica dentro del circuito. Tenemos interruptores, pulsadores, conmutadores, etc.
 
Elementos de protección : protegen los circuitos y a las personas cuando hay peligro o la corriente es muy elevada y puede haber riesgo de quemar los elementos del circuito.
 
 Tenemos fusibles, Magnetotérmicos, Diferenciales de Luz, etc.
 
Para simplificar el dibujo de los circuitos eléctricos se utilizan esquemas con símbolos. Los símbolos representan los elementos del circuito de forma simplificada y fácil de dibujar.
 
Veamos los símbolos de los elementos más comunes que se usan en los circuitos eléctricos.

Tipos de circuitos eléctricos

Circuitos en serie 

En los circuitos en serie los receptores se conectan una a continuación del otro, el final del primero con el principio del segundo y así sucesivamente. Veamos un ejemplo de dos lámparas en serie:

Características Circuitos en Serie

Este tipo de circuitos tiene la característica de que la intensidad que atraviesa todos los receptores es la misma, y es igual a la total del circuito. It= I1 = I2.

La resistencia total del circuito es la suma de todas las resistencias de los receptores conectados en serie. Rt = R1 + R2.

La tensión total es igual a la suma de las tensiones en cada uno de los receptores conectados en serie. Vt = V1 + V2.

Podemos conectar 2, 3 o los receptores que queramos en serie.

Si desconectamos un receptor, todos los demás receptores en serie con el, dejaran de funcionar (no puede pasar la corriente).

Circuitos en Paralelo

Son los circuitos en los que los receptores se conectan unidas todas las entradas de los receptores por un lado y por el otro todas las salidas. Veamos el ejemplo de 2 lámparas en paralelo.

Característica de los Circuitos en Paralelo

 Las tensiones de todos los receptores son iguales a la tensión total del circuito. Vt = V1 = V2.

 Las suma de cada intensidad que atraviesa cada receptor es la intensidad total del circuito. It = I1 + I2.

 La resistencia total del circuito se calcula aplicando la siguiente fórmula: 1/Rt = 1/R1 + 1/R2; si despejamos la Rt quedaría:

 Rt = 1/(1/R1+1/R2)

Todos los receptores conectados en paralelo quedarán trabajando a la misma tensión que tenga el generador.

Si quitamos un receptor del circuito los otros seguirán funcionando.

 Puedes ver como se calculan en este enlace: Circuitos en Paralelo

Aquí te dejamos un ejemplo de conexión real en serie y en paralelo de 2 bombillas con cables. Fíjate sobre todo en el circuito paralelo que no hace falta hacer ningún empalme en los cables, se unen en los bornes (contactos) de las propias lámparas.

Webgrafía

1. https://www.fisicalab.com/apartado/circuitos-electricos
2. https://www.areatecnologia.com/electricidad/circuitos-electricos.html

Septiembre 24, de 2020

Tema 5. Magnetismo 

¿Qué es un campo magnético?

Un campo magnético es una idea que usamos como herramienta para describir cómo se distribuye una fuerza magnética en el espacio alrededor y dentro de algo magnético.

La mayoría de nosotros estamos familiarizados con objetos magnéticos cotidianos y reconocemos que pueden existir fuerzas entre ellos. Comprendemos que los imanes tienen dos polos y que dependiendo de su orientación se atraen (polos opuestos) o se repelen (polos iguales), y sabemos que existe una región alrededor de ellos donde esto sucede. El campo magnético describe esta región.

Típicamente representamos el campo magnético de dos maneras diferentes:

1. Describimos matemáticamente el campo magnético como un campo vectorial. Podemos representar directamente este campo como un conjunto de vectores dibujados en una cuadrícula. Cada vector apunta en la dirección en la que lo haría una brújula y su magnitud depende de la fuerza magnética. [Explica cómo funcionan las brújulas.] Arreglar muchas brújulas en un patrón de cuadrícula y colocar este patrón en un campo magnético ilustra esta técnica. La única diferencia en este caso es que una brújula no muestra la intensidad del campo.

 

2. Una forma alternativa para representar la información contenida en un campo vectorial es por medio de las lineas de campo. En esta representación, omitimos la cuadrícula y conectamos los vectores con líneas suaves. Podemos dibujar tantas líneas como queramos.

La descripción por medio de líneas de campo tiene algunas propiedades útiles:

• La líneas de campo magnético nunca se cruzan.

• Las líneas de campo magnético se amontonan de forma natural en las regiones donde el campo es más intenso. Esto significa que la densidad de líneas de campo indica la intensidad del mismo.

• Las líneas de campo magnético no comienzan ni terminan en algún lugar, siempre forman curvas cerradas y continúan dentro de un material magnético (aunque no siempre las dibujamos de esta forma).

Webgrafía 

1. https://es.khanacademy.org/science/physics/magnetic-forces-and-magnetic-fields/magnetic-field-current-carrying-wire/a/what-are-magnetic-fields

Octubre 1, de 2020

Tema 6. Inducción electromagnética

Experimento de Faray-Henry 

En el experimento de Faraday-Henry se constata que si el flujo magnético cambia de manera brusca (por ejemplo, al mover el imán con mayor rapidez), la intensidad de corriente eléctrica inducida aumenta. La variación del flujo magnético con respecto al tiempo viene dada por la llamada ley de Faraday:

siendo  la fuerza electromotriz (f.e.m.) generada por el campo magnético.

Flujo magnético 

¿Qué es el flujo magnético?

El flujo magnético es una medida del campo magnético total que pasa a través de un área dada. Es una herramienta útil para describir los efectos de la fuerza magnética en algún objeto que ocupa un área dada. La medición del campo magnético está atada al área particular de elección. Podemos escoger como queramos el tamaño del área y su orientación relativa al campo magnético.

Si usamos la representación de líneas de campo del campo magnético, entonces cada línea de campo que atraviesa un área dada contribuye con algo de flujo magnético. El ángulo al cual la línea de campo se interseca con el área también es importante. Una línea de campo que penetra de forma rasante contribuye con una pequeña componente de campo al flujo magnético. Cuando calculamos el flujo magnético, solamente incluimos la componente del vector de campo magnético que es normal a nuestra área de prueba.

Si escogemos una superficie simple y plana de área $A$A como nuestra área de prueba, y hay un ángulo $\theta$theta entre su normal y un vector de campo vectorial (con magnitud $B$B), entonces el flujo magnético es d

e forma más general, podemos encontrar el flujo magnético por medio del producto punto entre vectores. Si 

$\vec{B}$B, with, vector, on top es un vector de campo magnético y $\vec{A}$A, with, vector, on top es el vector normal a la superficie de prueba, entonces $\Phi = \vec{B}\cdot\vec{A}$\Phi, equals, B, with, vector, on top, dot, A, with, vector, on top.

Bibliografía
1. https://www.hiru.eus/es/fisica/ley-de-faraday-henry#:~:text=En%20el%20experimento%20de%20Faraday,de%20corriente%20el%C3%A9ctrica%20inducida%20aumenta.&text=siendo%20la%20fuerza%20electromotriz%20(f.e.m.)%20generada%20por%20el%20campo%20magn%C3%A9tico.
2. https://es.khanacademy.org/science/physics/magnetic-forces-and-magnetic-fields/magnetic-flux-faradays-law/a/what-is-magnetic-flux 

Octubre, 8 de 2020

Tema 7. La relatividad 

Los postulados de la relatividad especial son un conjunto de condiciones que debe cumplir una teoría físicamente razonable para ser compatible con electrodinámica clásica. Los postulados propuestos inicialmente por Einstein fueron reelaborados de manera más rigurosa hasta constituir una axiomatización rigurosa de la teoría de la relatividad.

 Postulados de la relatividad especial

 Einstein postuló que una teoría de cuerpos en movimiento que fuera compatible con la ecuaciones del electromagnetismo clásico debía satisfacer dos condiciones:

1. Primer postulado (principio de relatividad)

La observación de un fenómeno físico por más de un observador inercial debe resultar en un acuerdo entre los observadores sobre la naturaleza de la realidad (es decir, la teoría debe presentar covariancia de Lorentz).

O, la naturaleza del universo no debe cambiar para un observador si su estado inercial cambia.

O, toda teoría física debe ser matemáticamente similar para cada observador inercial, presentando a lo sumo variaciones dentro del rango de las condiciones iniciales de la misma.

O, las leyes del universo son las mismas sin que importe el marco de referencia inercial.

2. Segundo postulado (invariabilidad de c)

La Luz siempre se propaga en el vacío con una velocidad constante c que es independiente del estado de movimiento del cuerpo emisor y del estado de movimiento del observador.

Estas dos condiciones por sí mismas, no determinan completamente la teoría especial de la relatividad y es necesario añadir supuestos adicionales para constituir una axiomatización razonable de la teoría de la relatividad. Además el primer postulado, históricamente ha ocasionado cierta confusión, y llevó erróneamente a pensar que el formalismo de la teoría sólo era aplicable a sistemas de referencia inerciales

Webgrafía 

1. https://es.wikipedia.org/wiki/Postulados_de_la_Relatividad_Especial

2. https://astronomia.fandom.com/wiki/Principio_de_equivalencia

Octubre 15, de 2020

Tema 8. Física cuántica 

¿Qué es la física cuántica? ¿Para qué sirve?

La Mecánica Cuántica es la rama de la Física que estudia la materia a escalas muy pequeñas: a nivel molecular, atómico y aún menor. De no ser por su descubrimiento no se hubiese podido descubrir la electrónica (desde ordenadores a móviles), ni los láseres, ni los nuevos materiales( vitrocerámicas..)

La física cuántica es uno de los grandes logros del intelecto humano y es la base de la comprensión de los fenómenos naturales. La física clásica es un límite de la cuántica. La física cuántica explica el átomo, el enlace químico, las moléculas, la interacción de la luz con las partículas, la materia… Aunque la física cuántica describe el mundo a escala atómica podemos observar sus consecuencias a escala macroscópica en las propiedades térmicas (como la radiación), ópticas (como los colores), eléctricas (como la clasificación entre aislantes, metales y semiconductores en los sólidos cristalinos) y magnéticas (como el ferromagnetismo, antiferromagnetismo y otros ordenes magnéticos de la materia). La física cuántica tiene a su vez importantes aplicaciones tecnológicas como la invención del transistor y por lo tanto del ordenador y es la base de la mayoría de la alta tecnología electrónica que utilizamos hoy en día.

La idea principal es que las partículas son también ondas y las ondas son también partículas. La intuición de que las partículas sean también ondas se la debemos a De Broglie que propuso que la velocidad por la masa (denominado momento en física p=mv) de una partícula es inversamente proporcional a la longitud de onda (p=h/λ). El factor proporcional h es la constante de Planck. La hipótesis ondulatoria de las partículas ha sido confirmada numerosas veces en fenómenos de interferencia.

Propiedades

Las partículas subatómicas poseen propiedades muy diferentes a las que nosotros experimentamos a escala humana (de mm a Km).

Dualidad Onda-Corpúsculo: Las partículas poseen la propiedad de comportarse a la vez como ondas (tipo ondas del agua) y a la vez como corpúsculos (tipo objetos sólidos).

Principio de Incertidumbre de Heisenberg: No podemos conocer con precisión arbitraria determinadas cantidades observables de las partículas. Por ejemplo: la variación en posición y velocidad o la variación en la energía y el tiempo. Ejem: Si conocemos de una partícula su posición, entonces no sabemos su velocidad y viceversa.

Mecánica Probabilística: El mundo microscópico no es determinista. Dadas unas condiciones iniciales, coexisten muchos estados posibles con una cierta probabilidad. Al medir, esa probabilidad desaparece y solo “ocurre” una de esas posibilidades.

Efecto Túnel: A nivel cuántico las partículas tienen una probabilidad significativa de atravesar barreras de potencial (lo que para nosotros serían paredes). En esta propiedad y en el entrelazamiento se basan las computadoras cuánticas (I.Cirac).

Efecto fotoeléctrico 

El efecto fotoeléctrico consiste en la emisión de electrones por un material cuando se hace incidir sobre él una radiación electromagnética (luz visible o ultravioleta, en general).1 A veces se incluyen en el término otros tipos de interacción entre la luz y la materia:

Para analizar el efecto fotoeléctrico cuantitativamente utilizando el método derivado por Einstein es necesario plantear las siguientes ecuaciones:

Energía de un fotón absorbido = Energía necesaria para liberar 1 electrón + energía cinética del electrón emitido.

Leyes de la emisión fotoeléctrica

Para un metal y una frecuencia de radiación incidente dados, la cantidad de fotoelectrones emitidos es directamente proporcional a la intensidad de luz incidente.2

Para cada metal dado, existe una cierta frecuencia mínima de radiación incidente debajo de la cual ningún fotoelectrón puede ser emitido. Esta frecuencia se llama frecuencia de corte, también conocida como "Frecuencia Umbral".

Por encima de la frecuencia de corte, la energía cinética máxima del fotoelectrón emitido es independiente de la intensidad de la luz incidente, pero depende de la frecuencia de la luz incidente.

La emisión del fotoelectrón se realiza instantáneamente, independientemente de la intensidad de la luz incidente. Este hecho se contrapone a la teoría Clásica:la Física Clásica esperaría que existiese un cierto retraso entre la absorción de energía y la emisión del electrón, inferior a un nanosegundo.

Webgrafía 

1. https://wp.icmm.csic.es/superconductividad/fisica-cuantica-y-transiciones/fisica-cuantica/

2. https://www.i-cpan.es/expocern/docs/oviedo/Interacciones-cuanticas.pdf

3. https://sites.google.com/site/quimicamonruc/home/quimica-cuantica/efecto-fotoelectrico

4. https://es.wikipedia.org/wiki/Efecto_fotoel%C3%A9ctrico#Formulaci%C3%B3n_matem%C3%A1tica