Grado 10
  1. Mecánica  1.1. Dinámica  1.1.1. Movimiento en una dimensión  1.1.2. Movimiento en dos dimensiones  1.1.3. Desplazamiento y Distancia  1.1.4. Velocidad y Rapidez  1.1.5. Aceleración  1.1.6. Representación gráfica del movimiento  1.1.7. Ecuaciones de movimiento  1.1.8. Caída libre y aceleración debido a la gravedad  1.1.9. Movimiento de un proyectil  1.1.10. Velocidad relativa  1.2. Dinámica  1.2.1. Leyes del movimiento de Newton  1.2.2. Inercia y masa  1.2.3. Fuerza y sus tipos  1.2.4. fuerza de acción y reacción  1.2.5. La fricción y sus efectos  1.2.6. Coefficient of friction  1.2.7. Movimiento circular  1.2.8. Fuerza centrípeta y aceleración centrípeta  1.2.9. Momentum e Impulso  1.2.10. Conservación del momento  1.2.11. Tercera ley de Newton y aplicaciones  1.3. Trabajo, Energía y Potencia  1.3.1. Trabajo realizado por la fuerza  1.3.2. Teorema trabajo-energía  1.3.3. Energía cinética  1.3.4. Energía potencial  1.3.5. Energía mecánica  1.3.6. Conservación de la Energía  1.3.7. Poder y eficiencia  1.3.8. Fuentes de energía renovables y no renovables  1.4. Fuerza gravitacional  1.4.1. La ley de gravitación universal de Newton  1.4.2. Campo gravitacional y fuerza del campo  1.4.3. Aceleración debida a la gravedad en diferentes planetas  1.4.4. Leyes del movimiento planetario de Kepler  1.4.5. Órbitas y satélites  1.4.6. Peso y peso aparente  1.4.7. Energía potencial gravitacional
  2. Propiedades de la materia  2.1. Estados de la materia  2.1.1. Sólido, líquido y gas  2.1.2. Estructura molecular de la materia  2.1.3. Fuerzas intermoleculares  2.1.4. Plasma y condensado de Bose–Einstein  2.2. Presión  2.2.1. Definición de Presión  2.2.2. Presión en líquidos  2.2.3. Presión atmosférica  2.2.4. Principio de Pascal  2.2.5. El principio de Arquímedes y la flotabilidad  2.2.6. Tensión superficial y capilaridad  2.3. Elasticidad  2.3.1. La ley de Hooke  2.3.2. Tensión y deformación  2.3.3. Límite elástico y módulo de elasticidad  2.3.4. Aplicaciones de la elasticidad
  3. Física térmica  3.1. calor y temperatura  3.1.1. Diferencia entre calor y temperatura  3.1.2. Escala de temperatura  3.1.3. Dilatación térmica  3.1.4. Equilibrio térmico  3.2. Transferencia de calor  3.2.1. Conductividad  3.2.2. Convección  3.2.3. Radiación  3.2.4. Aislamiento y sus aplicaciones  3.3. Propiedades térmicas de la materia  3.3.1. Capacidad calorífica específica  3.3.2. Calor latente y cambio de fase  3.3.3. Punto de ebullición y punto de fusión  3.3.4. Motores térmicos y refrigeración  3.4. Leyes de la Termodinámica  3.4.1. Ley cero de la termodinámica  3.4.2. Primera ley de la termodinámica  3.4.3. Segunda ley de la termodinámica  3.4.4. Ciclo de Carnot
  4. Ondas y óptica  4.1. Nature and properties of waves  4.1.1. Tipos de ondas en la naturaleza y propiedades de las ondas  4.1.2. Olas transversales y longitudinales  4.1.3. Parámetros de las ondas  4.1.4. Reflexión y refracción de ondas  4.1.5. Superposición e Interferencia  4.1.6. Ondas estacionarias y resonancia  4.1.7. Efecto Doppler  4.2. Ondas sonoras  4.2.1. Características de las ondas sonoras  4.2.2. Velocidad del sonido en diferentes medios  4.2.3. Aplicaciones de las ondas sonoras  4.2.4. Ultrasonido y sus usos  4.3. Ondas de Luz y Óptica  4.3.1. Naturaleza de la luz  4.3.2. Reflexión de la luz  4.3.3. Leyes de la reflexión  4.3.4. Espejos y Formación de Imágenes  4.3.5. Refracción de la luz  4.3.6. La Ley de Snell  4.3.7. Lentes y Formación de Imágenes  4.3.8. Reflexión interna total y ángulo crítico  4.3.9. Fibra óptica  4.4. Instrumentos Ópticos  4.4.1. Microscopio  4.4.2. Telescopio  4.4.3. Ojo humano y defectos de visión  4.4.4. Cámara y su principio de funcionamiento
  5. Electricidad y Magnetismo  5.1. Electrostática  5.1.1. Carga eléctrica y sus propiedades  5.1.2. Conductores e Aislantes  5.1.3. La ley de Coulomb  5.1.4. Campo eléctrico y líneas de campo  5.1.5. Potencial eléctrico y diferencia de potencial  5.1.6. Capacitores y Capacitancia  5.2. Electricidad Actual  5.2.1. Corriente eléctrica y su medición  5.2.2. La ley de Ohm  5.2.3. Resistencia y resistividad  5.2.4. Circuitos en Serie y en Paralelo  5.2.5. Energía y potencia eléctricas  5.2.6. Leyes de Kirchhoff  5.3. Magnetismo y Electromagnetismo  5.3.1. Campo magnético y líneas de campo  5.3.2. Efectos magnéticos de la corriente eléctrica  5.3.3. Inducción electromagnética  5.3.4. Leyes de Faraday de la inducción electromagnética  5.3.5. Transformadores y Aplicaciones  5.3.6. Corriente AC y DC
  6. Física Moderna  6.1. Física nuclear  6.1.1. Estructura del átomo  6.1.2. Modelo atómico de Bohr  6.1.3. Niveles de Energía del Electrón  6.1.4. Rayos X y aplicaciones  6.2. Radiactividad  6.2.1. Tipos de radiación  6.2.2. Vida media y desintegración radiactiva  6.2.3. Reacciones nucleares y aplicaciones  6.2.4. Fisión y Fusión  6.3. Física cuántica  6.3.1. Dualidad onda-partícula  6.3.2. Efecto fotoeléctrico  6.3.3. Cuantización de la energía  6.3.4. El principio de incertidumbre de Heisenberg
  7. Electrónica y Comunicación  7.1. Semiconductores  7.1.1. Conductores, aislantes y semiconductores  7.1.2. Diodos y sus aplicaciones  7.1.3. Transistores y Puertas Lógicas  7.1.4. LEDs y fotodiodos  7.2. Sistemas de Comunicación  7.2.1. Fundamentos de la comunicación  7.2.2. Señales analógicas y digitales  7.2.3. Comunicación inalámbrica y fibra óptica  7.2.4. Ondas de radio y modulación

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Leyes de Faraday de la inducción electromagnética


Las leyes de Faraday de la inducción electromagnética son los principios fundamentales detrás de cómo se generan corrientes eléctricas en campos magnéticos. Estas leyes llevan el nombre de Michael Faraday, un científico pionero que realizó muchos experimentos sobre magnetismo y electricidad en el siglo XIX. Los descubrimientos de Faraday forman la piedra angular de cómo se entienden y se utilizan los fenómenos electromagnéticos en la tecnología actual.

Introducción a la inducción electromagnética

La inducción electromagnética describe el proceso mediante el cual se genera una corriente eléctrica en un conductor en un campo magnético cambiante. Es un principio clave detrás de muchos de nuestros dispositivos eléctricos, incluyendo generadores, transformadores e inductores. Comprender la inducción electromagnética ayuda a explicar cómo se genera y se transfiere la electricidad.

Primera ley de Faraday de la inducción electromagnética

La primera ley de Faraday establece que se induce una fuerza electromotriz (FEM) en un conductor cuando el flujo magnético que lo acompaña cambia. En términos simples, cuando mueves un imán a través de una bobina de alambre o viceversa, puedes generar una corriente eléctrica.

Ejemplo: Mover un imán a través de una bobina

Imagina una simple bobina de alambre conectada a un galvanómetro, un instrumento utilizado para detectar corriente. Cuando un imán de barra se mueve hacia o desde la bobina, la aguja del galvanómetro se mueve. Esto indica que se induce una corriente eléctrica en la bobina.

bobina conectada al galvanómetro

Entrada del imán en la bobina ➔ corriente inducida ➔ movimiento de la aguja del galvanómetro
Imán Bobina

Este movimiento produce un cambio en el flujo magnético a través de la bobina, lo que induce una fuerza electromotriz y produce una corriente eléctrica. Como puedes ver en el diagrama anterior, la interacción entre la bobina y el campo magnético conduce a la inducción.

Segunda ley de Faraday de la inducción electromagnética

La segunda ley de Faraday cuantifica la fuerza electromotriz inducida. Establece que la magnitud de la fuerza electromotriz inducida es proporcional a la tasa de cambio del flujo magnético vinculado al circuito.

Matemáticamente, la segunda ley de Faraday se puede expresar como:

fem = -dΦ/dt

Aquí, FEM representa la fuerza electromotriz en voltios, y Φ es el flujo magnético medido en webers (Wb). El signo negativo en la ecuación de Faraday indica la dirección de la FEM y del corriente inducido, que es consistente con la ley de Lenz.

Ejemplo: Rápida vs. lenta velocidad de un imán

Si mueves el imán más rápido a través de la bobina, la tasa de cambio del flujo magnético aumenta, haciendo que la FEM sea mayor y, por lo tanto, produciendo una corriente mayor. Por el contrario, mover el imán lentamente resulta en un cambio menor en el flujo magnético y una FEM correspondientemente menor.

Alta velocidad ➔ Alta tasa de cambio ➔ Alta fem ➔ Alta corriente
Baja velocidad ➔ Baja tasa de cambio ➔ Baja fem ➔ Baja corriente

La ley de Lenz

La ley de Lenz define además la dirección de la corriente inducida. Establece que la dirección de la corriente inducida es tal que se opone al cambio en el flujo magnético que lo produce.

La ley de Lenz está indicada por el signo negativo en la fórmula de Faraday. La corriente inducida crea su propio campo magnético, que intenta mantener constante el campo magnético original dentro de la bobina.

Ejemplos: Movimiento de oposición

Supongamos que un imán de barra está siendo introducido en una bobina. La dirección de la corriente inducida es tal que crea un campo magnético que repele el movimiento del imán. Si se tira del imán, el campo magnético inducido atrae al imán de vuelta. Esta es la forma en que la naturaleza obedece la ley de conservación de energía.

Aplicaciones de la inducción electromagnética

Las leyes de Faraday desempeñan un papel importante en la tecnología moderna. Veamos algunas de las principales aplicaciones:

Generador eléctrico

Los generadores eléctricos convierten la energía mecánica en energía eléctrica utilizando el principio de la inducción electromagnética. Cuando un conductor (bobina) se gira en un campo magnético, se induce una FEM, que impulsa una corriente. Este es el principio básico de funcionamiento detrás de las estaciones de energía que proporcionan electricidad a millones de hogares.

Transformadores

Los transformadores utilizan la inducción electromagnética para aumentar o disminuir la tensión de CA en los circuitos eléctricos. Están formados por dos bobinas de alambre colocadas una junto a otra. La corriente cambiante en la bobina primaria induce una corriente en la bobina secundaria a través de la inducción mutua. Esto es esencial para la distribución de energía a largas distancias.

Bobina primaria Bobina secundaria

Placas de inducción

Las placas de inducción utilizan la inducción electromagnética para calentar directamente ollas y sartenes. Una corriente alterna fluye a través de una bobina debajo de la superficie de la placa de cocción. Esto genera un campo magnético cambiante, que induce una corriente eléctrica en el recipiente metálico, resultando en calor.

Carga inductiva

La carga inductiva es una forma inalámbrica de cargar dispositivos electrónicos, como los teléfonos inteligentes. Involucra la creación de un campo magnético en la estación de carga que induce una corriente en el dispositivo, cargando la batería sin la necesidad de contacto eléctrico directo.

Conclusión

Las leyes de Faraday de la inducción electromagnética son fundamentales para entender cómo se crea y se utiliza la electricidad. Los conocimientos obtenidos a partir de estas leyes permiten aprovechar la energía eléctrica, moldeando el paisaje tecnológico en el que vivimos.

Desde el simple experimento de mover un imán cerca de una bobina hasta la generación a gran escala de electricidad, las contribuciones de Faraday continúan teniendo una profunda influencia en la tecnología moderna y la comprensión científica. A medida que exploramos estos conceptos más a fondo, es importante apreciar la simplicidad y el poder de las intuiciones de Faraday sobre los fenómenos electromagnéticos.


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