Grado 11
  1. Mecánica  1.1. dinámico  1.1.1. Movimiento en una dimensión  1.1.2. Movimiento en dos y tres dimensiones  1.1.3. Desplazamiento y Distancia  1.1.4. Velocidad y rapidez  1.1.5. Aceleración y desaceleración  1.1.6. Análisis gráfico del movimiento  1.1.7. Ecuaciones del movimiento (deducciones avanzadas)  1.1.8. Caída libre y velocidad terminal  1.1.9. Movimiento de proyectiles  1.1.10. Velocidad relativa en una y dos dimensiones  1.1.11. Movimiento de un coche en un plano inclinado  1.2. Dinámica  1.2.1. Leyes del movimiento de Newton y sus aplicaciones  1.2.2. Inercia y la primera ley de Newton  1.2.3. Fuerza y tipos de fuerza  1.2.4. Fricción estática y cinética  1.2.5. Movimiento circular y aceleración centrípeta  1.2.6. Movimiento circular no uniforme  1.2.7. Peralte de carreteras y curvas  1.2.8. Momento e Impulso  1.2.9. Conservación del momento en una y dos dimensiones  1.2.10. Aplicaciones de la Tercera Ley de Newton  1.3. Trabajo, Energía y Potencia  1.3.1. Trabajo realizado por una fuerza constante y variable  1.3.2. Teorema trabajo-energía  1.3.3. Energía cinética y potencial  1.3.4. Energía potencial gravitacional y elástica  1.3.5. Conservación de la energía mecánica  1.3.6. Energía y potencia instantánea  1.3.7. Eficiencia de las máquinas  1.3.8. Trabajo realizado por fuerzas conservativas y no conservativas  1.4. Movimiento rotacional  1.4.1. Torsión y aceleración angular  1.4.2. Equilibrio rotacional  1.4.3. Momento de inercia y sus aplicaciones  1.4.4. Momento angular y su conservación  1.4.5. Energía cinética del movimiento de rodadura y rotación  1.4.6. Teorema del Eje Paralelo y Perpendicular  1.4.7. Dinámica del movimiento rotacional
  2. Fuerza gravitacional  2.1. Gravitación universal  2.1.1. La ley de gravitación universal de Newton  2.1.2. Campo gravitacional y potencial  2.1.3. Cambio en la aceleración debido a la gravedad  2.1.4. Leyes del movimiento planetario de Kepler  2.1.5. Mecánica orbital y satélites  2.1.6. Velocidad de escape y velocidad orbital  2.1.7. Ingravidez y caída libre  2.1.8. Energía potencial gravitacional y energía en órbitas  2.1.9. Agujeros negros y lente gravitacional
  3. Propiedades de la materia  3.1. Mecánica de fluidos  3.1.1. Densidad y presión en líquidos  3.1.2. La teoría de Pascal y sus aplicaciones  3.1.3. Principio de Arquímedes y Flotabilidad  3.1.4. Ecuación de Bernoulli y sus aplicaciones  3.1.5. Ecuación de continuidad y el efecto Venturi  3.1.6. Tensión superficial y capilaridad  3.1.7. Viscosidad y la Ley de Poiseuille  3.1.8. Número de Reynolds y turbulencia  3.2. Elasticidad y deformación  3.2.1. La ley de Hooke y la relación tensión-deformación  3.2.2. Módulo de elasticidad y aplicaciones  3.2.3. Deformación y límite elástico de los sólidos
  4. Física térmica  4.1. Calor y temperatura  4.1.1. Propiedades termométricas y escala de temperatura  4.1.2. Expansión térmica de sólidos, líquidos y gases  4.1.3. Sistema de transferencia de calor  4.1.4. Capacidad calorífica específica y calorimetría  4.1.5. Calor latente y cambio de fase  4.2. Teoría cinética de los gases  4.2.1. Modelo molecular de los gases  4.2.2. Explicación cinética de la temperatura  4.2.3. Ecuación de Gas Ideal y Desviaciones  4.2.4. Camino libre medio y distribución de Maxwell–Boltzmann  4.3. Leyes de la Termodinámica  4.3.1. Zeroth Law y Equilibrio Térmico  4.3.2. Primera Ley y Energía Interna  4.3.3. La Segunda Ley y la Entropía  4.3.4. Ciclo de Carnot y motores térmicos  4.3.5. Refrigeradores y bombas de calor
  5. Ondas y oscilaciones  5.1. Movimiento Armónico Simple  5.1.1. Ecuaciones del MHS  5.1.2. Energía en MAS  5.1.3. Oscilaciones amortiguadas y forzadas  5.1.4. Resonancia y aplicaciones  5.1.5. Péndulo y sistema masa-resorte  5.2. Movimiento ondulatorio  5.2.1. Tipos de ondas mecánicas  5.2.2. Movimiento ondulatorio y transporte de energía  5.2.3. Principio de Superposición y Ondas Estacionarias  5.2.4. Reflexión, Refracción y Difracción  5.2.5. Efecto Doppler en sonido y luz  5.2.6. Pulsaciones e interferencia
  6. Electricidad y Magnetismo  6.1. Electrostática  6.1.1. Carga eléctrica y conservación  6.1.2. La ley de Coulomb y sus aplicaciones  6.1.3. Campo eléctrico y flujo eléctrico  6.1.4. Potencial eléctrico y energía potencial  6.1.5. Capacitancia y energía almacenada en un condensador  6.2. Electricidad Corriente  6.2.1. La ley de Ohm y la resistencia eléctrica  6.2.2. Resistividad y dependencia de la temperatura  6.2.3. Leyes de Kirchhoff y análisis de circuitos  6.2.4. Potencia eléctrica y eficiencia  6.2.5. Combinación de resistencias  6.3. Magnetismo y electromagnetismo  6.3.1. Campos magnéticos y sus fuentes  6.3.2. Fuerza magnética sobre cargas en movimiento  6.3.3. Inducción electromagnética  6.3.4. Leyes de Faraday y Lenz  6.3.5. Inductancia y Transformador  6.3.6. Corriente alterna y sus aplicaciones
  7. Óptica  7.1. Reflexión y Refracción  7.1.1. leyes de reflexión y refracción  7.1.2. Espejos y lentes  7.1.3. Reflexión interna total y fibra óptica  7.2. Óptica de ondas  7.2.1. Interferencia y Difracción  7.2.2. Experimento de la doble rendija de Young  7.2.3. Polarización de la luz
  8. Física Moderna  8.1.1. Efecto fotoeléctrico y la teoría de Einstein  8.1.2. Dualidad onda-partícula  8.1.3. El principio de incertidumbre de Heisenberg  8.1.4. Efecto Compton  8.2. Física Atómica y Nuclear  8.2.1. Modelo atómico y niveles de energía  8.2.2. Desintegración radiactiva y vida media  8.2.3. Fisión y Fusión Nuclear
  9. Electrónica y Comunicación  9.1. Semiconductores  9.1.1. uniones pn y diodo  9.1.2. Transistores y compuertas lógicas  9.1.3. Circuitos Integrados y Aplicaciones  9.2. Sistemas de comunicación  9.2.1. Conceptos básicos de la comunicación analógica y digital  9.2.2. Comunicación Inalámbrica y Óptica  9.2.3. Modulación y Demodulación

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Inducción electromagnética


La inducción electromagnética es un concepto fundamental en la física en el cual se genera una fuerza electromotriz (FEM) cuando un conductor es expuesto a un campo magnético cambiante. Este fenómeno forma la base de muchos dispositivos y tecnologías eléctricas, incluyendo transformadores, inductores, y muchos tipos de generadores y motores eléctricos.

Principios básicos

El principio de la inducción electromagnética fue descubierto por primera vez por Michael Faraday en 1831. Según la ley de inducción de Faraday, la fuerza electromagnética inducida en cualquier circuito cerrado es igual al negativo de la tasa de cambio del flujo magnético encerrado por el circuito.

Esta relación puede expresarse mediante la siguiente fórmula:

FEM = -dΦ/dt

donde FEM es la fuerza electromotriz medida en voltios, y Φ (phi) es el flujo magnético en webers.

Flujo magnético

El flujo magnético, representado por la letra griega (Phi), es una medida de la cantidad de magnetización teniendo en cuenta la intensidad y extensión del campo magnético. Se puede calcular usando la fórmula:

Φ = B * A * cos(θ)

Donde:

  • B es la intensidad del campo magnético en Tesla (T).
  • A es el área en metros cuadrados (m2 ).
  • θ es el ángulo entre las líneas del campo magnético y la normal (perpendicular) a A

Experimentos y descubrimientos de Faraday

En uno de los experimentos más famosos de Faraday, él enrolló dos bobinas de alambre en lados opuestos de un anillo de hierro. Dejó pasar una corriente a través de una bobina y observó que cuando la corriente en la primera bobina se encendía o apagaba, se inducía una corriente en la segunda bobina. Esto sucede porque el campo magnético producido por la primera bobina estaba cambiando, lo que provocaba que se indujera una FEM en la segunda bobina.

Ejemplo de experimento de inducción simple

Para explicar la inducción electromagnética, considere la siguiente configuración física simple:

  1. Una bobina de alambre, conocida como solenoide, está conectada al galvanómetro.
  2. Un imán de barra.

Cuando el extremo norte del imán se empuja hacia la bobina, se observa una corriente eléctrica en el galvanómetro. Esta corriente existe solo cuando el imán está en movimiento. De manera similar, si el imán se extrae de la bobina, la dirección de la corriente se invierte, indicando que la fuerza electromotriz fue inducida por el campo magnético cambiante.

N S

De esta configuración simple, veamos los puntos clave:

  • Si hay movimiento relativo entre un imán y una bobina, entonces se induce FEM en el circuito.
  • La fuerza de la FEM inducida está determinada por la tasa de cambio del flujo magnético.

Ley de Lenz

La ley de Lenz es un principio que describe el comportamiento de las corrientes inducidas. Establece que la dirección de la corriente inducida es tal que se opone al cambio en el flujo magnético que la produjo. En términos simples, cualquier corriente inducida creará un campo magnético que se opone al movimiento o cambio que indujo la corriente.

Esto se puede entender matemáticamente por el signo negativo en la ley de Faraday:

FEM = -dΦ/dt

Aplicaciones prácticas

La inducción electromagnética se utiliza en muchos dispositivos y sistemas del mundo real. Aquí hay algunos ejemplos clave:

Generador eléctrico

Un generador eléctrico convierte energía mecánica en energía eléctrica utilizando la inducción electromagnética. Cuando una bobina gira en un campo magnético, el flujo magnético enlazado con la bobina cambia, produciendo FEM y, por lo tanto, corriente.

Parental

Transformadores

Los transformadores son dispositivos utilizados en circuitos eléctricos para transferir energía entre dos o más bobinas a través de la inducción electromagnética. Desempeñan un papel vital en el cambio de voltaje de corrientes alternas en sistemas de energía. El principio de funcionamiento depende completamente de la inducción entre las bobinas.

Carga inductiva

La carga inalámbrica de dispositivos como teléfonos inteligentes y cepillos de dientes eléctricos utiliza la inducción electromagnética al crear un campo magnético entre la estación de carga y el dispositivo, permitiendo que tenga lugar la transferencia de energía.

Su mecanismo de funcionamiento es similar al de un transformador, donde la corriente alterna que fluye en la base de carga induce un campo magnético alterno, que a su vez induce corriente en la bobina dentro del dispositivo.

Encimeras de inducción

Las encimeras de inducción utilizan campos magnéticos para calentar directamente ollas y sartenes. La propia encimera se mantiene fría, y el calor se concentra en el utensilio de cocina. Este proceso ocurre a través de la inducción electromagnética, donde un campo magnético cambiante en la encimera induce una corriente eléctrica en la sartén de metal, creando calor a través de la resistencia eléctrica.

Conclusión

La inducción electromagnética es un concepto poderoso que tiene amplias aplicaciones en la tecnología moderna. Entender sus principios básicos y entender cómo da lugar a corrientes inducidas y FEM nos da una idea de cómo funcionan muchos dispositivos en nuestras vidas diarias.

Desde la generación de energía hasta la carga inalámbrica y más allá, los principios de la inducción electromagnética continúan siendo una piedra angular de la innovación y el avance en la tecnología.


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