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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Leyes de Faraday y Lenz


En el campo de la física, particularmente en el estudio de la electricidad y el magnetismo, dos teorías importantes nos ayudan a entender la interacción entre campos magnéticos y corrientes eléctricas. Estas son la ley de inducción electromagnética de Faraday y la ley de Lenz. Ambas son las piedras angulares del electromagnetismo y tienen una gran variedad de aplicaciones en el mundo moderno, desde el funcionamiento de generadores eléctricos hasta el funcionamiento de transformadores.

La ley de inducción electromagnética de Faraday

Michael Faraday descubrió que los cambios en el campo magnético dentro de un lazo cerrado de alambre pueden inducir una fuerza electromotriz (EMF) en el alambre. Este fenómeno es descrito por la ley de Faraday, que es importante para entender cómo las corrientes eléctricas pueden ser generadas por campos magnéticos. Según la ley de Faraday, la EMF inducida en un circuito es directamente proporcional a la tasa de cambio del flujo magnético a través del circuito.

EMF = -dΦ/dt

En esta fórmula, EMF representa la fuerza electromotriz inducida, dΦ representa el cambio en el flujo magnético, y dt es el cambio en el tiempo.

Flujo magnético

El flujo magnético (Φ) es una medida del número de líneas de campo magnético que pasan a través de un área dada. Se calcula usando la siguiente fórmula:

Φ = B * A * cos(θ)

Donde:

  • B es el campo magnético (T) en Tesla.
  • A es el área en metros cuadrados (m²) a través de la cual pasan las líneas de campo.
  • θ es el ángulo entre las líneas del campo magnético y la perpendicular a la superficie, expresado en grados o radianes.

Para visualizar el flujo magnético, imagina las líneas de campo magnético como el flujo de un río. El flujo magnético entonces representa cuánto de este flujo está pasando a través de una red colocada en el río. Si la red es perpendicular al flujo (es decir, en la dirección directa del flujo), pasa el flujo máximo a través de ella. Si la red se coloca paralela al río, pasan menos líneas a través, indicando menos flujo.

En el diagrama anterior, las flechas azules representan líneas de campo magnético que cruzan un área rectangular perpendicular a ellas. Aquí el flujo magnético está en su máximo.

Entendiendo la ley de Lenz

La ley de Lenz trabaja en conjunto con la ley de Faraday al determinar la dirección de la emf y la corriente inducidas como resultado de cambios en los campos magnéticos. Fue formulada por Heinrich Lenz en 1834, estableciendo que una corriente inducida aparecerá en un lazo conductor cerrado en la dirección que se opone al cambio en el flujo magnético que la produce.

El signo negativo en la ecuación de la Ley de Faraday EMF = -dΦ/dt representa la Ley de Lenz. Esta ley es consistente con la ley de conservación de energía, asegurando que la EMF inducida produce una corriente que se opone al cambio en el campo magnético.

Ilustración de la ley de Lenz

Para comprender mejor la ley de Lenz, toma un ejemplo simple de un imán y una bobina:

  • Si el polo norte de un imán se mueve hacia la bobina, el campo magnético a través de la bobina aumenta. Según la ley de Lenz, la corriente inducida fluirá de tal manera que su propio campo magnético se oponga a este aumento. Esto significa que la bobina tendrá su polo norte orientado hacia el polo norte del imán, lo que repelerá el imán que se acerca.
  • Por el contrario, si el polo norte del imán se aleja de la bobina, el campo magnético a través de la bobina disminuye. La corriente inducida producirá un campo magnético en tal dirección para oponerse a esta disminución. En esta ocasión, la bobina producirá un polo sur frente al polo norte repulsivo del imán, atrayéndolo efectivamente.
N

Con este diagrama, observa cómo las líneas de campo magnético de un imán de polo norte interactúan con la bobina. Si la bobina del imán se mueve o los propios imanes se mueven (ya sea hacia o lejos uno del otro), la dirección de la corriente cambia de acuerdo con la ley de Lenz, la cual se opone a este movimiento.

Aplicaciones de las leyes de Faraday y Lenz

Ambas leyes juegan un papel integral en la tecnología moderna. Examinemos algunas de las principales aplicaciones:

Generador eléctrico

Un generador eléctrico convierte la energía mecánica en energía eléctrica al girar una bobina en un campo magnético. A medida que la bobina gira, el flujo magnético cambia con el tiempo, induciendo una EMF (como lo describe la ley de Faraday). La dirección de la corriente inducida, que es consistente con la ley de Lenz, asegura que la energía no se cree ni se pierda, sino que solo se transforme.

Transformadores

Los transformadores juegan un papel vital en la transmisión de energía. Funcionan según los principios de la ley de Faraday. Cuando una corriente alterna pasa a través de la bobina primaria, produce un cambio en el campo magnético, que induce un voltaje en la bobina secundaria. La dirección y magnitud de este voltaje inducido siguen la ley de Lenz y se controlan para asegurar una transferencia de energía eficiente.

Corrientes de Foucault

Cuando un conductor pasa a través de un campo magnético o cuando el campo magnético alrededor de un conductor estacionario cambia, se inducen corrientes de Foucault dentro del conductor. Estas corrientes crean campos magnéticos que se oponen al cambio según la ley de Lenz. Las corrientes de Foucault se utilizan en sistemas de calentamiento por inducción y frenado en trenes.

Conclusión

Las leyes de Faraday y Lenz son principios fundamentales del electromagnetismo que explican cómo se pueden generar corrientes eléctricas por campos magnéticos cambiantes. A través de estas leyes, entendemos las interacciones fundamentales entre los campos eléctricos y magnéticos, cuya explicación ilumina muchos fenómenos naturales y proporciona soluciones a problemas técnicos de ingeniería y vida cotidiana. Sus aplicaciones abarcan una variedad de dispositivos y tecnologías que forman la columna vertebral de la civilización moderna, influyendo continuamente en los avances en la forma en que aprovechamos y usamos la energía.


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