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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Electricidad y Magnetismo


La electricidad y el magnetismo son aspectos fundamentales de la física que desempeñan un papel vital en la comprensión del mundo que nos rodea. En esta guía detallada, discutiremos en profundidad los principios y conceptos básicos relacionados con la electricidad y el magnetismo, proporcionando una visión general completa que conecta el conocimiento teórico con ejemplos prácticos.

Electricidad

¿Qué es la electricidad?

La electricidad es un tipo de energía que resulta de la existencia de partículas cargadas como electrones o protones. Puede manifestarse como electricidad estática o corriente. El flujo de cargas eléctricas se conoce como corriente eléctrica.

Electricidad estática

La electricidad estática es el resultado de un desequilibrio entre las cargas negativas y positivas en un objeto. Estas cargas pueden acumularse en la superficie de un objeto hasta que encuentren una forma de escapar o descargarse.

Por ejemplo, cuando frotas un globo sobre tu cabello, los electrones se mueven de tu cabello al globo, dejando el globo cargado negativamente y tu cabello cargado positivamente. Esta electricidad estática se puede demostrar con un experimento sencillo:

1. Frota el globo en tu cabello.
2. Acerca lentamente el globo a los pequeños trozos de papel.
3. Observa atentamente cómo los trozos de papel son atraídos hacia el globo.

Corriente eléctrica

La corriente eléctrica es el flujo de carga eléctrica. Se mide en amperios (A). El flujo de electrones a través de un conductor como un cable de cobre es lo que crea la corriente eléctrica.

En este diagrama de ejemplo, imagina el círculo como un cable conductor con electrones fluyendo.

La ley de Ohm

Uno de los principios fundamentales de la electricidad es la Ley de Ohm. Esta ley establece que la corriente que fluye a través de un conductor entre dos puntos es directamente proporcional al voltaje en los dos puntos e inversamente proporcional a la resistencia entre ellos. Matemáticamente, se expresa como:

I = V / R

Donde I es la corriente en amperios, V es el voltaje en voltios, y R es la resistencia en ohmios.

Por ejemplo, si tienes una batería de 12 voltios conectada a un resistor de 4 ohmios, la corriente que fluye a través del circuito se puede calcular como:

I = 12V / 4Ω = 3A

Circuitos eléctricos

Un circuito eléctrico es un bucle cerrado que permite el flujo de corriente. Típicamente consta de una fuente de energía (como una batería), una carga (como una bombilla), y cables conductores que conectan estos componentes. Los circuitos pueden ser en serie o en paralelo, lo que afecta el flujo de electricidad y la resistencia total.

Circuitos en serie y paralelo

En un circuito en serie, los componentes están conectados de extremo a extremo, por lo que solo hay un camino para que la corriente fluya. La resistencia total es la suma de las resistencias individuales:

R_total = R1 + R2 + ... + Rn

En un circuito en paralelo, los componentes están conectados a la misma fuente de voltaje, creando múltiples caminos para el flujo de corriente. La resistencia total se da por:

1/R_total = 1/R1 + 1/R2 + ... + 1/Rn

La figura anterior muestra una representación simplificada de un circuito en paralelo, donde los resistores forman múltiples caminos para la corriente.

Magnetismo

¿Qué es el magnetismo?

El magnetismo es la fuerza ejercida por los imanes cuando se atraen o se repelen entre sí. Es la propiedad de los materiales que responde a un campo magnético aplicado. El magnetismo está estrechamente relacionado con la electricidad; uno genera al otro.

Campo magnético

El campo magnético es un campo vectorial alrededor de un imán donde se aplica la fuerza magnética. La magnitud del campo magnético se mide en Tesla (T). Una demostración común de un campo magnético es con limaduras de hierro alrededor del imán, mostrando las líneas del campo.

Este SVG muestra los polos norte (N) y sur (S) de un imán de barra, con flechas exteriores e interiores que muestran la dirección de las líneas del campo magnético.

Electromagnetismo

El electromagnetismo es la interacción entre corrientes eléctricas y campos magnéticos. Cuando la corriente eléctrica pasa a través de un cable, crea un campo magnético a su alrededor. Por el contrario, un campo magnético cambiante puede inducir una corriente eléctrica en un conductor cercano. Este principio es la base de muchas tecnologías, incluidos transformadores y generadores eléctricos.

Un ejemplo simple de un electroimán es enrollar una bobina de alambre alrededor de un núcleo de metal y luego pasar corriente a través de la bobina. El núcleo de metal actúa como un imán, que se puede activar y desactivar con el flujo de corriente.

Las ecuaciones de Maxwell

Las ecuaciones de Maxwell describen los fundamentos de la electricidad y el magnetismo. Examinan cómo los campos eléctricos y magnéticos interactúan y cómo pueden generarse entre sí. Estas ecuaciones son esenciales para comprender el electromagnetismo clásico. Las ecuaciones son:

∇ · E = ρ/ε₀ --- Ley de Gauss para la electricidad
∇ · B = 0 --- Ley de Gauss para el magnetismo
∇ × E = -∂B/∂t --- Ley de Faraday de inducción
∇ × B = μ₀(J + ε₀∂E/∂t) --- Ley de Ampere-Maxwell

Aplicaciones de la electricidad y el magnetismo

Generación de energía eléctrica

La electricidad se genera en plantas de energía utilizando los principios del electromagnetismo. Al rotar bobinas de alambre en campos magnéticos, se genera corriente eléctrica, que puede ser transportada a largas distancias para alimentar hogares e industrias.

Electrónica

La electricidad alimenta dispositivos electrónicos cotidianos como teléfonos inteligentes, computadoras y televisores. Estos dispositivos dependen de la manipulación de corrientes eléctricas a través de semiconductores y placas de circuitos para realizar varias funciones.

Sistemas de comunicación

Los campos eléctricos y magnéticos son fundamentales para los sistemas de comunicación. La radio, la televisión y las comunicaciones inalámbricas dependen de las ondas electromagnéticas para transmitir información a distancias.

Imágenes por resonancia magnética (IRM)

Los campos magnéticos se utilizan en técnicas de imagen médica como la IRM. Esta técnica crea imágenes detalladas de órganos y tejidos dentro del cuerpo utilizando potentes imanes y ondas de radio.

Conclusión

La electricidad y el magnetismo están entrelazados y son fundamentales para la vida moderna. Desde alimentar hogares y dispositivos hasta facilitar procesos tecnológicos complejos, comprender estos principios es vital. El estudio de la electricidad y el magnetismo proporciona un vistazo a las fuerzas invisibles que impulsan el mundo físico e inspira una mayor exploración científica.


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