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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Circuitos Integrados y Aplicaciones


Los circuitos integrados (CI) juegan un papel vital en la electrónica moderna. Forman la columna vertebral de las computadoras y equipos de comunicaciones. Un circuito integrado es un dispositivo electrónico basado en silicio que contiene muchos componentes pequeños, como transistores, resistencias y condensadores, todos conectados entre sí en un pequeño chip.

¿Qué son los circuitos integrados?

Los circuitos integrados, en términos simples, son versiones miniaturizadas de circuitos electrónicos. Estos circuitos están integrados en un pequeño chip de silicio, que trabajan colectivamente para realizar funciones complejas. El chip de silicio se llama sustrato.

El CI fue un paso revolucionario en el campo de la electrónica ya que condujo a la miniaturización de circuitos y por lo tanto de dispositivos. Los circuitos integrados varían en complejidad, desde CI simples con unos pocos transistores hasta sistemas complejos con millones de transistores.

Ejemplo visual: CI básico

A continuación se muestra un ejemplo visual simple de un diseño de circuito integrado:

En esta representación simple, cada círculo representa un elemento básico, como un transistor o una resistencia, y las líneas que los conectan simulan conexiones, similares a los cables en una placa de circuitos.

Historia y desarrollo

El concepto del circuito integrado fue propuesto por primera vez por Jeffrey W.A. Dummer en 1952. Sin embargo, no fue hasta 1958 que Jack Kilby de Texas Instruments demostró el primer CI funcional. Independientemente, Robert Noyce también desarrolló su propia versión del CI en Fairchild Semiconductor en 1959. Estos desarrollos allanaron el camino para la microelectrónica moderna.

A lo largo de los años, los avances en la tecnología de CI han seguido la Ley de Moore, que establece que el número de transistores en un CI se duplica aproximadamente cada dos años. Este crecimiento exponencial contribuye al aumento de la potencia y la disminución de costos de los dispositivos electrónicos.

Tipos de circuitos integrados

Los circuitos integrados pueden clasificarse en diferentes tipos según su aplicación, complejidad y estructura. Aquí están los tipos principales:

1. CI analógicos

Los CI analógicos procesan señales continuas. Se utilizan en amplificadores, osciladores y temporizadores. Por ejemplo, un CI amplificador amplifica las señales de entrada.

2. CI digitales

Los CI digitales gestionan datos binarios (unos y ceros). Son importantes en microprocesadores, chips de memoria y chips lógicos. El microprocesador, parte de la CPU de una computadora, es un CI digital complejo.

3. CI de señal mixta

Los CI de señal mixta combinan funciones digitales y analógicas en un solo chip. Juegan un papel importante en equipos de comunicaciones donde se necesitan ambos tipos de señales.

Aplicaciones de los circuitos integrados

Hoy en día, los circuitos integrados están presentes en casi todos los dispositivos electrónicos. Sus aplicaciones se extienden a través de diversos campos:

1. Electrónica de consumo

Ya sea un teléfono inteligente, un televisor o una computadora personal, los CI desempeñan un papel vital. Garantizan que estos dispositivos sean compactos, confiables y eficientes en energía.

2. Sistemas circulatorios

En comunicaciones, los CI se utilizan en teléfonos celulares, transmisión de radio y sistemas satelitales. Ayudan a gestionar la transmisión y procesamiento de datos.

3. Electrónica automotriz

Los circuitos integrados se emplean en sistemas de automóviles como GPS, airbags y sistemas de gestión del motor, haciendo que los automóviles sean más seguros e inteligentes.

4. Equipos de atención médica

En salud, los CI se utilizan en dispositivos médicos como máquinas de resonancia magnética, marcapasos y dispositivos de ultrasonido, asegurando precisión y confiabilidad.

Principio de funcionamiento del circuito integrado

Para entender cómo funcionan los CI, consideremos sus componentes básicos y aprendamos cómo interactúan. El componente básico de un CI es el transistor, que actúa como un interruptor que controla el flujo de corriente eléctrica.

Los CI funcionan integrando estos transistores con condensadores y resistencias, todos conectados entre sí por caminos de metal diminutos y precisos, permitiendo que las señales eléctricas viajen entre ellos.

Ejemplo de una ecuación de circuito simple usando la ley de Ohm:
    V = I * R
    Donde:
    V – voltaje a través de la resistencia,
    I – corriente que fluye a través de la resistencia,
    R – valor de la resistencia.

Los CI funcionan principalmente en este principio, donde el control preciso del voltaje y la corriente es clave para operaciones complejas. Los CI digitales funcionan utilizando puertas lógicas que interpretan datos binarios, mientras que los CI analógicos se centran en la modulación de señales continuas.

Ventajas de los circuitos integrados

Los circuitos integrados ofrecen varias ventajas sobre los circuitos discretos convencionales:

  • Miniaturización: Los CI caben todo el circuito en un pequeño chip, ahorrando mucho espacio.
  • Eficiencia de costos: La producción en masa de CI reduce significativamente el costo por dispositivo.
  • Rendimiento: Los circuitos integrados proporcionan un rendimiento de alta velocidad debido a las distancias más cortas que recorren las señales eléctricas.
  • Confiabilidad: Hay menos puntos de fallo potencial debido a menos conexiones en un CI.

Desafíos y limitaciones

A pesar de sus ventajas, los CI también tienen algunos desafíos:

  • Disipación de calor: Los CI de alta densidad pueden generar mucho calor, lo que, si no se gestiona, puede llevar al fallo.
  • Diseño complejo: Diseñar CI requiere equipos sofisticados y experiencia.
  • Reparabilidad: Si un CI falla, a menudo es más fácil reemplazar todo el chip que repararlo.

El futuro de los circuitos integrados

El futuro de los circuitos integrados se ve prometedor con la llegada de la nanotecnología y técnicas avanzadas de fabricación. Desarrollos como la computación cuántica y las aplicaciones de inteligencia artificial están llevando al límite lo que los CI pueden lograr.

Resumen

Los circuitos integrados son la piedra angular de la electrónica moderna, proporcionando la capacidad de realizar cálculos complejos y procesar una variedad de señales en formatos compactos. Han transformado la tecnología, facilitando las comunicaciones, el entretenimiento e incluso dispositivos que salvan vidas. Comprender los CI es importante para cualquiera interesado en la electrónica y las comunicaciones.


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