Grado 12
  1. Mecánica avanzada  1.1. Dinámica  1.1.1. Movimiento en dos y tres dimensiones  1.1.2. Ecuaciones avanzadas de movimiento y alcance de proyectiles  1.1.3. Movimiento relativo en diferentes marcos de referencia  1.1.4. Movimiento de partículas cargadas en campos eléctricos y magnéticos  1.1.5. Movimiento no uniformemente acelerado en múltiples dimensiones  1.2. Dinámica  1.2.1. Leyes de Newton y aplicaciones en marcos no inerciales  1.2.2. Dinámica de sistemas de partículas  1.2.3. Fuerzas no conservativas y disipación de energía  1.2.4. Momento en sistemas de masa variable (momento del cohete)  1.2.5. Mecánica Lagrangiana y Hamiltoniana (Introducción)  1.3. Trabajo, Energía y Potencia  1.3.1. Trabajo realizado por fuerzas no conservativas  1.3.2. Potencia en movimiento rotacional y traslacional  1.3.3. Leyes de Conservación Avanzadas y Aplicaciones  1.3.4. Superficie de energía potencial y estabilidad  1.4. Velocidad de rotación avanzada  1.4.1. Torque en tres dimensiones  1.4.2. Momento de inercia para cuerpos irregulares  1.4.3. Movimiento giroscópico y precesión  1.4.4. Teorema del trabajo-energía rotacional  1.4.5. Ecuaciones de Euler del movimiento rotacional  1.5. Fuerza gravitacional  1.5.1. Advanced Orbital Mechanics  1.5.2. Puntos de Lagrange y estabilidad de órbitas  1.5.3. Dilatación gravitacional del tiempo  1.5.4. Velocidad de escape y consideraciones energéticas  1.5.5. Fuerza de marea y el límite de Roche
  2. Mecánica de fluidos y termodinámica  2.1. Dinámica de fluidos  2.1.1. Aplicaciones del Principio de Bernoulli  2.1.2. Ecuaciones de Navier-Stokes y resistencia de fluidos  2.1.3. Flujo Turbulento vs. Laminar  2.1.4. Tensión superficial y acción capilar  2.2. Física Térmica Avanzada  2.2.1. Equilibrio termodinámico y motores térmicos  2.2.2. Entropía y la Segunda Ley de la Termodinámica  2.2.3. El demonio de Maxwell y la termodinámica estadística  2.2.4. Potencial termodinámico y energía libre
  3. Oscilaciones y ondas  3.1. Movimiento Armónico Simple Avanzado  3.1.1. Oscilaciones acopladas y modos normales  3.1.2. Oscilaciones amortiguadas y forzadas  3.1.3. Espacio de fase y resonancia  3.1.4. Oscilaciones anharmónicas  3.2. Movimiento ondulatorio  3.2.1. Ecuaciones de ondas avanzadas y dispersión  3.2.2. Ondas de Choque y Estallidos Sónicos  3.2.3. Efecto Doppler en ondas electromagnéticas  3.2.4. Dualidad onda–partícula
  4. Electromagnetismo  4.1. Electrostática  4.1.1. La ley de Gauss en la distribución de carga unilateral  4.1.2. Potencial eléctrico para configuración de carga compleja  4.1.3. Energía electrostática y autoenergía de un sistema  4.1.4. Dielectrics y Polarización  4.2. Electricidad Actual  4.2.1. Análisis avanzado de circuitos (teoremas de Thevenin y Norton)  4.2.2. Circuitos RC, RL y RLC en CA y CC  4.2.3. Superconductividad y aplicaciones  4.3. Magnetismo avanzado e inducción electromagnética  4.3.1. Campos magnéticos en conductores y plasma  4.3.2. La ley de Lenz en campos magnéticos dependientes del tiempo  4.3.3. Corrientes Parásitas y Aplicaciones  4.3.4. Momento de dipolo magnético y torque en bucles de corriente eléctrica  4.4. Corriente Alterna y Ondas Electromagnéticas  4.4.1. Circuitos LC y resonancia  4.4.2. Las ecuaciones de Maxwell y la transmisión de ondas electromagnéticas  4.4.3. Aplicaciones de las ondas electromagnéticas  4.4.4. Polarización y reflexión de ondas electromagnéticas
  5. Óptica  5.1. Óptica Geométrica  5.1.1. Aberraciones en sistemas ópticos  5.1.2. Fórmulas avanzadas de lentes y espejos  5.1.3. Instrumentos ópticos y óptica adaptativa  5.2. Óptica de ondas  5.2.1. Difracción en rendijas simples y múltiples  5.2.2. Coherencia Óptica e Interferometría  5.2.3. Holografía y aplicaciones
  6. Física moderna y cuántica  6.1. Relatividad especial  6.1.1. Dilatación del tiempo y contracción de la longitud  6.1.2. Energía y masa relativista  6.1.3. Efecto Doppler relativista  6.2. Mecánica cuántica  6.2.1. Ecuación de Schrödinger y función de onda  6.2.2. Túnel cuántico y aplicaciones  6.2.3. Principio de incertidumbre de Heisenberg  6.2.4. Superposición cuántica y entrelazamiento  6.3. Física nuclear  6.3.1. Energía de enlace y defecto de masa  6.3.2. Física de neutrinos y decaimiento beta  6.3.3. Fisión y Fusión Nuclear  6.4. Física de partículas  6.4.1. Modelo Estándar e interacciones fundamentales  6.4.2. El bosón de Higgs y la ruptura de simetría  6.4.3. Antimateria y violación de CP
  7. Astrofísica y cosmología  7.1. Relatividad general y gravedad  7.1.1. Ecuaciones de campo de Einstein  7.1.2. Ondas gravitacionales y su detección  7.1.3. Agujeros negros y horizontes de eventos  7.2. Cosmología  7.2.1. Materia oscura y energía oscura  7.2.2. Radiación de fondo cósmico de microondas  7.2.3. La expansión del universo y la ley de Hubble

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Electromagnetismo


El electromagnetismo es una de las fuerzas fundamentales de la naturaleza y es responsable de la interacción entre partículas cargadas. Combina los dos efectos de la electricidad y el magnetismo en un solo fenómeno. Comprender el electromagnetismo implica entender cómo las cargas eléctricas crean campos eléctricos y cómo las corrientes eléctricas producen campos magnéticos.

Conceptos básicos de la carga eléctrica

La carga eléctrica es una propiedad fundamental de los electrones, protones y otras partículas subatómicas. Hay dos tipos de carga: positiva y negativa. La interacción entre estas cargas se rige por las siguientes reglas:

  • Las cargas iguales se repelen entre sí.
  • Las cargas opuestas se atraen entre sí.

La unidad de carga es el culombio (C), y la carga de un electrón es aproximadamente -1,6 × 10-19 C.

Campo eléctrico y fuerza eléctrica

El campo eléctrico es la región alrededor de un objeto cargado donde otros objetos cargados experimentan una fuerza. La intensidad de este campo se mide en voltios por metro (V/m). El campo eléctrico E debido a una carga puntual Q se puede calcular usando la ley de Coulomb:

    E = K * (|Q| / R2)

Donde:

  • k es la constante de Coulomb, aproximadamente 8,99 × 109 N m2/C2
  • r es la distancia desde la carga
Por qué

Las líneas de campo eléctrico se irradian hacia afuera desde una carga positiva y hacia adentro hacia una carga negativa.

Potencial eléctrico y voltaje

El potencial eléctrico, medido en voltios (V), es la energía requerida para mover una carga unitaria desde un punto de referencia a un punto específico dentro del campo sin aceleración. El voltaje es la diferencia de potencial eléctrico entre dos puntos. La relación entre el campo eléctrico y la diferencia de potencial se da como:

    V = E * D

Donde:

  • V es la diferencia de potencial
  • E es la intensidad del campo eléctrico
  • d es la distancia entre los puntos

Magnetismo y campos magnéticos

El magnetismo surge del movimiento de cargas eléctricas. El campo magnético es un campo vectorial que describe el efecto magnético sobre cargas eléctricas en movimiento, corrientes eléctricas y materiales magnéticos. El símbolo B generalmente lo representa, y la unidad de medida es el Tesla (T).

Un simple imán o un cable con corriente pueden demostrar la presencia de un campo magnético. Puedes visualizar el campo magnético con líneas imaginarias. Aquí, las líneas emergen del polo norte del imán y vuelven a entrar por el polo sur, como se muestra a continuación:

S N

Aquí las líneas rojas representan las líneas de campo magnético alrededor de un imán de barra.

Inducción electromagnética

La inducción electromagnética es el proceso mediante el cual un campo magnético cambiante dentro de una bobina de alambre induce un voltaje en los extremos de la bobina. Es el principio básico detrás de muchos generadores eléctricos y transformadores. La ley de inducción de Faraday describe este proceso cuantitativamente:

    ε = -n * (dΦ/dt)

Donde:

  • ε es la fuerza electromotriz inducida (FEM)
  • N es el número de vueltas de la bobina
  • dΦ/dt es la tasa de cambio del flujo magnético

Corriente alterna y generadores

Los generadores convierten la energía mecánica en energía eléctrica utilizando el principio de inducción electromagnética. En un generador de corriente alterna (AC), la bobina gira en un campo magnético, haciendo que el flujo magnético a través de la bobina cambie, produciendo un voltaje alterno.

Un voltaje de CA simple se puede describir por la ecuación:

    v(t) = v₀ * sin(ωt + φ)

Donde:

  • V(t) es el voltaje en el tiempo t
  • V₀ es el voltaje pico
  • ω es la frecuencia angular
  • φ es el ángulo de fase

Ondas electromagnéticas

Las ondas electromagnéticas son ondas de campos eléctricos y magnéticos que viajan por el espacio. Estas ondas no requieren un medio y pueden viajar a través del vacío. La luz, las ondas de radio, los rayos X y las microondas son ejemplos de ondas electromagnéticas. Viajan a la velocidad de la luz (c ≈ 3 × 108 m/s) y se pueden describir por la ecuación de onda:

    c = λ * f

Donde:

  • λ es la longitud de onda
  • f es la frecuencia

El espectro electromagnético clasifica las ondas electromagnéticas en función de sus longitudes de onda o frecuencias. Va desde ondas de radio de longitud de onda larga hasta rayos gamma de longitud de onda corta.

La figura a continuación muestra la relación entre los campos eléctricos y magnéticos en una onda electromagnética:

l

La línea azul representa el campo eléctrico, y la línea roja representa el campo magnético, ambos campos oscilando perpendicularmente entre sí y a la dirección de propagación de la onda.

Aplicaciones del electromagnetismo

El electromagnetismo tiene amplias aplicaciones en la tecnología moderna:

  • Motores eléctricos: utilizan campos magnéticos producidos por corrientes eléctricas para convertir energía eléctrica en movimiento mecánico.
  • Transformadores: utilizan la inducción electromagnética para transferir energía eléctrica entre circuitos, generalmente cambiando los niveles de voltaje.
  • Comunicaciones: Las ondas de radio, un tipo de onda electromagnética, se usan en transmisión, teléfonos móviles y redes inalámbricas.
  • Imagen médica: Tecnologías como la resonancia magnética (RM) utilizan campos electromagnéticos para crear imágenes del interior del cuerpo humano.

Conclusión

El electromagnetismo es la base de la física, proporcionando una visión de cómo interactúan las partículas cargadas y formando la base de muchas de las tecnologías que definen la vida moderna. Al comprender los principios de los campos eléctricos y magnéticos, ondas electromagnéticas y las aplicaciones de estos principios, uno puede apreciar la profundidad y amplitud del impacto del electromagnetismo.


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