Pregrado
  1. Mecánica clásica  1.1. dinámica  1.1.1. Movimiento en una dimensión  1.1.2. Movimiento en dos dimensiones  1.1.3. projectile motion  1.1.4. Velocidad relativa  1.1.5. Movimiento circular uniforme  1.1.6. Movimiento circular no uniforme  1.1.7. Sistemas de referencia y transformaciones  1.2. Newton's Laws of Motion  1.2.1. Primera ley del movimiento  1.2.2. Segunda ley del movimiento  1.2.3. Tercera Ley del Movimiento  1.2.4. Aplicaciones de las leyes de Newton  1.2.5. Fricción y sus tipos  1.2.6. Diagrama de Cuerpo Libre  1.2.7. Restricciones y pseudo-fuerzas  1.3. Trabajo y energía  1.3.1. Trabajo realizado por la fuerza  1.3.2. Teorema trabajo-energía  1.3.3. Energía cinética  1.3.4. Energía potencial en la mecánica clásica  1.3.5. Fuerzas conservativas y no conservativas  1.3.6. Conservación de la Energía  1.3.7. Poder y eficiencia  1.4. Velocidad y colisiones  1.4.1. Momento lineal  1.4.2. Conservación del momento  1.4.3. Impulso y fuerza de impacto  1.4.4. Colisión elástica e inelástica  1.4.5. Centro de masa y velocidad  1.4.6. Propulsión de Cohetes  1.5. Movimiento rotacional  1.5.1. Torque y Momento Angular  1.5.2. Momento de inercia  1.5.3. Cinemática Rotacional  1.5.4. Energía Rotacional  1.5.5. Movimiento de rodadura  1.5.6. Precesión y movimiento giroscópico  1.6. Fuerza gravitacional  1.6.1. La ley de la gravitación universal de Newton  1.6.2. Energía potencial gravitatoria  1.6.3. Mecánica orbital  1.6.4. Leyes del movimiento planetario de Kepler  1.6.5. Campo y potencial gravitatorio  1.7. Mecánica de fluidos  1.7.1. Presión y el Principio de Pascal  1.7.2. Flotabilidad y el principio de Arquímedes  1.7.3. Dinámica de Fluidos y el Principio de Bernoulli  1.7.4. Viscosidad y la ley de Poiseuille  1.7.5. Tensión superficial y capilaridad  1.8. Oscilaciones y ondas  1.8.1. Movimiento Armónico Simple  1.8.2. Oscilaciones amortiguadas y forzadas  1.8.3. Oscilaciones acopladas y modos comunes  1.8.4. Propiedades y tipos de ondas  1.8.5. Ondas Sonoras y el Efecto Doppler  1.8.6. Interferencia de ondas y superposición
  2. Electromagnetismo  2.1. Electrostática  2.1.1. Carga eléctrica y propiedades  2.1.2. Ley de Coulomb  2.1.3. Electric field and electric potential  2.1.4. La Ley de Gauss  2.1.5. Capacitancia y Dieléctrico  2.1.6. Dipolo eléctrico y energía potencial  2.2. Circuitos eléctricos  2.2.1. Corriente y Resistencia  2.2.2. Ley de Ohm  2.2.3. Leyes de Kirchhoff  2.2.4. Circuito RC  2.2.5. Circuitos de CA y Reactancia  2.2.6. Electricidad y energía eléctrica  2.3. Magnetismo  2.3.1. Campos y Fuerzas Magnéticas  2.3.2. La Ley de Ampere  2.3.3. Momento dipolar magnético  2.3.4. Ley de Biot-Savart  2.3.5. Materiales Magnéticos y Histeresis  2.4. Inducción electromagnética  2.4.1. Ley de Faraday  2.4.2. La ley de Lenz  2.4.3. Autoinducción y mutua inducción  2.4.4. Transformadores y Circuitos Inductivos  2.5. Ecuaciones de Maxwell  2.5.1. La ley de Gauss para la electricidad  2.5.2. Ley de Gauss para el magnetismo  2.5.3. La ley de inducción de Faraday  2.5.4. Ley de Ampere-Maxwell  2.5.5. Ondas electromagnéticas
  3. Termodinámica  3.1. Leyes de la Termodinámica  3.1.1. Ley cero de la termodinámica  3.1.2. Primera ley de la termodinámica  3.1.3. Segunda Ley  3.1.4. Tercera Ley  3.2. Calor y trabajo  3.2.1. Transferencia de calor (conducción, convección, radiación)  3.2.2. Expansión térmica  3.2.3. Motores térmicos y refrigeradores  3.2.4. Ciclo de Carnot y eficiencia  3.3. Mecánica estadística  3.3.1. Distribución de Maxwell–Boltzmann  3.3.2. Entropía y Probabilidad  3.3.3. Función de partición  3.3.4. Estadísticas de Fermi–Dirac y Bose–Einstein
  4. Óptica  4.1. Óptica Geométrica  4.1.1. Reflexión y refracción  4.1.2. Espejos y lentes  4.1.3. Instrumentos Ópticos  4.1.4. El principio de Fermat  4.2. Óptica de ondas  4.2.1. Interferencia en la óptica de ondas  4.2.2. Difracción  4.2.3. Polarización  4.2.4. Coherencia y holografía
  5. Mecánica cuántica  5.1. Dualidad onda-partícula  5.1.1. Radiación de cuerpo negro en la dualidad onda-partícula en la mecánica cuántica  5.1.2. Efecto fotoeléctrico  5.1.3. Dispersión Compton  5.1.4. Longitud de onda de De Broglie  5.2. Ecuación de Schrödinger  5.2.1. Ecuación de Schrödinger independiente del tiempo  5.2.2. Partícula en una caja  5.2.3. Efecto túnel cuántico  5.2.4. Pozos de potencial y obstáculos  5.3. Estados Cuánticos  5.3.1. Función de onda  5.3.2. Operadores cuánticos  5.3.3. Principio de incertidumbre de Heisenberg  5.3.4. Momento angular y espín
  6. Relatividad  6.1. Relatividad especial  6.1.1. Transformaciones de Lorentz  6.1.2. Expansión del tiempo y contracción de la longitud  6.1.3. Energía y momento relativista  6.2. Relatividad general  6.2.1. Principio de Equivalencia  6.2.2. Métrica de Schwarzschild  6.2.3. Ondas gravitacionales  6.2.4. Agujeros negros y horizontes de eventos
  7. Física del estado sólido  7.1. Estructura cristalina  7.1.1. Redes de Bravais  7.1.2. Difracción de rayos X  7.1.3. Teoría de bandas  7.1.4. Fonones y vibraciones de red  7.2. Propiedades Eléctricas y Magnéticas  7.2.1. Conductores, Semiconductores e Aislantes  7.2.2. Superconductividad  7.2.3. Efecto Hall
  8. Física nuclear y de partículas  8.1. Estructura Atómica  8.1.1. Modelo Atómico  8.1.2. Energía de enlace nuclear  8.2. Radiactividad  8.2.1. Desintegración alfa, beta, gamma  8.2.2. Vida media  8.2.3. Fisión y Fusión Nuclear  8.3. Física de partículas  8.3.1. Modelo Estándar  8.3.2. Quarks y Leptones  8.3.3. antimateria  8.3.4. Interacciones fundamentales
  9. Astrofísica y cosmología  9.1. Evolución estelar  9.1.1. Formación estelar  9.1.2. Agujeros negros y estrellas de neutrones  9.1.3. Enanas blancas y supernovas  9.2. Cosmología  9.2.1. La Teoría del Big Bang  9.2.2. Materia oscura y energía oscura  9.2.3. Fondo cósmico de microondas

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Circuitos eléctricos


Los circuitos eléctricos son uno de los bloques fundamentales en el estudio del electromagnetismo y la ingeniería eléctrica. Comprender los circuitos eléctricos es esencial para desarrollar una sólida comprensión de cómo se puede utilizar la electricidad para alimentar nuestros hogares, electrodomésticos y tecnologías. Esta explicación integral tiene como objetivo delinear los conceptos básicos, componentes y principios que subyacen a los circuitos eléctricos de manera sencilla.

¿Qué es un circuito eléctrico?

Un circuito eléctrico es un bucle o trayecto cerrado que permite el flujo de carga eléctrica. Generalmente incluye una fuente de energía, varios componentes eléctricos como baterías, resistencias, condensadores e inductores, y los cables o trazas en una placa de circuito que los conectan. El flujo de carga eléctrica se llama corriente eléctrica, y esta corriente es impulsada por la diferencia de potencial o voltaje suministrado por la fuente de energía.

Componentes básicos de un circuito eléctrico

  • Fuente de energía: La fuente de energía, como una batería o generador, proporciona la fuerza electromotriz (fem) necesaria para empujar electrones a través del circuito.
  • Conductor: Cable o hebras hechas de materiales conductores, como cobre, que transportan cargas eléctricas a través de un circuito.
  • Carga: Dispositivos o componentes que utilizan electricidad, como luces, motores o altavoces. Convierten energía eléctrica en otras formas de energía.
  • Interruptor: Un dispositivo que puede abrir o cerrar un circuito, permitiendo o deteniendo el flujo de electricidad.
  • Resistencias: Componentes que resisten el flujo de corriente eléctrica, utilizados para controlar el flujo de corriente en un circuito.

Ley de Ohm

Uno de los principios fundamentales que rigen los circuitos eléctricos es la Ley de Ohm. La Ley de Ohm presenta la relación entre voltaje (V), corriente (I) y resistencia (R) en un circuito eléctrico.

V = I * R

Donde:

  • V es el voltaje en el circuito en voltios (V).
  • I es la corriente que fluye en el circuito en amperios (A).
  • R es la resistencia del circuito en ohmios (Ω).

La ley de Ohm muestra que para una resistencia constante, la corriente que fluye a través de un circuito es directamente proporcional al voltaje aplicado a través de él. Esta ley ayuda a analizar circuitos y diseñarlos para que funcionen eficazmente.

Ejemplo visual: Ley de Ohm

V R I

En el ejemplo visual anterior, se muestra un circuito simple con voltaje (V), corriente (I) y resistencia (R) en conexiones en serie.

Tipos de circuitos eléctricos

Los circuitos eléctricos pueden construirse en diferentes configuraciones, según cómo se conecten los componentes. Los dos tipos principales son los circuitos en serie y los circuitos en paralelo.

Circuito en serie

En un circuito en serie, los componentes están conectados uno tras otro en una sola ruta para que la corriente los siga. Si alguna parte del circuito se rompe, todo el circuito deja de funcionar. La resistencia total en un circuito en serie es la suma de las resistencias individuales:

Rtotal = R1 + R2 + R3 + ...

El voltaje en todo el circuito en serie es la suma de los voltajes en cada componente, y la corriente que fluye a través de cada componente es la misma.

Ejemplo visual: Circuito en serie

Esta figura muestra un circuito en serie con dos resistencias conectadas una tras otra.

Circuito en paralelo

En los circuitos en paralelo, los componentes están conectados en los mismos dos puntos, proporcionando múltiples caminos para que la corriente fluya. A diferencia de los circuitos en serie, si un camino se rompe, la corriente aún puede fluir a través de los otros caminos. La inversa de la resistencia total en un circuito en paralelo es la suma de las inversas de las resistencias individuales:

1/Rtotal = 1/R1 + 1/R2 + 1/R3 + ...

En un circuito en paralelo, el voltaje en cada componente es el mismo, mientras que la corriente total es la suma de las corrientes a través de cada camino.

Ejemplo visual: Circuito en paralelo

Este diagrama muestra un circuito en paralelo con resistencias conectadas en dos puntos, provocando que el flujo de corriente se divida.

Circuitos complejos

Los circuitos complejos involucran una combinación de conexiones en serie y en paralelo. Analizar dichos circuitos a menudo requiere descomponerlos en partes más simples y aplicar la Ley de Ohm y las leyes de circuitos en serie y en paralelo.

Leyes de Kirchhoff

Para los circuitos más complejos, utilizamos las leyes de los circuitos de Kirchhoff, que son dos reglas sobre el comportamiento de las corrientes y voltajes alrededor de un bucle cerrado de circuitos.

Ley de corrientes de Kirchhoff (KCL)

La ley de corrientes de Kirchhoff establece que la corriente total que entra a una unión o nodo es igual a la corriente total que sale de ese nodo.

ΣIin = ΣIout

Esta ley refleja la conservación de la carga, afirmando que lo que entra debe salir.

Ley de voltajes de Kirchhoff (KVL)

La ley de voltajes de Kirchhoff establece que la suma de las diferencias de potencial eléctrico (voltajes) alrededor de un bucle o malla cerrada en un circuito es cero.

ΣV = 0

Este principio representa la conservación de la energía y asegura que toda la energía suministrada a un circuito sea utilizada por los componentes dentro del bucle.

Aplicaciones de los circuitos eléctricos

Los circuitos eléctricos allanan el camino para una amplia gama de aplicaciones que son partes fundamentales de la tecnología moderna. Los efectos de los circuitos eléctricos se extienden a través de una variedad de aplicaciones, desde circuitos de bombillas simples hasta placas base complejas en computadoras.

Circuito de iluminación

La aplicación más común de los circuitos eléctricos es en los sistemas de iluminación donde se utilizan circuitos para alimentar bombillas. Se adoptan tanto configuraciones en serie como en paralelo para cablear estos sistemas según el resultado deseado en términos de fiabilidad y control.

Procesamiento de señales

Los circuitos electrónicos son fundamentales para el procesamiento de señales, que se utiliza en radio, televisión y comunicaciones móviles. Los circuitos en estos dispositivos amplifican, modulan y procesan señales para una comunicación efectiva.

Sistemas de suministro de energía

Los circuitos eléctricos se utilizan en sistemas de suministro de energía para asegurar la distribución y regulación adecuadas de energía eléctrica en varios sectores e industrias. Estos circuitos deben ser eficientes para minimizar la pérdida de energía durante la transmisión.

Problemas comunes y soluciones

Al trabajar con circuitos eléctricos, se pueden encontrar varios problemas comunes, como cortocircuitos, circuitos abiertos y conexiones incorrectas. Aprender a solucionar estos problemas es importante para mantener y reparar circuitos.

Cortocircuito

Un cortocircuito ocurre cuando un camino de baja resistencia permite que fluya corriente excesiva, potencialmente dañando componentes y creando un riesgo de incendio. Los cortocircuitos pueden ser causados por conexiones defectuosas o cables dañados. Las soluciones incluyen inspeccionar las conexiones y reemplazar las piezas defectuosas.

Circuito abierto

Un circuito abierto ocurre cuando el flujo de corriente a través de un camino roto se detiene, haciendo que el circuito no funcione. Esto puede ser causado por una conexión rota o la falla de un componente. Identificar y reparar conexiones rotas o reemplazar componentes fallidos restaurará la funcionalidad.

Conexión incorrecta

Las conexiones incorrectas pueden causar que los componentes se integren incorrectamente en un circuito, causando un comportamiento inesperado o daños. Verificar el diseño del circuito contra los esquemas asegura la corrección en las conexiones.

Conclusión

El estudio de los circuitos eléctricos es un aspecto fundamental de la física y la ingeniería, proporcionando comprensión y habilidades críticas para avanzar en tecnología y aplicaciones eléctricas. Desde componentes simples como resistencias y condensadores hasta diseño y análisis de circuitos complejos utilizando las leyes de Ohm y Kirchhoff, dominar los circuitos eléctricos abre la puerta a innumerables aplicaciones innovadoras y avances. A través de la exploración continua y la aplicación práctica, los principios de los circuitos eléctricos seguirán impulsando nuestro mundo hacia adelante.


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