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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Campos y Fuerzas Magnéticas


El magnetismo es una parte fascinante de la física que desempeña un papel vital en nuestra vida diaria. Encontramos varios aspectos del magnetismo en muchas aplicaciones basadas en tecnología, como motores, generadores, almacenamiento magnético y más. Comprender los principios de los campos y fuerzas magnéticas puede ayudarte a apreciar el poder y potencial de este fenómeno.

Introducción al Magnetismo

El magnetismo es un aspecto fundamental del electromagnetismo, una de las cuatro fuerzas fundamentales de la naturaleza. En su núcleo, el magnetismo surge del movimiento de cargas eléctricas. Todos los materiales exhiben alguna forma de comportamiento magnético, pero se ve más comúnmente en materiales ferromagnéticos como el hierro, el cobalto y el níquel.

Campo Magnético

Un campo magnético es una región en el espacio donde se puede detectar la fuerza magnética. Es creado por cargas eléctricas en movimiento, como en un cable con corriente, o por los momentos magnéticos intrínsecos de partículas elementales asociados con una propiedad cuántica fundamental llamada espín. El símbolo B se usa para representar campos magnéticos, y se miden en teslas (T).

Dirección del campo B

La dirección del campo magnético en cualquier punto es la dirección en la que se movería el monopolo norte si se colocara en ese punto. Desafortunadamente, los monopolos magnéticos no son objetos aislados, sino que sirven como una excelente herramienta conceptual para entender los campos.

Visualización del campo magnético

Los campos magnéticos pueden visualizarse utilizando las líneas de campo magnético. Estas líneas imaginarias fluyen desde el polo norte de un imán hacia el polo sur. Nunca se cruzan entre sí, y cuanto más densas son las líneas, más fuerte es el campo magnético.

N S

Fuerza Magnética

La fuerza magnética es la fuerza experimentada en un campo magnético. Aparece en dos formas principales:

  1. La fuerza que actúa sobre una carga en movimiento en un campo magnético.
  2. La fuerza entre dos cables que transportan corriente.

Fuerza sobre una carga en movimiento

Cuando una partícula cargada pasa a través de un campo magnético, experimenta una fuerza llamada fuerza de Lorentz. La magnitud de la fuerza se determina mediante la siguiente ecuación:

F = q(v × B)

Donde:

  • F es la fuerza magnética en newtons (N).
  • q es la carga en coulombs (C).
  • v es la velocidad de la carga en metros por segundo (m/s).
  • B es la intensidad del campo magnético en teslas (T).
  • × denota el producto vectorial cruzado.
V B Why

La fuerza de Lorentz es perpendicular tanto a la velocidad de la carga como al campo magnético externo. Debido a esta relación perpendicular, las fuerzas magnéticas no realizan trabajo sobre las partículas cargadas, y por lo tanto no pueden cambiar la energía cinética de las partículas, solo su dirección.

Un ejemplo práctico son las partículas cargadas en aceleradores de ciclones, donde se logran altas velocidades cuando las partículas se mueven en trayectorias circulares bajo campos magnéticos extremadamente fuertes.

Fuerza entre cables que transportan corriente

Dos cables paralelos que transportan corriente ejercerán una fuerza magnética entre sí. La dirección de la fuerza depende de la dirección de la corriente en los cables:

  • Si las corrientes están en la misma dirección, los cables se atraen entre sí.
  • Si las corrientes fluyen en direcciones opuestas, los cables se repelen entre sí.

La fuerza por unidad de longitud entre dos cables paralelos está dada por:

F/L = (μ0 /2π) × (I1 I2 /d)

Donde:

  • F/L es la fuerza por unidad de longitud en newtons por metro (N/m).
  • μ0 es la permeabilidad del espacio libre, aproximadamente 4π × 10-7 T·m/A.
  • I1 y I2 son corrientes en amperios (A).
  • d es la distancia entre los cables en metros.
I1 I2 D

Este principio forma la base para definir la unidad de corriente eléctrica, el amperio.

Conclusión

Comprender los campos y fuerzas magnéticas es esencial para entender los fenómenos electromagnéticos y sus aplicaciones en la tecnología. Desde determinar las trayectorias de partículas cargadas hasta predecir las interacciones entre cables que transportan corriente, el estudio del magnetismo es rico en conceptos y aplicaciones que se extienden tanto a la física teórica como a la ingeniería práctica. A través de la exploración de campos y fuerzas magnéticas, obtenemos una idea de una de las fuerzas más intrigantes del mundo natural, lo que lleva a innovaciones que dan forma a nuestro panorama tecnológico.

Dominando este tema, sentará las bases para un estudio profundo de los principios electromagnéticos y su implementación práctica, e inspirará la próxima ola de avances en investigación científica y diseño de ingeniería.


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Campos y Fuerzas Magnéticas

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