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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Magnetismo


El magnetismo es una fuerza fundamental de la naturaleza que forma parte integral de nuestro universo, desempeñando un papel vital en una variedad de procesos físicos y tecnologías. Es uno de los componentes del electromagnetismo, una de las cuatro fuerzas fundamentales de la naturaleza. A nivel de pregrado, comprender el magnetismo es esencial ya que combina conceptos que van desde la física clásica hasta ideas más modernas, incluida la mecánica cuántica y la relatividad. Nuestra exploración del magnetismo cubrirá varios aspectos, incluidos los campos magnéticos, las fuerzas debido a los campos magnéticos, las fuentes de campos magnéticos y las aplicaciones del magnetismo en la vida real.

Entendiendo los campos magnéticos

Un campo magnético es la región alrededor de un material magnético o una carga eléctrica en movimiento dentro de la cual actúa la fuerza del magnetismo. Es invisible pero se puede representar mediante un diagrama de líneas de campo magnético. La idea de un campo magnético ayudará a comprender cómo los imanes ejercen fuerza entre sí sin entrar en contacto directo.

La fuente más simple y sólida de un campo magnético es un imán de barra. Un imán de barra tiene un polo norte y un polo sur. Las líneas de campo magnético emergen del polo norte y entran desde el polo sur.

Polo Norte → -----> Polo Sur

En una representación más visual:


    
        
        N
        S

Estas líneas azules en la figura representan líneas de campo magnético. Observa que nunca se cruzan entre sí y forman bucles cerrados. En este caso, están fuera y alrededor del imán, lo que muestra cómo se aplican las fuerzas magnéticas.

Fuerza magnética

Las fuerzas magnéticas actúan cuando una partícula cargada se mueve en un campo magnético. La fuerza aplicada es perpendicular tanto a la dirección de la velocidad de la partícula como al campo magnético, lo cual se define por el producto cruz. La representación matemática de la fuerza experimentada por una partícula cargada, conocida como fuerza de Lorentz, está representada por:

F = q(v × B)
  • F es la fuerza magnética sobre la carga.
  • q es la carga eléctrica.
  • v es la velocidad de la carga.
  • B es el vector de campo magnético.

Considera el escenario de una carga positiva que se mueve paralela a un campo magnético. Según la fórmula, dado que el vector de velocidad v es paralelo a B, el producto cruz v × B se vuelve cero, indicando que no actúa fuerza magnética sobre la carga. Sin embargo, si la partícula se mueve perpendicularmente al campo, el escenario cambia:

F = qvB sin(θ)

donde θ es el ángulo entre la velocidad de la partícula y el campo magnético. Cuando θ = 90°, sin(90°) = 1, y la fuerza está en su valor máximo, qvB, actuando perpendicularmente tanto a v como a B.

Fuentes de campos magnéticos

Además de los imanes permanentes, los campos magnéticos pueden generarse mediante corrientes eléctricas. La relación entre electricidad y magnetismo se describe bellamente mediante la ley de Ampere, que establece que los campos magnéticos giran alrededor de las corrientes eléctricas. Matemáticamente, esto se representa como:

∮ B · dl = μ₀I
  • La parte izquierda es el integral del campo magnético B alrededor de la trayectoria cerrada (C).
  • dl denota un elemento infinitesimal de la trayectoria.
  • μ₀ es la permeabilidad del espacio libre.
  • I es la corriente delimitada por la trayectoria C.

Considera un hilo largo y recto que lleva una corriente I. Según la ley de Ampere, el campo magnético producido a una distancia r del hilo viene dado por:

B = (μ₀I) / (2πr)

Las líneas de campo forman círculos concéntricos alrededor del hilo, y su dirección sigue la regla de la mano derecha: si colocas tu pulgar derecho en la dirección de la corriente, tus dedos se doblan en la dirección del campo magnético.

El método de corriente en bucle para crear campos magnéticos se puede extender a bobinas o solenoides, donde una larga bobina de alambre con corriente produce un campo magnético aproximadamente uniforme dentro de la bobina y un campo complejo afuera.


    
        
        
        
        
        Corriente(I)

El campo magnético de la Tierra

Curiosamente, nuestro planeta Tierra actúa como un gigantesco imán cuyo campo magnético se extiende desde el Polo Norte hasta el Polo Sur. Este campo protege la Tierra de los vientos cósmicos y solares. La brújula funciona según el campo magnético de la Tierra, donde la aguja se alinea con los polos magnéticos norte y sur de la Tierra.

Aplicaciones del magnetismo

El magnetismo tiene muchas aplicaciones en la tecnología moderna. Aquí hay algunos ejemplos:

  • Almacenamiento magnético: Dispositivos como discos duros utilizan campos magnéticos para almacenar datos.
  • Motores eléctricos: utilizan fuerzas magnéticas para convertir energía eléctrica en energía mecánica.
  • Imágenes por resonancia magnética (IRM): Utilizadas en imágenes médicas para crear imágenes detalladas de los órganos y tejidos del cuerpo.
  • Transformadores: Confían en la inducción electromagnética para transferir energía entre circuitos.

En conclusión, el magnetismo no solo es un fenómeno fundamental sino también una herramienta versátil en tecnología e investigación. Es como un puente en física, que conduce a temas más avanzados y aplicaciones prácticas en muchos campos, incluyendo la ingeniería, la medicina y las comunicaciones.


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