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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Transformadores y Circuitos Inductivos


En la inducción electromagnética, el transformador es una de las aplicaciones más importantes. Un transformador es un dispositivo que utiliza los principios de la inducción electromagnética para transformar energía eléctrica de un circuito a otro. Esto implica cambiar los niveles de voltaje, lo que lo hace indispensable en los sistemas eléctricos, especialmente en la distribución de energía.

Principios básicos de los transformadores

Los transformadores funcionan sobre el principio de inducción mutua. Cuando una corriente alterna fluye a través de una bobina primaria, produce un campo magnético cambiante. Este campo magnético, a su vez, induce una fuerza electromotriz (FEM) en la bobina secundaria colocada cerca de ella. El voltaje inducido en la bobina secundaria puede determinarse por la ecuación:

V_s / V_p = N_s / N_p

Donde:

  • V_s = voltaje en la bobina secundaria
  • V_p = voltaje en la bobina primaria
  • N_s = número de vueltas en la bobina secundaria
  • N_p = número de vueltas en la bobina primaria

Esta ecuación muestra que el voltaje es directamente proporcional al número de vueltas. Si la bobina secundaria tiene más vueltas que la bobina primaria, el transformador es un transformador elevador. Por el contrario, si la bobina secundaria tiene menos vueltas, es un transformador reductor.

Visualización de transformadores

Bobina primaria Bobina secundaria núcleo

Este diagrama muestra la configuración básica de un transformador. Las líneas azules representan las bobinas, mientras que la línea roja representa el núcleo compartido hecho de material ferromagnético. Este núcleo transmite el campo magnético creado por la bobina primaria a la bobina secundaria.

Circuitos inductivos y sus componentes

Los circuitos inductivos son circuitos que incluyen inductores como un componente principal. Un inductor es un componente eléctrico pasivo de dos terminales que almacena energía en un campo magnético. La fórmula para la inductancia, que trata sobre cuán efectivamente se almacena la energía, es:

V = L * (di/dt)

Donde:

  • V es el voltaje a través del inductor
  • L es la inductancia, medida en henrios (H)
  • (di/dt) es la tasa de cambio de corriente a través del inductor

Visualización de un circuito simple de inductor

L

Este diagrama simplificado muestra el símbolo de un inductor en un circuito, que se caracteriza por bucles que representan las propiedades inductivas. Los inductores resisten los cambios en la corriente, lo que los hace importantes para gestionar la transferencia de energía en un circuito.

Aplicaciones y ejemplos

Los transformadores y los circuitos inductivos se utilizan en muchas aplicaciones:

  • Red eléctrica: Los transformadores son importantes en las redes eléctricas para elevar el voltaje para la transmisión a larga distancia y minimizar las pérdidas de energía.
  • Electrónica: Los inductores se utilizan en una variedad de dispositivos electrónicos para filtrar señales, almacenar energía o gestionar la corriente eléctrica.
  • Motores: Los transformadores y los circuitos inductivos son fundamentales para el funcionamiento de motores eléctricos y otras máquinas que convierten la energía eléctrica en energía mecánica.

Comprendiendo la eficiencia del transformador

La eficiencia del transformador es la relación de la potencia de salida a la potencia de entrada, generalmente expresada como un porcentaje:

Efficiency (%) = (P_out / P_in) * 100

Debido a las pérdidas de energía como la resistencia y la fuga magnética en las bobinas, ningún transformador es 100% eficiente. Optimizar estos procesos es esencial para diseñar un transformador efectivo.

Visualización de la eficiencia en transformadores

potencia de entrada Generación de electricidad

El rectángulo verde representa la potencia de entrada, mientras que el rectángulo rojo representa la potencia de salida. La diferencia entre los dos representa las pérdidas, lo que muestra por qué la eficiencia es importante en el funcionamiento del transformador.

Conceptos avanzados en transformadores

Además de los transformadores básicos de aumento y reducción, hay varios conceptos avanzados:

  • Autotransformadores: Estos transformadores utilizan una sola bobina, que actúa como devanado primario y secundario, y tiene puntos de extracción variables.
  • Transformadores trifásicos: Estos transformadores, utilizados en sistemas de energía a gran escala, están configurados para trabajar con tres corrientes alternas simultáneamente.
  • Transformador de aislamiento: Diseñado para aislar eléctricamente los circuitos primario y secundario, útil para la seguridad y la reducción de ruido en equipos sensibles.

Conclusión

Los transformadores y los circuitos inductivos son la columna vertebral de los sistemas de energía modernos, importantes tanto en la electrónica pequeña como en las redes eléctricas a gran escala. Comprender su funcionamiento, eficiencia y aplicaciones es útil para entender tanto los aspectos fundamentales como avanzados del electromagnetismo.


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Transformadores y Circuitos Inductivos

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