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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Electromagnetismo


El electromagnetismo es una rama de la física que estudia las interacciones entre cargas eléctricas y campos magnéticos. Explica una amplia gama de fenómenos físicos y es fundamental para comprender cómo funcionan muchas tecnologías cotidianas, desde motores hasta bombillas y teléfonos móviles. El tema es crucial para el desarrollo de diversas tecnologías y juega un papel vital en nuestra comprensión del universo.

Conceptos básicos

Para comprender los conceptos de electromagnetismo, es necesario comenzar con las definiciones básicas de carga eléctrica, campo eléctrico, campo magnético y fuerza electromagnética. Vamos a entender cada uno de estos conceptos en detalle.

Carga eléctrica

La carga eléctrica es una propiedad fundamental de la materia. Hay dos tipos de carga eléctrica: positiva y negativa. Cargas iguales se repelen entre sí, y cargas opuestas se atraen entre sí. La carga neta de un objeto está determinada por el equilibrio entre cargas positivas (protones) y negativas (electrones).

Un ejemplo cotidiano de carga eléctrica es la electricidad estática. Cuando frotas un globo en tu cabello, la carga eléctrica transferida entre tu cabello y el globo puede hacer que se adhiera a la pared.

Campo eléctrico

Un campo eléctrico es la región alrededor de un objeto cargado donde otras cargas experimentan una fuerza. La intensidad y dirección del campo eléctrico se representan mediante líneas de campo eléctrico que emanan de las cargas positivas y convergen en las cargas negativas.

El campo eléctrico E en cualquier punto del espacio se puede definir usando la siguiente fórmula:

E = F/q

donde F es la fuerza que actúa sobre una pequeña carga de prueba positiva q.

Ejemplo visual: campo eléctrico

A continuación se muestra una representación simple de líneas de campo eléctrico alrededor de cargas positivas y negativas:

+-

Campo magnético

El campo magnético es producido por cargas eléctricas en movimiento, como la corriente eléctrica, y se representa mediante líneas de campo magnético. Estas líneas forman bucles cerrados y nunca comienzan o terminan en un punto. La dirección del campo magnético es tangente a las líneas de campo.

El campo magnético de la Tierra es un ejemplo típico que experimentamos todos los días. Las brújulas usan esto para indicar el norte.

Fuerza electromagnética

La fuerza electromagnética es una combinación de fuerzas eléctricas y magnéticas sobre una partícula cargada debido a campos electromagnéticos. Esta interacción fundamental ocurre entre partículas que portan carga eléctrica.

La fuerza F experimentada por una carga q que se mueve con velocidad v en un campo magnético B se da por la ecuación de la fuerza de Lorentz:

F = q(E + v × B)

donde × denota el producto vectorial.

Ondas electromagnéticas

Las ondas electromagnéticas son ondas que tienen componentes de campo eléctrico y magnético. Se propagan por el espacio a la velocidad de la luz y no requieren de un medio para viajar.

Ejemplos de ondas electromagnéticas incluyen la luz visible, las ondas de radio y los rayos X. Estas ondas son fundamentales en las telecomunicaciones, la imagen médica y más.

Ejemplo visual: onda electromagnética

Ecuaciones de Maxwell

Las ecuaciones de Maxwell son un conjunto de cuatro ecuaciones de campo electromagnético que son fundamentales para el electromagnetismo clásico, la óptica clásica y los circuitos eléctricos. Estas ecuaciones describen cómo interactúan y se propagan los campos eléctricos y magnéticos.

Ley de Gauss

La ley de Gauss relaciona el flujo eléctrico que pasa a través de una superficie cerrada con la carga encerrada por esa superficie. Matemáticamente, se puede escribir como:

∮ E · dA = Q/ε₀

Donde ∮ denota la integral de superficie, E es el campo eléctrico, dA es el área diferencial en una superficie cerrada, Q es la carga total encerrada, y ε₀ es la permitividad del espacio libre.

Ley de Faraday de inducción

La ley de Faraday describe cómo un campo magnético que varía con el tiempo puede producir una fuerza electromotriz (fem) en un circuito cerrado. La fórmula es:

emf = -dΦB/dt

Donde ΦB es el flujo magnético. El signo negativo indica la dirección de la fem inducida según la ley de Lenz.

Ley de Ampere con la adición de Maxwell

Describe los cambios en el campo magnético y el campo eléctrico asociados con una corriente eléctrica transversal. Se da como:

∮ B · dl = μ₀(I + ε₀ dΦE/dt)

Donde ∮ indica una integral lineal, B es el campo magnético, dl es la longitud diferencial, μ₀ es la permeabilidad del espacio libre, y ΦE es el flujo eléctrico.

Ley de Gauss para el magnetismo

La ley de Gauss para el magnetismo establece que el flujo magnético neto que fluye a través de cualquier superficie cerrada es cero. Esto significa que no existen monopolos magnéticos. Se puede expresar como:

∮ B · dA = 0

Aplicaciones del electromagnetismo

Motores eléctricos

Los motores eléctricos utilizan el electromagnetismo para convertir la energía eléctrica en energía mecánica. La interacción entre el campo magnético y la corriente en los devanados crea una fuerza, haciendo que el rotor gire.

Transformadores

Los transformadores son dispositivos que utilizan la inducción electromagnética para cambiar el nivel de voltaje de corriente alterna (CA) en sistemas de energía. Nos permiten distribuir energía eléctrica de manera eficiente a largas distancias.

Generador eléctrico

Los generadores convierten energía mecánica en energía eléctrica utilizando el electromagnetismo, generalmente girando una bobina en un campo magnético o viceversa.

Imágenes por resonancia magnética (IRM)

La IRM es una técnica de imagen médica que utiliza campos magnéticos fuertes y ondas de radio para crear imágenes de los órganos del cuerpo. Aprovecha los principios de la resonancia magnética nuclear.

En resumen, el electromagnetismo es fundamental para nuestra tecnología moderna y la comprensión de los fenómenos físicos. Al examinar ejemplos como motores eléctricos, generadores y resonancias magnéticas, vemos su importante papel en una variedad de aplicaciones. Leyes fundamentales como las ecuaciones de Maxwell proporcionan el marco matemático para describir de manera efectiva estas interacciones electromagnéticas.


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