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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Superconductividad


La superconductividad es un fenómeno físico fascinante que ocurre en ciertos materiales cuando se enfrían por debajo de una temperatura crítica específica. Se caracteriza por dos propiedades principales: cero resistencia eléctrica y la expulsión de campos magnéticos, conocido como el efecto Meissner. Como resultado, los superconductores tienen numerosas aplicaciones en campos como la medicina, la electrónica y el transporte.

Propiedades eléctricas de los superconductores

La característica más notable de los superconductores es su resistencia eléctrica nula. Normalmente, cuando la corriente eléctrica fluye a través de un conductor regular como el cobre o el aluminio, enfrenta cierta resistencia, lo que resulta en la disipación de energía como calor. Sin embargo, los superconductores pueden transportar corriente eléctrica sin ninguna pérdida de energía.

Ilustración de la resistencia nula

Alambre de Cobre resistencia Superconductor resistencia nula

En términos matemáticos, la ley de Ohm define la relación entre voltaje (V), corriente (I) y resistencia (R) de la siguiente manera:

    V = I * R

Para un superconductor, dado que la resistencia R es cero, el voltaje a través del material superconductor también es cero, lo que lo hace adecuado para conducir electricidad de manera eficiente.

Propiedades magnéticas

Los superconductores también exhiben propiedades magnéticas únicas. Cuando un material se vuelve superconductor, expulsa todos los campos magnéticos desde su interior, un fenómeno conocido como el efecto Meissner. Esta propiedad permite a los superconductores levitar imanes, como se puede ver en los trenes de levitación magnética.

Ilustración del efecto Meissner

Superconductor

Este efecto es una característica clave que distingue a los superconductores de los conductores perfectos. En un conductor perfecto, si se aplica un campo magnético y luego se elimina, el campo permanece atrapado dentro del material. Sin embargo, en un superconductor, el campo es completamente expulsado cuando se alcanza el estado superconductivo.

Tipos de superconductores

Los superconductores se clasifican en dos categorías generales según sus propiedades físicas: tipo I y tipo II.

Superconductor tipo I

Los superconductores tipo I son generalmente metales puros como el plomo, el mercurio y el aluminio. Exhiben eliminación completa de campos magnéticos (diamagnetismo perfecto) y tienen un único campo magnético crítico, H c. Por encima de este campo, pasan a un estado normal. El efecto Meissner se observa completamente, como se muestra arriba en la ilustración del efecto Meissner.

Materiales de ejemplo

  • plomo
  • Mercurio
  • Aluminio

Superconductor tipo II

A diferencia del tipo I, los superconductores tipo II no pierden su superconductividad inmediatamente, sino gradualmente. Tienen dos campos magnéticos críticos, H c1 y H c2. Entre estos dos campos, permiten la penetración parcial de campos magnéticos en unidades cuantificadas llamadas vórtices. Los superconductores tipo II son generalmente compuestos metálicos y superconductores de alta temperatura.

Materiales de ejemplo

  • Niobio-Titanio (NbTi)
  • Óxido de Ytrio-Bario-Cobre (YBCO)
  • Óxido de Bismuto-Estroncio-Calcio-Cobre (BSCCO)

Aplicaciones de los superconductores

Debido a sus propiedades únicas, los superconductores se utilizan en una variedad de aplicaciones:

Resonancia magnética (MRI)

Las máquinas de MRI utilizan imanes superconductores para producir los fuertes campos magnéticos estables necesarios para obtener imágenes detalladas del interior del cuerpo sin radiación.

Aceleradores de partículas

Los imanes superconductores son partes integrales en aceleradores de partículas como el Gran Colisionador de Hadrones. Ayudan a guiar y acelerar partículas cargadas a altas energías.

Levitación magnética

Los trenes de levitación magnética utilizan superconductores para viajes de alta velocidad sin fricción. La repulsión o atracción de los campos magnéticos hace que el tren se eleve por encima de las vías, proporcionando un viaje suave y silencioso.

Aplicaciones de energía eléctrica

Los superconductores son muy útiles para aplicaciones de energía como líneas de transmisión, transformadores y sistemas de almacenamiento. Pueden mejorar significativamente la eficiencia y capacidad de las redes eléctricas al reducir pérdidas en la transmisión de energía.

Perspectivas futuras

El descubrimiento y desarrollo de superconductores de alta temperatura sigue siendo un área vibrante de investigación. Los científicos están experimentando con diferentes materiales y condiciones para hacer que la superconductividad sea práctica a temperatura ambiente, lo que podría revolucionar el almacenamiento y la transmisión de energía.

En conclusión, la superconductividad es un fenómeno cuántico fascinante con un enorme potencial para el avance tecnológico. Comprender sus propiedades - cero resistencia eléctrica y expulsión de campos magnéticos - abre la puerta a muchas aplicaciones innovadoras.


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