Magnetismo y Propiedades Magnéticas

• Magnetismo: Fenómeno físico por el cual los imanes y las corrientes eléctricas ejercen fuerzas de atracción o repulsión sobre otros materiales.
• Campo Magnético: Toda el área que rodea a un imán permanente o que es producida por cualquier carga eléctrica en movimiento (corriente eléctrica).
• William Gilbert: Publicó el primer tratado científico sobre el magnetismo.
• El magnetismo se pierde a temperaturas altas (punto de Curie).
• Imán Natural: La magnetita (un mineral).
• Paramagnetismo: Propiedad de materiales con pequeña susceptibilidad positiva a los campos magnéticos.
• Resonancia Magnética: Fenómeno físico basado en las propiedades mecánico-cuánticas de los núcleos atómicos.
• Ferromagnetismo: Material que se queda adherido a un imán. Es usado comúnmente en tecnología, motores y medicina.
• Diamagnetismo: Propiedad de todos los materiales de oponerse al campo magnético aplicado.
• La intensidad de campo magnético depende de la masa (Nota: Esta dependencia es compleja y generalmente se relaciona con la fuente del campo, como la corriente o el momento dipolar magnético).

Electricidad y Carga Eléctrica

Electricidad: Fenómeno físico originado por la existencia y el movimiento de las cargas eléctricas.

Métodos de Electrización

Electrización por Frotamiento: Frotar un cuerpo con otro. Los electrones pasan de uno de ellos (quedando cargado positivamente) a otro (quedando cargado negativamente).

Electrización por Inducción: Acumulación de cargas en una zona neutra debido a la proximidad de un cuerpo cargado, sin contacto directo.

Electrización por Contacto: Ocurre cuando un cuerpo con exceso de carga de un signo se pone en contacto con un cuerpo eléctricamente neutro, transfiriendo carga.

Conceptos Eléctricos Fundamentales

Corriente Eléctrica: Flujo de cargas eléctricas en movimiento a través de un material conductor.

Carga Eléctrica: Propiedad física de ciertas partículas manifestada por fuerzas de atracción y repulsión.

Interacción Eléctrica: Cuando dos cuerpos están cargados eléctricamente, se manifiesta una interacción entre estos, dependiendo del signo de la carga que contengan.

Si un cuerpo pierde electrones (electricidad) queda cargado positivamente; si gana electrones, queda cargado negativamente.

Electromagnetismo

Electromagnetismo: La unificación del magnetismo y la electricidad. Describe fenómenos en los que intervienen cargas eléctricas en reposo y en movimiento, y los campos eléctricos y magnéticos asociados.

Pioneros del Electromagnetismo

Hans Christian Oersted: Demostró la relación entre electricidad y magnetismo mediante el efecto de una corriente sobre una brújula.

André-Marie Ampère: Repitió el experimento de Oersted y estableció que una corriente eléctrica produce efectos magnéticos sobre otra corriente.

Michael Faraday: Elaboró el principio del motor eléctrico y la inducción electromagnética.

James Clerk Maxwell: Unificó formalmente la electricidad y el magnetismo en un conjunto de ecuaciones fundamentales.

Aplicaciones Electromagnéticas

Motor Eléctrico: Dispositivo que utiliza una bobina colocada dentro de un campo magnético. Al suministrarle corriente eléctrica al conductor, produce movimiento.

Generador Eléctrico: Dispositivo que utiliza una bobina con alambre conductor que se mueve girando dentro de un campo magnético para producir corriente eléctrica.

Ondas

Ondas: Fenómeno de la naturaleza que consiste en la propagación de una perturbación (energía) a través del espacio o de un medio.

Clasificación de las Ondas

Según el Medio de Propagación

• Ondas Mecánicas: Requieren de un medio material para propagarse (ej. sonido).
• Ondas Electromagnéticas: No requieren de un medio material (ej. la Luz).
• Ondas Gravitacionales: Alteraciones del espacio-tiempo.

Según su Periodicidad

• Ondas Periódicas: Presentan ciclos repetitivos y regulares.
• Ondas No Periódicas: Presentan ciclos irregulares.

Según sus Dimensiones de Propagación

• Ondas Unidimensionales: Se propagan en una sola dimensión en el espacio.
• Ondas Bidimensionales (o Superficiales): Se propagan en dos dimensiones.
• Ondas Tridimensionales (o Esféricas): Se propagan en tres dimensiones.

Según su Dirección de Oscilación

• Ondas Longitudinales: Las partículas del medio se mueven en la misma dirección en que se propaga la onda.
• Ondas Transversales: Las partículas vibran perpendicularmente a la dirección de propagación de la onda.

Propiedades de las Ondas

Frecuencia: Número de veces que la onda se repite en una unidad de tiempo determinada.

Reflexión: Ocurre cuando la onda incide o «choca» en el límite que separa dos medios, rebotando.

Refracción: Ocurre cuando una onda viajera (como el sonido o la luz) pasa de un medio a otro que posee diferente densidad, cambiando su dirección.

Difracción: Fenómeno que ocurre cuando un frente de ondas atraviesa una abertura o bordea un obstáculo.

Superposición de Ondas: Ocurre cuando una serie de ondas interactúan entre sí (ej. perturbaciones en el agua).

Densidad: Relación entre la masa de una sustancia y el volumen que ocupa.

Teoría Cinético-Molecular y Estados de la Materia

Sólido: Cuerpos compactos con forma y volumen definidos. El movimiento de las partículas es bajo y vibracional.

Líquido: Ocupa el espacio del recipiente que lo contiene. El movimiento de las partículas es más fluido, intermedio y un poco más libre.

Gaseoso: Ocupa todo el espacio que lo contiene. No tiene forma ni volumen propio. El movimiento de las moléculas es aleatorio y rápido.

Modelo de Partículas

Modelo: Representación de un objeto, idea o fenómeno.

Modelo de Partículas: Representación que establece que toda la materia está conformada por partículas microscópicas.

Partículas: Están en constante movimiento. Existen fuerzas de atracción entre ellas, pero estas disminuyen si la distancia aumenta. Las partículas de una sustancia están formadas por átomos. El estado de las partículas en los materiales no es estático.

Cambios de Estado

Fusión: Paso de estado sólido a líquido.

El proceso inverso es la Solidificación (Punto de fusión del agua: 0°C).

Vaporización (o Evaporación/Ebullición): Paso de estado líquido a gas (Punto de ebullición del agua: 100°C).

Condensación: Paso de estado gaseoso a líquido.

Sublimación: Paso directo de estado sólido a gas sin pasar por el estado líquido.

El proceso inverso es la Deposición (o Sublimación Inversa).

Vectores y Dinámica

Fuerza y Magnitudes

Fuerza: Interacción que puede actuar por contacto o a distancia. Es una magnitud física.

Toda fuerza tiene magnitud, dirección y sentido (características) y recibe el nombre de magnitud vectorial. Se mide en Newtons (N).

Interacción: Acción ejercida entre dos objetos.

• A Distancia: Eléctrica, magnética, gravitacional.
• Por Contacto: Fricción, tensión, compresión.

Magnitud Escalar: Magnitud física que se define únicamente por su medida (ej. tiempo o longitud).

Módulo: La longitud o magnitud del vector.

Dirección: Dada por la orientación en el espacio de la recta que lo contiene, determinada por el ángulo de inclinación que forma con el eje horizontal.

Sentido: Indicado por la punta de la flecha.

La fuerza puede deformar, poner en movimiento, aumentar o disminuir la rapidez o cambiar la dirección de un cuerpo.

Sirve para determinar cómo cambia el estado de movimiento de un cuerpo en interacción con otros.

Cinemática: Movimiento, Velocidad y Rapidez

Conceptos Fundamentales

Velocidad: Magnitud vectorial. Relación entre el desplazamiento de un objeto, el tiempo empleado y su dirección.

Rapidez: Magnitud escalar. Relación entre la distancia recorrida por un cuerpo y el tiempo empleado en cubrirla.

Trayectoria: Conjunto de puntos que sigue un cuerpo en movimiento.

Distancia: Magnitud escalar. Carece de dirección y sentido. Es la longitud medida sobre la trayectoria. Su unidad en el SI son los metros (m).

Desplazamiento: Longitud medida en línea recta entre el punto de partida y el punto de llegada. Es una magnitud vectorial (con dirección y sentido) medida en metros.

Clasificación del Movimiento según la Trayectoria

Rectilíneos: Móvil que sigue los puntos en línea recta.

Curvilíneos: Trayectoria en línea curva.

Marco de Referencia: Conjunto de coordenadas espacio/tiempo requerido para determinar la posición de un punto en el espacio.

Movimiento Rectilíneo Uniforme (MRU): Móvil que sigue una trayectoria recta y recorre distancias iguales en tiempos iguales.

Aceleración y Proporcionalidad

Aceleración: El cambio de velocidad por unidad de tiempo.

Interpolación: Buscar por cálculo el valor de una magnitud dentro de un intervalo conocido. Se usa para encontrar un valor entre dos valores medidos.

Extrapolación: Buscar el valor de una magnitud fuera del intervalo conocido. Busca el valor que está más allá de los valores medidos.

• El desplazamiento es directamente proporcional a la velocidad: a mayor velocidad, mayor desplazamiento en el mismo tiempo.
• El tiempo es inversamente proporcional a la velocidad: a menor velocidad, más tiempo para un mismo desplazamiento.

Movimientos Verticales y Dinámica

Caída Libre: Movimiento rectilíneo uniformemente acelerado. Todos los cuerpos en caída libre tienen la misma aceleración en ausencia de la resistencia del aire (Principio demostrado por Galileo Galilei).

Aceleración de la Gravedad: La aceleración que experimentan los objetos cuando caen, debido a la fuerza gravitatoria.

Tiro Vertical: Movimiento en el que la velocidad disminuye hasta llegar a cero en el momento en que un objeto alcanza su máxima altura.

Segunda Ley de Newton (Movimiento): Establece la relación entre la fuerza neta aplicada a un cuerpo, su masa y la aceleración producida (F = ma).

Fricción: Fuerza que se opone al movimiento de los cuerpos cuando están en contacto.

Hidrostática y Flotación

Flotación: Pérdida aparente de peso en los objetos sumergidos en un líquido.

Fuerza de Empuje: Fuerza ascendente que ejercen todos los líquidos cuando ciertos cuerpos son sumergidos parcial o totalmente.

Empuje Hidrostático: Fuerza vertical que se opone al hundimiento de un cuerpo.

Principio de Arquímedes: Todo cuerpo sumergido en un fluido experimenta una fuerza de empuje hacia arriba con una magnitud igual al peso del fluido que desplaza.

Termodinámica y Calor

Ley de Gravitación Universal: Cuanto más masivos sean los cuerpos y más cercanos se encuentren, con mayor fuerza se atraerán.

Viscosidad: Propiedad de los fluidos que mide su resistencia a fluir.

Un fluido ideal no tiene viscosidad.

Equilibrio Térmico y Temperatura

Equilibrio Térmico: Estado en el que dos cuerpos que están en contacto adquieren la misma energía, igualando su temperatura.

Calor: La suma total de la energía cinética de las moléculas de un cuerpo (energía transferida debido a una diferencia de temperatura).

Temperatura: Medida del nivel de energía cinética media de las moléculas de un cuerpo.

Calor Específico: Cantidad de calor que se necesita para que un gramo de una sustancia aumente su temperatura en un grado Celsius.

Mecanismos de Transferencia de Calor

Conducción: Transferencia de calor a través de un sólido (ej. oro, plata, cobre). El vidrio es un mal conductor.

Convección: Transferencia de calor por el movimiento de un fluido debido a una diferencia de temperaturas (ej. masa de aire).

Radiación: Transferencia de calor mediante ondas electromagnéticas (ej. calor solar).

Presión y Fluidos

Presión: Relación entre la fuerza aplicada y el área sobre la que actúa (P = F/A).

Cuanto más cercano se encuentra un objeto a la superficie de un fluido, es menor la presión que soporta.

Principio de Pascal: La presión externa aplicada a un líquido encerrado se transmite uniformemente en todas direcciones por todo el volumen del líquido (Aplicación: Prensas Hidráulicas).

Columnas de Líquidos: La presión depende del peso específico del líquido y de la profundidad a la que se encuentre un objeto.

Equivalente Mecánico del Calor y Termometría

Equivalente Mecánico del Calor (E. M. del Calor): Relación entre la unidad de trabajo (Joule) y la unidad de calor (caloría).

Relación entre la cantidad de calor producido y la cantidad de trabajo utilizado (Establecido por James Prescott Joule).

Caloría: Cantidad de calor que se le suministra a un gramo de agua para que eleve su temperatura en 1 grado Celsius.

Conversión Parcial del Calor en Trabajo: Principio fundamental de las máquinas térmicas.

Máquina Revolucionadora: La máquina de vapor.

Escalas Termométricas

Escalas Termométricas (E. T.): Sistemas necesarios para medir la temperatura.

Escala Celsius: Toma en cuenta los puntos de fusión y ebullición del agua.

Escala Fahrenheit: Coloca el cero por debajo del punto de congelación del agua en la escala Celsius.

Escala Kelvin: Usada por científicos, toma en cuenta el modelo de partículas y el cero absoluto.

Energía y Circuitos Eléctricos

Tipos de Energía

Energía: Capacidad de realizar un trabajo.

Energía Potencial: Capacidad de realizar un trabajo como consecuencia de la posición o configuración de un cuerpo.

Energía Cinética: Energía que posee un objeto gracias a su movimiento.

Conceptos de Circuitos

Intensidad de Corriente: Cantidad de electricidad o carga eléctrica que circula por un circuito en una unidad de tiempo.

Campo Eléctrico: Campo de fuerza creado por la atracción o repulsión de cargas eléctricas.

Trabajo Eléctrico: Trabajo producido por el paso de corriente a través de algún dispositivo conectado a la red eléctrica.

Potencia Eléctrica: Rapidez con la que se efectúa un trabajo eléctrico.

• A mayor voltaje, mayor intensidad de corriente (Ley de Ohm).
• A mayor resistencia, menor intensidad de corriente (Ley de Ohm).

Diferencia de Potencial (Voltaje): Trabajo necesario para transportar la unidad de carga desde un punto a otro del campo eléctrico.

Circuito en Serie: Cada uno de los elementos se conectan uno a continuación del otro, de modo que la corriente pasa a través de todos ellos.

Circuito en Paralelo: La corriente eléctrica sigue varias rutas, y cada carga o receptor se conecta de manera independiente a la fuente.

Aportaciones Históricas

Isaac Newton: Físico inglés que por primera vez establece el concepto de fuerza y las leyes del movimiento.

Dinamómetro: Instrumento que mide la fuerza.