Conceptos Fundamentales de Electromagnetismo y Circuitos Eléctricos

Fenómenos y Estructuras Eléctricas

• Jaula de Faraday: Caja metálica que protege de los campos eléctricos estáticos. El campo eléctrico resultante en el interior es nulo (apantallamiento eléctrico).
• Fuego de San Telmo: Ionización de las moléculas del aire que terminan separándose de sus electrones ($\gamma$), creándose un plasma conductor.

Estructura Atómica y Carga

Partículas Fundamentales:

• Electrón (-): Partícula más pequeña y unidad de carga eléctrica.
• Protón (+): Posee una masa mucho mayor que el electrón.
• Neutrón: No tiene carga y posee masa similar a la del protón.

Núcleo y Átomos:

• Núcleo: Se encuentran protones y neutrones en número diferente.
• Átomos: Porción material mínima de un elemento químico que interviene en las reacciones químicas.

Niveles de Energía y Carga

Bandas de Energía:

• Banda de Valencia: Es un nivel de energía en el que se realizan las combinaciones químicas. Los electrones pueden transferirse de un átomo a otro, formando iones que se atraen debido a su diferente carga.
• Banda de Conducción: Es un nivel de energía en la cual los electrones están más desligados del núcleo; todos los electrones están compartidos por todos los átomos del sólido.

Definiciones de Carga:

• Ion: Átomo o molécula cargada eléctricamente.
• Culombio (C): Es la carga eléctrica que repele a otra igual a la distancia de un metro con una fuerza de $1 \text{ N}$. $1 \text{ Culombio} = 6.23 \times 10^{18}$ electrones.

Leyes Fundamentales de la Electrostática y Circuitos

Ley de Coulomb:

La fuerza entre dos cargas puntuales es directamente proporcional al producto de las cargas e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que las separa:

$$F = \frac{k \cdot |Q_1 \cdot Q_2|}{D^2}$$

*(Nota: La fórmula original $f = (Q1xQ2):(D2)$ se ha corregido a la forma estándar de la Ley de Coulomb, asumiendo que $D$ es la distancia).*

Unidades Derivadas:

• Microculombio ($\mu\text{C}$): $10^{-6}$ Culombios.

Corriente y Potencial:

• Intensidad Eléctrica ($I$): Flujo de carga por unidad de tiempo que recorre un material (medida en Amperios, $\text{A}$).
• Corriente Eléctrica: Flujo de cargas que va en el sentido contrario al desplazamiento real de los electrones (convencionalmente).
• Potencial Eléctrico ($V$): Es el trabajo por unidad de carga efectuado al mover una carga entre dos puntos cuando esta sometida a un campo eléctrico (Voltios, $\text{V}$).

Magnetismo y Leyes de Circuitos

Inducción y Leyes Magnéticas:

• Ley de Lenz: Cuando varía un flujo magnético que atraviesa una bobina, esta reacciona de tal manera que se opone a la causa que produjo la variación. Si el flujo aumenta, la bobina lo disminuirá.
• Intensidad de un Campo Magnético ($\vec{B}$ o $\vec{H}$): Se relaciona con la fuerza ejercida sobre una carga en movimiento (aunque la fórmula $E=F/Q$ es más propia del campo eléctrico, se mantiene la mención).

Componentes y Leyes de Circuitos:

Condensador (Capacitor):

Dispositivo formado por dos conductores próximos cargados opuestamente y a diferentes potenciales, entre los que se coloca un aislante para que retenga la carga. Su capacidad se define como $C = Q/V$ (Faradios, $\text{F}$ = Capacidad; Culombios, $\text{C}$ = Carga almacenada).

Leyes de Kirchhoff:

1. Primera Ley (Nodos): La suma de las intensidades que entran a un nodo es igual a la suma de las que salen.
2. Segunda Ley (Mallas): En un lazo cerrado, la suma algebraica de todas las caídas de tensión es igual a la tensión total suministrada (o la suma algebraica de las tensiones es cero).

Tipos de Corriente:

• Corriente Continua ($\text{CC}$ o $\text{DC}$): Es el flujo continuo de electrones a través de un conductor entre dos puntos de distinto potencial. Las cargas eléctricas siempre se mueven en la misma dirección (no hay cambio de polaridad periódico).

Resistencia y Potencia:

• Resistencia Eléctrica ($R$): Dificultad de un cuerpo al paso de la corriente eléctrica (Ohmios, $\Omega$). La resistencia aumenta con mayor longitud y disminuye con mayor grosor de cable.
• LDR (Light Dependent Resistor): Resistencia dependiente de la luz.
• Varistor (VDR): Protege el circuito contra variaciones bruscas de tensión.
• Potencia ($P$): Es el trabajo realizado por una máquina por unidad de tiempo (Vatios, $\text{W}$). Relaciones: $P = V^2/R$ y $P = V \cdot I$. *(Nota: Las relaciones $R=V:P$ y $P=V:R$ son incompletas o incorrectas; se han añadido las fórmulas estándar $P=V^2/R$ y $P=V \cdot I$ implícitamente, aunque se mantiene la mención de $R=V:P$ si se interpreta como $R=V/I$ y $P=V/R$ como $P=V^2/R$ o $P=I^2R$)*.

Trabajo, Energía y Calor:

• Trabajo: Fuerza $\times$ Distancia.
• Energía: Todo lo susceptible de transformarse en trabajo.
• Ley de Joule: La cantidad de calor producida al paso de la electricidad es proporcional a la resistencia, al cuadrado de la intensidad y al tiempo ($Q = I^2 R t$).
• Flujo Magnético ($\Phi_B$): Cantidad que pasa por una superficie dada, como el número de líneas de fuerza que la atraviesan (Tesla, $\text{T}$, aunque el Tesla es la unidad de densidad de flujo, no del flujo en sí, que se mide en Weber, $\text{Wb}$).