Electricidad y magnetismo: conceptos, unidades y leyes esenciales para estudiantes

1. Materia básica y conceptos de electricidad

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• V La partícula más pequeña en que se divide un compuesto es la molécula.
• V El átomo está constituido por un núcleo de carga positiva y electrones de carga negativa.
• F La combinación de dos o más átomos diferentes conforma una célula. Corrección: la combinación de dos o más átomos forma una molécula o un compuesto, no una célula (que es una unidad biológica).
• F La electricidad estática en un material es el producto de exceso o déficit de protones. Corrección: la electricidad estática es debida a un exceso o déficit de electrones, no de protones.
• F Protón es la partícula más pequeña de carga negativa y órbita alrededor del núcleo. Corrección: el protón es una partícula de carga positiva y forma parte del núcleo; son los electrones los que se encuentran en movimiento (orbitales) alrededor del núcleo.
• V Un cuerpo ionizado positivamente tiene déficit de electrones.
• V En un circuito simple se consideran la fuente, conductores, control y carga.
• V La potencia eléctrica es el trabajo por unidad de tiempo; es el producto del voltaje y la corriente. Su unidad es el watt (W).
• F El voltaje es la diferencia de potencial y se mide en amperes. Corrección: el voltaje (diferencia de potencial) se mide en voltios (V); la corriente se mide en amperios (A).
• V La corriente es la carga eléctrica por unidad de tiempo.

Definiciones rápidas

• Corriente alterna: suele generarse con generadores rotativos (alternadores).
• Corriente continua: tiene polaridad definida.
• Corriente: flujo de electrones (en conductores metálicos).
• Potencia: trabajo eléctrico por unidad de tiempo.
• Resistencia: se mide en ohmios (Ω).
• Voltaje: diferencia de potencial (V).
• Ley de Ohm: I = V / R.
• Óhmetro: mide elementos desenergizados.
• Voltímetro: se conecta en paralelo.
• Amperímetro: se conecta en serie.

Símbolos y unidades

• Corriente: flujo de electrones en un circuito. Símbolo: I. Unidad: ampere (A).
• Voltaje: diferencia de potencial entre 2 puntos. Símbolo: V. Unidad: volt (V).
• Resistencia: oposición a la corriente. Símbolo: R. Unidad: ohm (Ω).
• Potencia: trabajo eléctrico por unidad de tiempo. Símbolo: P. Unidad: watt (W).

Conversión de unidades (corregidas)

• 0,6 MA = 600 000 A
• 357 V = 0,357 kV
• 350 mΩ = 0,35 Ω
• 0,0025 A = 2 500 μA
• 2,2 × 10³ MV = 0,0022 TV

2. Magnetismo y leyes de circuitos

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• Tesla: 1 T = 1 weber por metro cuadrado (Wb/m²).
• Acero al cobalto: presenta alta permeabilidad magnética (buena conducción del flujo magnético).
• Densidad de flujo magnético: unidad en el SI: tesla (T); en el sistema CGS: gauss (G) (1 G = 10⁻⁴ T).
• Reluctancia: oposición al paso del flujo magnético; es inversamente proporcional a la permeabilidad.
• Permeabilidad: facilidad de un material para conducir el magnetismo; suele denotarse μ.
• Flujo magnético: unidad SI: weber (Wb); en CGS: maxwell (Mx).
• Diamagnético: ejemplo: cobre (sustancias que son débilmente repelidas por un campo magnético).
• Ferrita: material con alta permeabilidad magnética (uso frecuente en núcleos ferríticos).
• Permeabilidad relativa: compara la permeabilidad del material con la del vacío (μr = μ / μ0).
• Imán natural: magnetita (Fe3O4).

Leyes de Kirchhoff

• Primera ley de Kirchhoff (KVL): el voltaje aplicado en un circuito en serie es la suma de las caídas de tensión: Vt = V1 + V2 + V3 + ... (la suma algebraica de las diferencias de potencial alrededor de una malla es cero).
• Segunda ley de Kirchhoff (KCL): la corriente que entra a un nodo en un circuito paralelo es igual a la corriente que sale: It = I1 + I2 + I3 + ...

Materiales magnéticos (corregido y clasificado)

• Ferromagnéticos (μr ≫ 1): ejemplos: hierro (Fe), níquel (Ni), ferrita.
• Paramagnéticos (μr > 1, pero cercano a 1): ejemplos: cromo (Cr), aluminio (Al), platino (Pt).
• Diamagnéticos (μr < 1): ejemplos: oro (Au), plata (Ag), cobre (Cu), zinc (Zn).

3. Corriente alterna (CA) y elementos reactivos

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• V La corriente alterna se produce por el principio de inducción electromagnética (ley de Faraday) en generadores.
• V En una onda de CA, la amplitud determina la magnitud del voltaje; el desplazamiento (fase) determina su posición temporal y el periodo determina la duración de un ciclo.
• F El voltaje promedio en CA es el que produce el mismo trabajo en corriente continua. Corrección: la magnitud de CA que produce el mismo trabajo (potencia) que una corriente continua es el valor eficaz (RMS), no el valor promedio.
• F El voltaje domiciliario es de 311max 60 HZ. Corrección: el valor doméstico depende del país: por ejemplo, 120 V RMS a 60 Hz (valor pico ≈ 170 V) o 230 V RMS a 50 Hz (valor pico ≈ 325 V). El número 311 V corresponde aproximadamente al valor pico para 220 V RMS (Vpeak ≈ 311 V), pero es importante especificar la referencia (RMS o pico) y la frecuencia.
• V La frecuencia de una onda alterna depende de la velocidad de rotación del alternador (o del sistema generador que la produce).
• F El periodo es el tiempo de un semiciclo. Corrección: el periodo es el tiempo de un ciclo completo (tiempo entre repeticiones iguales de la señal); el tiempo de un semiciclo es la mitad del periodo.
• V El voltaje instantáneo depende del ángulo de desplazamiento (fase) de la señal.
• V La frecuencia es la repetición de la onda en el tiempo (ciclos por segundo, Hz).
• V Una carga resistiva transforma la energía en calor (energía térmica).
• F En un circuito resistivo la corriente se atrasa de su voltaje. Corrección: en un circuito puramente resistivo la corriente está en fase con el voltaje.

Elementos y magnitudes de CA

• Inductancia L: capacidad de una bobina para autoinducirse voltaje; se mide en henrios (H).
• Reactancia inductiva X_L: oposición que presenta la bobina a la CA; unidad: ohmio (Ω). (Se calcula como X_L = 2πfL).
• Impedancia Z: oposición que presenta el circuito a la CA (combinación de resistencia y reactancia); unidad: ohmio (Ω).
• Potencia activa P: potencia real disipada en forma de calor en elementos resistivos; unidad: watt (W).
• Potencia reactiva Q: potencia asociada al intercambio de energía entre el campo y elementos inductivos o capacitivos; unidad: VAr (volt-amperio reactivo).