Fórmulas y Conceptos Fundamentales de Física: Electricidad, Magnetismo y Relatividad

Fórmulas y Conceptos Fundamentales de Física

Electricidad

Fórmulas de Carga Eléctrica

F (fuerza) = K * Q1 * Q2 / R²

R (distancia) = √(K * Q1 * Q2 / F)

Q1 = F * R² / (K * Q2)

Q2 = F * R² / (K * Q1)

Q = √(F * R² / K)

K = 9 * 10⁹ N * m²/C²

Campo Eléctrico (N/C)

E = K * Q / R²

Pitágoras (para distancia): √(d² + d²)

E_t = √((E1_x + E2_x)² + (E1_y + E2_y)²)

E1 en x e y mismo número, pero en x es cos(45°) y en y es sen(45°), lo mismo en E2

Circuitos

I en amperios (A)

V en voltios (V)

R en ohmios (Ω)

I = V / R

V = R * I

V_t = V1 + V2

R = V / I

Serie: R_eq = Suma de R

Paralelo: 1/R_eq = 1/R1 + 1/R2 + 1/R3 y luego 1 / Total

Conceptos de Electricidad

Electricidad: Conjunto de fenómenos producidos por el movimiento e interacción de partículas con cargas positivas y negativas.

Carga eléctrica: Propiedad de las partículas subatómicas que se expresa en interacción y repulsión entre ellas por medio del campo electromagnético.

Propiedades: cuantización (poder medir), conservación (la carga eléctrica se conserva), invarianza (la carga no varía) y atracción y repulsión.

Campo eléctrico: Todo espacio que rodea una carga eléctrica.

Líneas de campo: Diagonales de carga que nunca se tocan entre sí, que pueden salir (saliente) o entrar (entrante) a la fuente.

Unidades: Voltio (V), Amperio (A), Ohmio (Ω)

Ley de Coulomb: La fuerza es inversamente proporcional a la distancia y la fuerza es proporcional a la carga.

Ley de Ohm: La intensidad de la corriente eléctrica que circula por un conductor eléctrico es directamente proporcional a la diferencia de potencial aplicada e inversamente proporcional a la resistencia del mismo.

Circuito en serie: Los receptores están uno a continuación del otro en una línea eléctrica, de tal manera que la corriente que atraviesa el primero de ellos será la misma que la que atraviesa el último.

Circuito en paralelo: Los circuitos están instalados tocandose en 2 nodos en la línea eléctrica, por lo que la corriente total del circuito es la suma de las corrientes que atraviesan cada malla y el voltaje es el mismo en cada una de estas.

mC (miliculombios) = 1 * 10⁻³ C

µC (microculombios) = 1 * 10⁻⁶ C

nC (nanoculombios) = 1 * 10⁻⁹ C

Magnetismo

Fuerza Magnética

F = q * v * B * sen(θ)

• sen(θ) = F / (q * v * B)
• Ángulo (θ) = arcsen(sen(θ))
• Carga (q) = F / (v * B * sen(θ))
• Campo magnético (B) = F / (q * v * sen(θ))
• Velocidad (v) = F / (q * B * sen(θ))
• Radio (R) = m * v / (q * B)

F = Newton (N)

B = Tesla (T)

q = Coulomb (C)

v = m/s

R = metros (m)

m = Masa (kg)

Regla de la Mano Izquierda:

1. Índice: Campo
2. Mayor: Velocidad (dirección)
3. Pulgar: Resultante (fuerza) arriba: +, abajo: -

Si la velocidad y el campo son paralelos, la fuerza es 0 (sen(0°) = 0)

Si la velocidad y el campo son perpendiculares, la fuerza es máxima.

Flujo Magnético

Φ = B * S * cos(θ)

• Superficie (S) = Φ / (B * cos(θ))
• Campo (B) = Φ / (S * cos(θ))
• cos(θ) = Φ / (B * S)
• θ = arccos(cos(θ))

Φ = Weber (Wb)

Superficie (S) = Área (base * altura) m²

Campo (B) = Tesla (T)

Conceptos de Magnetismo

Magnetismo: Fenómeno físico por el que los objetos ejercen fuerzas de atracción o repulsión sobre los materiales.

Imán natural único: Magnetita. Todos los materiales son influidos por un campo magnético.

Imán: Materiales que presentan las propiedades del magnetismo. Permanentes: acero, Temporales: Hierro dulce.

Campo magnético: Es la agitación que produce un imán en la región que lo envuelve.

Circuito magnético: Recorrido de las líneas de fuerza.

Flujo magnético: Número de líneas de fuerza en un circuito magnético. Factores: La intensidad del campo magnético, el área (la superficie) y la orientación (el ángulo).

Campo magnético: Indica la fuerza aplicada sobre una carga eléctrica en movimiento o bien fuerza magnética aplicada por cada unidad de carga en movimiento.

Fuerza magnética: Proporcional a la carga (q) y a la velocidad (v). Cuando ingresa a un campo magnético (B) es de tipo centrípeta.

Inducción electromagnética: Faraday descubre que un campo magnético variable en la proximidad de un circuito eléctrico induce una corriente eléctrica.

Una corriente inducida depende de:

• Solo aparece corriente cuando hay variación en el campo magnético.
• La corriente es mayor si: El campo B es más intenso, el circuito tiene una superficie mayor, el cambio es más rápido.

El valor del flujo depende de: La intensidad del campo, el área del circuito cerrado y la orientación del circuito respecto al campo magnético.

El flujo puede cambiar por:

• Porque el inductor de un campo magnético permanente se mueve respecto del circuito.
• Porque aunque no haya movimiento el campo magnético está variando en el tiempo.
• Porque el área de la espira varía.

Ley de la fuerza electromotriz inducida: En un circuito cerrado es directamente proporcional a la rapidez con que cambia en el tiempo el flujo magnético que atraviesa la superficie del circuito.

Ley de Lenz: Las fuerzas electromagnéticas son de un sentido tal que se opondrán a la variación del flujo magnético que las produjeron.

Hilo que porta corriente

• B (campo magnético en Tesla): μ₀ * I / (2π * r)
• I (Intensidad en Amperios): B * 2π * r / μ₀
• r (distancia en metros): μ₀ * I / (2π * B)
• λ (Longitud de onda en nm o m - 1 * 10⁻⁹m)
• μ₀: 4π * 10⁻⁷ (Simplificación: 2 * 10⁻⁷)

Si las flechas van hacia la misma dirección se restan y si van en dirección contraria se suman.

Óptica y Física Moderna

Efecto Visible

• λ (Longitud de onda en nm o m): c / f
• Frecuencia (f) en Hertz (Hz): 1/T
• Frecuencia (f) en Hertz (Hz): c / λ
• Periodo (T) en segundos: 1/f
• Velocidad (c) en m/s: λ * f

Efecto Fotoeléctrico

• E (energía incidente) = W₀ (trabajo de extracción) + E_c (energía cinética)
• f₀: W₀ / h
• W₀: E - E_c
• E: h * c / λ₀
• E_c: E - W₀
• h * f: h * f₀ + ½ * m * v²
• h * (c / λ) = h * (c / λ₀) + ½ * m * v²
• m (masa): 9,11 * 10⁻³¹ kg
• h (constante de Planck): 6,63 * 10⁻³⁴ J*s
• c (velocidad de la luz): 3 * 10⁸ m/s
• 1 eV: 1,6 * 10⁻¹⁹ J (W₀)
• Para pasar de J a eV: dividir por 1,6 * 10⁻¹⁹ J
• Para pasar de eV a J: multiplicar por 1,6 * 10⁻¹⁹ J

Relatividad Espacial

• Tiempo relativo Δt (el que está en reposo): Δt₀ / √(1 - v²/c²)
• Tiempo propio Δt₀ (el que se mueve): Δt * √(1 - v²/c²)
• Masa relativa m: m₀ / √(1 - v²/c²)
• Masa propia m₀ (la que está en reposo): m * √(1 - v²/c²)
• Longitud en reposo L (lo que ve el observador): L₀ * √(1 - v²/c²)
• Longitud propia L₀ (longitud inicial): L / √(1 - v²/c²)
• c: 3 * 10⁸ m/s
• El tiempo relativo nunca es mayor al propio.

Conceptos de Física Moderna

Física moderna: Estudia las manifestaciones que producen los átomos, los comportamientos de las partículas que forman la materia y las fuerzas que las rigen.

Efecto fotoeléctrico: Consiste en la emisión de electrones por un material cuando se hace incidir sobre él una radiación electromagnética.

Espectro electromagnético visible: El espectro electromagnético visible para el ojo humano varía entre 380 y 750 nm.

Longitud de onda: Es la distancia real que recorre una perturbación (una onda) en un determinado intervalo de tiempo. Este intervalo de tiempo es el transcurrido entre dos máximos consecutivos de alguna propiedad física de la onda.

Equivalencia masa-energía: Indica que la masa puede desaparecer a costa de la aparición de una cantidad equivalente de energía (y viceversa). Es el principio de conservación de la masa-energía. E = mc²