Volumen B: Electricidad, Magnetismo y Óptica
- Page ID
- 129128
\( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \)
\( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)
\( \newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)
( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\)
\( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\)
\( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\)
\( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\)
\( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)
\( \newcommand{\id}{\mathrm{id}}\)
\( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)
\( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\)
\( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\)
\( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\)
\( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\)
\( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\)
\( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\)
\( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\)
\( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\AA}{\unicode[.8,0]{x212B}}\)
\( \newcommand{\vectorA}[1]{\vec{#1}} % arrow\)
\( \newcommand{\vectorAt}[1]{\vec{\text{#1}}} % arrow\)
\( \newcommand{\vectorB}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \)
\( \newcommand{\vectorC}[1]{\textbf{#1}} \)
\( \newcommand{\vectorD}[1]{\overrightarrow{#1}} \)
\( \newcommand{\vectorDt}[1]{\overrightarrow{\text{#1}}} \)
\( \newcommand{\vectE}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash{\mathbf {#1}}}} \)
\( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \)
\( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)
\(\newcommand{\avec}{\mathbf a}\) \(\newcommand{\bvec}{\mathbf b}\) \(\newcommand{\cvec}{\mathbf c}\) \(\newcommand{\dvec}{\mathbf d}\) \(\newcommand{\dtil}{\widetilde{\mathbf d}}\) \(\newcommand{\evec}{\mathbf e}\) \(\newcommand{\fvec}{\mathbf f}\) \(\newcommand{\nvec}{\mathbf n}\) \(\newcommand{\pvec}{\mathbf p}\) \(\newcommand{\qvec}{\mathbf q}\) \(\newcommand{\svec}{\mathbf s}\) \(\newcommand{\tvec}{\mathbf t}\) \(\newcommand{\uvec}{\mathbf u}\) \(\newcommand{\vvec}{\mathbf v}\) \(\newcommand{\wvec}{\mathbf w}\) \(\newcommand{\xvec}{\mathbf x}\) \(\newcommand{\yvec}{\mathbf y}\) \(\newcommand{\zvec}{\mathbf z}\) \(\newcommand{\rvec}{\mathbf r}\) \(\newcommand{\mvec}{\mathbf m}\) \(\newcommand{\zerovec}{\mathbf 0}\) \(\newcommand{\onevec}{\mathbf 1}\) \(\newcommand{\real}{\mathbb R}\) \(\newcommand{\twovec}[2]{\left[\begin{array}{r}#1 \\ #2 \end{array}\right]}\) \(\newcommand{\ctwovec}[2]{\left[\begin{array}{c}#1 \\ #2 \end{array}\right]}\) \(\newcommand{\threevec}[3]{\left[\begin{array}{r}#1 \\ #2 \\ #3 \end{array}\right]}\) \(\newcommand{\cthreevec}[3]{\left[\begin{array}{c}#1 \\ #2 \\ #3 \end{array}\right]}\) \(\newcommand{\fourvec}[4]{\left[\begin{array}{r}#1 \\ #2 \\ #3 \\ #4 \end{array}\right]}\) \(\newcommand{\cfourvec}[4]{\left[\begin{array}{c}#1 \\ #2 \\ #3 \\ #4 \end{array}\right]}\) \(\newcommand{\fivevec}[5]{\left[\begin{array}{r}#1 \\ #2 \\ #3 \\ #4 \\ #5 \\ \end{array}\right]}\) \(\newcommand{\cfivevec}[5]{\left[\begin{array}{c}#1 \\ #2 \\ #3 \\ #4 \\ #5 \\ \end{array}\right]}\) \(\newcommand{\mattwo}[4]{\left[\begin{array}{rr}#1 \amp #2 \\ #3 \amp #4 \\ \end{array}\right]}\) \(\newcommand{\laspan}[1]{\text{Span}\{#1\}}\) \(\newcommand{\bcal}{\cal B}\) \(\newcommand{\ccal}{\cal C}\) \(\newcommand{\scal}{\cal S}\) \(\newcommand{\wcal}{\cal W}\) \(\newcommand{\ecal}{\cal E}\) \(\newcommand{\coords}[2]{\left\{#1\right\}_{#2}}\) \(\newcommand{\gray}[1]{\color{gray}{#1}}\) \(\newcommand{\lgray}[1]{\color{lightgray}{#1}}\) \(\newcommand{\rank}{\operatorname{rank}}\) \(\newcommand{\row}{\text{Row}}\) \(\newcommand{\col}{\text{Col}}\) \(\renewcommand{\row}{\text{Row}}\) \(\newcommand{\nul}{\text{Nul}}\) \(\newcommand{\var}{\text{Var}}\) \(\newcommand{\corr}{\text{corr}}\) \(\newcommand{\len}[1]{\left|#1\right|}\) \(\newcommand{\bbar}{\overline{\bvec}}\) \(\newcommand{\bhat}{\widehat{\bvec}}\) \(\newcommand{\bperp}{\bvec^\perp}\) \(\newcommand{\xhat}{\widehat{\xvec}}\) \(\newcommand{\vhat}{\widehat{\vvec}}\) \(\newcommand{\uhat}{\widehat{\uvec}}\) \(\newcommand{\what}{\widehat{\wvec}}\) \(\newcommand{\Sighat}{\widehat{\Sigma}}\) \(\newcommand{\lt}{<}\) \(\newcommand{\gt}{>}\) \(\newcommand{\amp}{&}\) \(\definecolor{fillinmathshade}{gray}{0.9}\)- B1: Cargo y Ley de Coulomb
- El cargo es una propiedad de la materia. Hay dos tipos de carga, positiva “+” y negativa “-”. Un objeto puede tener carga positiva, carga negativa o ninguna carga en absoluto. Una partícula que tiene carga hace que exista un vector fuerza por carga de posible víctima en cada punto de la región del espacio alrededor de sí misma.
- B2: El Campo Eléctrico - Descripción y Efecto
- Un campo eléctrico es una entidad invisible que existe en la región alrededor de una partícula cargada. Se provoca que exista por la partícula cargada. El efecto de un campo eléctrico es ejercer una fuerza sobre cualquier partícula cargada (distinta de la partícula cargada que provoca la existencia del campo eléctrico) que se encuentra en un punto del espacio en el que existe el campo eléctrico. El campo eléctrico en un punto vacío en el espacio es la fuerza por carga de la posible víctima en ese punto vacío en el espacio.
- B3: El campo eléctrico debido a una o más cargas puntuales
- Una partícula cargada (también conocida como carga puntual, también conocida como carga fuente) hace que exista un campo eléctrico en la región del espacio alrededor de sí misma. Esta es la Ley de Coulomb para el Campo Eléctrico en forma conceptual.
- B4: Conductores y Campo Eléctrico
- Un conductor ideal está lleno de partículas cargadas que son perfectamente libres de moverse dentro del conductor. Como todas las muestras macroscópicas de material, un conductor ideal consiste en una gran cantidad de carga positiva y, cuando es neutral, la misma cantidad de carga negativa. Cuando no es neutral, hay un pequeño desequilibrio fraccional de una manera u otra. En un conductor ideal, alguna fracción apreciable de la carga es completamente libre de moverse dentro del material conductor.
- B5: Trabajo realizado por el Campo Eléctrico y el Potencial Eléctrico
- Cuando una partícula cargada se mueve de una posición en un campo eléctrico a otra posición en ese mismo campo eléctrico, el campo eléctrico funciona en la partícula.
- B6: El potencial eléctrico debido a una o más cargas puntuales
- El potencial eléctrico debido a una carga puntual viene dado por
- B7: Superficies equipotenciales, conductores y voltaje
- Consideremos una región del espacio en la que exista un campo eléctrico. Enfoca tu atención en un punto específico en ese campo eléctrico, llámenlo punto A.
- B8: Capacitores, dieléctricos y energía en capacitores
- La capacitancia es una característica de un objeto conductor. La capacitancia también es una característica de un par de objetos conductores.
- 9B: Corriente Eléctrica, CEM y Ley de Ohm
- Comenzamos ahora nuestro estudio de los circuitos eléctricos. Un circuito es una trayectoria conductora cerrada a través de la cual fluye la carga. En los circuitos, la carga da vueltas en bucles.
- B10: Resistencias en Serie y Paralelo; Medición de I y V
- El análisis de un circuito implica la determinación del voltaje a través y de la corriente a través de los elementos del circuito en ese circuito.
- B11: Resistividad y Potencia
- Para las resistencias que se ajustan a la Ley de Ohm, la resistencia depende de la naturaleza del material del que está hecha la resistencia y del tamaño y forma de la resistencia. La energía se transforma de energía eléctrica potencial en energía térmica cuando se aplica un voltaje a la resistencia. El campo eléctrico ejerce una fuerza sobre los portadores de carga dentro del asiento de EMF en la dirección opuesta a la dirección en la que van los portadores de carga.
- B12: Reglas de Kirchhoff, voltaje de terminal
- Hay dos leyes de análisis de circuitos que son tan simples que puedes considerarlas “declaraciones de lo obvio” y sin embargo tan poderosas como para facilitar el análisis de circuitos de gran complejidad conocidos como Leyes de Kirchhoff. El primero, conocido como “Kirchhoff's Voltage Law” o “The Loop Rule” establece que, comenzando en un conductor, si arrastras la punta del dedo alrededor de cualquier bucle del circuito hacia el conductor original, la suma de los cambios de voltaje experimentados por la yema del dedo será cero.
- B13: Circuito RC
- Supongamos que conecta un condensador a través de una batería y espera hasta que el condensador se cargue en la medida en que el voltaje a través del condensador sea igual al Vo EMF de la batería. Además supongamos que quita el condensador de la batería.
- B14: Capacitores en serie y paralelo
- El método de circuitos cada vez más simples que usamos para circuitos con más de una resistencia también se puede usar para circuitos que tienen más de un condensador.
- B15: Introducción al campo magnético: Efectos
- Comenzamos ahora nuestro estudio del magnetismo, y, de manera análoga a la forma en que iniciamos nuestro estudio de la electricidad, comenzamos discutiendo el efecto de un campo magnético dado sin explicar primero cómo se podría hacer que existiera tal campo magnético.
- B16: Campo Magnético: Más Efectos
- El campo eléctrico y el campo magnético no son lo mismo. Un dipolo eléctrico con carga positiva en un extremo y carga negativa en el otro no es lo mismo que un dipolo magnético que tiene un polo norte y un polo sur.
- B17: Campo Magnético: Causas
- Este capítulo trata sobre magnetismo pero pensemos en nuestra introducción para cobrar por un momento. Hablamos del campo eléctrico antes de decir mucho sobre lo que lo causó.
- B18: Ley de Faraday y Ley de Lenz
- ¿Recuerdas el Principio de Arquímedes? Pudimos decir algo simple, específico y útil sobre un fenómeno complicado.
- B19: Inducción, Transformadores y Generadores
- En este capítulo proporcionamos ejemplos elegidos para familiarizarte aún más con la Ley de Inducción de Faraday y la Ley de Lenz.
- B20: Ley de Faraday y extensión de Maxwell a la ley de Ampere
- Considere el caso de una partícula cargada que se mueve cerca de un imán de barra móvil como se muestra en el siguiente diagrama
- B21: La naturaleza de las ondas electromagnéticas
- Cuando dejamos de hablar del siguiente circuito:
- B22: Principio de Huygens e Interferencia de 2 Ranuras
- Considera a un profesor parado frente a la habitación sosteniendo un extremo de un trozo de cuerda que se extiende, excepto el hundimiento, horizontalmente lejos de ella en lo que llamaremos la dirección hacia adelante.
- B23: Difracción de hendidura simple
- La difracción de hendidura simple es otro fenómeno de interferencia. Si, en lugar de crear una máscara con dos hendiduras, creamos una máscara con una hendidura, y luego la iluminamos, encontramos, bajo ciertas condiciones, que nuevamente obtenemos un patrón de bandas claras y oscuras.
- B24: Interferencia de Película Delgada
- Como el nombre y el contexto lo implican, la interferencia de película delgada es otro fenómeno de interferencia que involucra la luz.
- B25: Polarización
- La dirección de polarización de la luz se refiere a las dos direcciones o a una de las dos direcciones en las que oscila el campo eléctrico. Para el caso de la luz completamente polarizada siempre hay dos direcciones que podrían llamarse la dirección de polarización.
- B26: Óptica Geométrica, Reflexión
- Pasamos ahora a una rama de la óptica conocida como óptica geométrica y también conocida como óptica de rayos.
- B27: Refracción, Dispersión, Reflexión Interna
- Cuando hablamos de interferencia de película delgada, dijimos que cuando la luz encuentra una interfaz suave entre dos medios transparentes, parte de la luz pasa, y algunos rebotan.
- B28: Lentes Delgadas - Rastreo de Rayos
- Una lente es una pieza de material transparente cuyas superficies han sido conformadas de manera que, cuando la lente está en otro material transparente (llamarlo medio 0), la luz que viaja en el medio 0, al pasar por la lente, es redirigida para crear una imagen de la fuente de luz.
- B29: Lentes Delgadas - Ecuación de Lente, Potencia Óptica
- A partir de los métodos de trazado de rayos de lente delgada desarrollados en el último capítulo, podemos derivar expresiones algebraicas que relacionan cantidades como la distancia del objeto, la distancia focal, la distancia de la imagen y el aumento.
- B30: El campo eléctrico debido a una distribución continua de carga en una línea
- Recordemos que la Ley de Coulomb para el Campo Eléctrico da una expresión para el campo eléctrico, en un punto vacío en el espacio, debido a una partícula cargada. Ha tenido práctica para encontrar el campo eléctrico en un punto vacío en el espacio debido a una sola partícula cargada y debido a varias partículas cargadas. En este último caso, simplemente calculó la contribución al campo eléctrico en un punto vacío en el espacio debido a cada partícula cargada, y luego agregó las contribuciones individuales.
- B31: El potencial eléctrico debido a una distribución continua de carga
- Hemos definido el potencial eléctrico como potencial eléctrico-energía-porcarga. La energía potencial se definió como la capacidad, de un objeto para hacer trabajo, poseída por el objeto por su posición en el espacio.
- B32: Cálculo del Campo Eléctrico a partir del Potencial Eléctrico
- El plan aquí es desarrollar una relación entre el campo eléctrico y el potencial eléctrico correspondiente que permita calcular el campo eléctrico a partir del potencial eléctrico.
- B33: Ley de Gauss
- La Ley de Gauss establece que el número de líneas de campo eléctrico que asoman hacia afuera a través de una superficie imaginaria cerrada es proporcional a la carga encerrada por la superficie. Una superficie cerrada es aquella que divide el universo en dos partes: dentro de la superficie y, fuera de la superficie. Para ser cerrada, una superficie tiene que abarcar un volumen de espacio vacío. Una superficie en forma de hoja plana de papel no sería una superficie cerrada. Una superficie cerrada imaginaria a menudo se denomina superficie gaussiana.
- B34: Ejemplo de Ley de Gauss
- Terminamos el último capítulo usando la Ley de Gauss para encontrar el campo eléctrico debido a una carga puntual.
- B35: Revisión de la Ley de Gauss para el Campo Magnético y la Ley de Amperios
- ¿Recuerdas la Ley de Gauss para el campo eléctrico? Es la que, en términos conceptuales, establece que el número de líneas de campo eléctrico que asoman hacia afuera a través de una superficie cerrada es proporcional a la cantidad de carga eléctrica dentro de la superficie cerrada.
- B36: La Ley Biot-Savart
- La Ley Biot-Savart nos proporciona una manera de encontrar el campo magnético en un punto vacío en el espacio, llamémoslo punto P, debido a la corriente en el cable.
- B37: Ecuaciones de Maxwell
- En este capítulo, el plan es resumir gran parte de lo que sabemos sobre la electricidad y el magnetismo de una manera similar a la forma en que James Clerk Maxwell resumió lo que se sabía sobre la electricidad y el magnetismo cerca de finales del siglo XIX. Maxwell no sólo organizó y resumió lo que se sabía, sino que sumó al conocimiento. De su trabajo, tenemos un conjunto de ecuaciones conocidas como Ecuaciones de Maxwell. Su obra culminó con el descubrimiento de que la luz son ondas electromagnéticas.
Miniaturas: Relámpago sobre las afueras de Oradea, Rumania, durante la tormenta eléctrica del 17 de agosto de 2005 que provocó grandes inundaciones repentinas sobre el sur de Rumania. (Domani Público; Nelumadau).