Fenómenos Electromagnéticos y Ondulatorios: Conceptos y Aplicaciones

Electricidad y Magnetismo

Conceptos Básicos

Electricidad

Electricidad: Manifestación de la energía.

Electrostática: Estudia las cargas eléctricas en reposo.

Electrodinámica: Estudia las cargas eléctricas en movimiento.

Magnetismo

Electromagnetismo: Relación entre las corrientes eléctricas y el campo magnético.

Interacciones de Cargas

Las cargas del mismo signo se repelen y las cargas de signo contrario se atraen.

Tipos de Corriente

Corriente alterna: Fluye en direcciones opuestas cambiando rápidamente la dirección muchas veces por segundo.

Corriente directa: Fluye en una sola dirección en los alambres.

Formas de Electrificación

• Frotamiento: Forma sencilla de cargar eléctricamente un objeto.
• Contacto: Se origina cuando un objeto con exceso de electrones cede algunos de estos a otro objeto con el cual tiene contacto.
• Inducción: Se presenta cuando un objeto se carga eléctricamente al acercarse a otro ya electrificado, sin llegar al contacto.

Fuentes de Energía Eléctrica

Energía Renovable

• Termoeléctrica: Instalación empleada en la generación de energía eléctrica a partir de la energía liberada en forma de calor.
• Eólica: Se basan en la utilización del viento como energía primaria para la producción de energía eléctrica.
• Hidroeléctrica: Utiliza energía hidráulica para la generación de energía eléctrica.
• Geotermoeléctrica: Lugar donde se aprovecha el calor interno de la Tierra.
• Solar: Instalaciones destinadas a aprovechar la radiación del Sol para generar energía eléctrica.

Energía No Renovable

Nucleoeléctrica: Instalación industrial empleada para la generación de energía eléctrica a partir de la energía nuclear.

Personajes Clave en el Electromagnetismo

• Alessandro Volta: Elaboró la primera pila eléctrica del mundo.
• Hans Christian Oersted: Empujó accidentalmente una brújula que se encontraba bajo un alambre conectado a una pila, el cual conducía una corriente eléctrica continua o directa.
• André Marie Ampère: Descubrió que el campo magnético podía intensificarse al enrollar el alambre conductor en forma de bobina.
• Joseph Henry: Descubrió el electroimán.
• Michael Faraday: Inventó el generador eléctrico.
• Théophile Gramme: Construyó el primer generador eléctrico o dinamo capaz de transformar la energía eléctrica.
• Nikola Tesla: Inventó el motor de inducción.
• Heinrich Lenz: Estableció una ley que lleva su nombre.

Conceptos Fundamentales del Electromagnetismo

• Espira: Se obtiene al doblar en forma circular un conductor recto.
• Solenoide o bobina: Se obtiene al enrollar un alambre en forma helicoidal.
• Ley de Lenz: Siempre que se induce una fem, la corriente inducida tiene un sentido tal que tiende a oponerse a la causa que la produce.
• Ley de Faraday: La fem inducida en un circuito formado por un conductor o una bobina es directamente proporcional al número de líneas de fuerza magnética cortadas en un segundo.

La Luz y las Ondas

Teorías sobre la Naturaleza de la Luz

• Teoría Corpuscular: La luz está constituida por numerosos corpúsculos o partículas emitidas por cualquier cuerpo luminoso (Isaac Newton).
• Teoría Ondulatoria: La luz es un fenómeno ondulatorio semejante al sonido.

Propiedades de la Luz

• Propagación Rectilínea: La luz viaja en línea recta.
• Reflexión: Cuando la superficie es lisa como en un espejo, los rayos son reflejados o rechazados en una sola dirección y sentido.
• Refracción: Desviación que sufren los rayos luminosos cuando llegan a la superficie de separación entre sustancias o medios de diferente densidad.
• Fenómeno de Interferencia: Se produce cuando se superponen en forma simultánea dos o más trenes de onda.
• Difracción: Comprueba que la propagación de la luz es por medio de ondas.

Clasificación de los Materiales según su Interacción con la Luz

• Opaco: No permite el paso de la luz a través de él; si recibe rayos luminosos, proyectará una sombra definida.
• Transparente: Permite el paso de rayos luminosos, por lo que se ve con claridad cualquier objeto situado al otro lado de él.
• Translúcido: Deja pasar luz, pero la difunde de tal manera que las cosas no pueden ser distinguidas claramente a través de él.

Espejos y Lentes

Espejos Esféricos

Casquetes de una esfera hueca, las cuales reflejan los rayos luminosos que inciden en ellos.

• Cóncavos: Si la superficie reflectora es la interior.
• Convexos: Si la superficie reflectora es la exterior.

Lentes

Cuerpos transparentes limitados por dos superficies esféricas o por una esférica y una plana.

• Divergentes: El espesor disminuye de los bordes hacia el centro.
• Convergentes: Su espesor va disminuyendo del centro hacia los bordes.

Características de las Ondas

• Tren de ondas: Onda que avanza por las partículas de la cuerda.
• Longitud de onda: Distancia entre dos frentes de onda que están en la misma fase.
• Frecuencia: Número de veces por segundo en el cual se realiza un ciclo completo de una onda.
• Periodo: Tiempo que tarda en realizarse un ciclo de la onda.
• Nodo: Punto donde la onda cruza la línea de equilibrio.
• Elongación: Distancia entre cualquier punto de una onda y su posición de equilibrio.
• Amplitud de onda: Máxima elongación o alejamiento de su posición de equilibrio.
• Rapidez de Propagación: Aquella con la cual se propaga un pulso a través de un medio.
• Efecto Doppler: Consiste en un cambio aparente en la frecuencia de un sonido durante el movimiento relativo entre el observador y la fuente sonora.

El Espectro Electromagnético

• Microondas: Se emplean para transmisiones telefónicas o de televisión vía satélite.
• Rayos Infrarrojos: Rayos térmicos; cualquier cuerpo que esté a una cierta temperatura mayor a 0 K los emite.
• Luz Visible: Solo una porción de los distintos rayos que conforman el espectro electromagnético, y son los únicos que pueden percibir el ojo humano.
• Luz Ultravioleta: Recibe también el nombre de luz negra porque no la advierte el ojo humano.
• Rayos X: Se generan cuando un haz de electrones que viaja a gran velocidad al alto vacío es frenado bruscamente al chocar con un obstáculo.
• Rayos Gamma: Los rayos gamma se producen durante las transformaciones nucleares.

Ondas Sonoras

Ondas Sonoras: Ondas mecánicas longitudinales, toda vez que las partículas del medio material vibran paralelamente a la dirección de propagación de la onda.