Electromagnetismo y Circuitos: Leyes de Faraday, Lorentz, Kirchhoff, Thévenin y Norton

En los imanes se distinguen polos norte y sur. Los polos iguales se repelen y los distintos se atraen. Los polos magnéticos siempre aparecen juntos, de modo que al partir un imán aparecen dos nuevos polos norte y sur. La fuerza magnética se caracteriza mediante el campo magnético B, cuyas líneas de campo salen del polo norte y entran en el polo sur. La carga eléctrica que se desplaza con la velocidad v en presencia de un campo magnético B experimenta la fuerza de Lorentz: F = q v × B.

♦ La inducción electromagnética consiste en la generación de una diferencia de potencial cuando un conductor se encuentra en presencia de un flujo variable de campo magnético. El flujo magnético se define como: Φ = B · S · cos θ, donde S es un vector perpendicular a la superficie encerrada por el conductor y θ es el ángulo entre B y S. Faraday observó que solo se genera corriente cuando el imán se mueve respecto a la espira, es decir, cuando el flujo magnético varía. Este fenómeno se describe mediante la ley de Faraday, que relaciona la fuerza electromotriz inducida con la variación temporal del flujo magnético.

♦ La resistencia es el elemento más sencillo que podemos encontrar en un circuito. Se trata de dispositivos de dos terminales que se oponen en mayor o menor grado al paso de la corriente según su valor R. Las resistencias se caracterizan por ser dispositivos pasivos y de tipo lineal.

♦ La LCK (ley de corrientes de Kirchhoff) es consecuencia del principio de conservación de la carga, y de ella se deduce que la suma de las corrientes que entran a un nodo es igual a la suma de las corrientes que salen. La LVK (ley de voltajes de Kirchhoff) es consecuencia del principio de conservación de la energía: esta ley implica que la suma del potencial ganado es igual a la suma de las pérdidas o caídas de potencial.♦

El teorema de Thévenin dice que cualquier circuito lineal activo (con fuentes), con terminales de salida A y B, puede sustituirse por una sola fuente de voltaje ideal, en serie con la resistencia equivalente. El teorema de Norton dice que cualquier circuito lineal activo, con terminales de salida A y B, puede sustituirse por una sola fuente de corriente ideal, en paralelo con la resistencia equivalente.♦

Un átomo es el constituyente más básico de la materia. En su interior contiene diversos tipos de partículas, repartidas entre el núcleo y los electrones que orbitan alrededor de este. Existen distintos tipos de orbitales atómicos, dependiendo de los niveles energéticos en los que se pueden encontrar los electrones ligados al núcleo atómico. En este contexto, los electrones que contenga el átomo van a ocupar los distintos niveles empezando siempre por los niveles de menor energía.♦

Los sólidos se clasifican según la disposición de sus átomos:

• Amorfo: sin orden, con aplicaciones limitadas como las células solares de calculadoras.
• Policristalino: orden en regiones pequeñas, con buen rendimiento en células solares.
• Monocristalino: orden perfecto, con mejor rendimiento electrónico, usado en microprocesadores y memorias.

♦ El principio de exclusión de Pauli indica que no puede haber más de 2 electrones por nivel energético. Al combinar átomos, los niveles se desdoblan y forman bandas de energía: los niveles altos forman la banda de conducción, los bajos la banda de valencia, y la región sin estados disponibles se llama banda prohibida o gap.♦