Fundamentos de Electromagnetismo: Magnetismo, Circuitos y Partículas Cargadas

Conceptos Clave en Magnetismo y Electricidad

Diferencias entre Materiales Antiferromagnéticos y Ferrimagnéticos

Material Antiferromagnético:

Si los momentos magnéticos alineados antiparalelamente son iguales, el momento magnético resultante es cero y la sustancia se denomina antiferromagnética.

Material Ferrimagnético:

Si los momentos magnéticos atómicos dispuestos antiparalelamente son distintos, el material presenta un momento magnético neto y se denomina ferrimagnético.

Almacenamiento de Aparatos Delicados frente a Campos Eléctricos Externos

Si le piden que almacene un aparato delicado que no puede ser expuesto a campos eléctricos externos, ¿cómo lo haría?

Se haría con un material ferromagnético, que puede apantallar los campos magnéticos externos.

La Fuerza Magnética y la Energía Cinética de una Partícula Cargada

¿Por qué la fuerza magnética que actúa sobre una partícula cargada en movimiento no cambia su energía cinética?

Sabemos que el trabajo (*W*) es igual al cambio en la energía cinética (Δ*EC*). Como el trabajo de la fuerza magnética es nulo (la fuerza magnética es siempre perpendicular a la dirección del movimiento de la partícula), por tanto, Δ*EC* = 0. El campo magnético solo cambia la dirección y el sentido de la velocidad, pero no su módulo.

Generación de Corriente Alterna

Explicar brevemente cómo se puede generar una corriente alterna.

Una corriente alterna o una fuerza electromotriz (FEM) sinusoidal se puede generar con una bobina que está girando en el seno de un campo magnético uniforme. Así, el flujo magnético (*Φ*m) a través de la bobina es:

Φm = NBAcos(θ)

Donde *N* es el número de espiras, *B* es la intensidad del campo magnético, *A* es el área de la espira y *θ* es el ángulo entre el vector normal a la espira y el campo magnético.

Aplicando la Ley de Faraday-Henry, la variación de este flujo genera una FEM inducida, que es una corriente alterna.

Principios Físicos de las Leyes de Kirchhoff

¿En qué principio físico se basan cada una de las dos Leyes de Kirchhoff?

• Primera Ley de Kirchhoff (Ley de Nudos): Se basa en la conservación de la carga eléctrica. En un nudo, la suma de las corrientes que entran es igual a la suma de las corrientes que salen; las cargas no pueden acumularse ni desaparecer.
• Segunda Ley de Kirchhoff (Ley de Mallas): Se basa en la conservación de la energía. En una malla cerrada, la suma algebraica de las diferencias de potencial (voltajes) es cero. Esto significa que una carga que parte de un punto con una determinada energía debe llegar al mismo punto, después de recorrer la malla, con la misma energía.

Resonancia en un Circuito Serie RCL y Potencia Media

¿Qué es la resonancia en un circuito serie RCL y cuánto vale en este caso la potencia media?

La resonancia se produce en un circuito serie RCL cuando la reactancia inductiva (*XL*) es igual a la reactancia capacitiva (*XC*).

En este estado de resonancia, se cumplen las siguientes condiciones:

• La impedancia total del circuito es mínima.
• La corriente eléctrica es máxima.
• El factor de potencia (cos(*φ*)) es 1, ya que el ángulo de fase (*φ*) es 0.
• La potencia media (*P*) es máxima, calculada como *P* = *I*ef *V*ef cos(*φ*), donde *I*ef y *V*ef son los valores eficaces de la corriente y el voltaje, respectivamente.

Variación de Velocidad y Energía de una Partícula Cargada en un Campo Magnético Uniforme

¿Cómo varía la velocidad de una partícula cargada cuando se mueve en un campo magnético uniforme? ¿Cómo varía su energía? Razonar las respuestas.

La velocidad de la partícula cargada, al verse sometida a la fuerza magnética, variará en dirección y sentido, pero no en módulo. Esto se debe a que la fuerza magnética es siempre perpendicular a la dirección de la velocidad de la partícula.

Como el módulo de la velocidad no varía, la energía cinética de la partícula tampoco varía. Esto también se puede apreciar porque la fuerza magnética no realiza trabajo sobre la partícula, ya que el trabajo es el producto escalar de la fuerza por el desplazamiento, y al ser perpendiculares, el trabajo es nulo.