Fundamentos de Física: Electricidad, Leyes y Componentes

Fundamentos y Conceptos Básicos

Ciencia y Tecnología

Ciencia: Se encarga de investigar por pura satisfacción.

Tecnología: Se nutre de la ciencia para crear innovaciones que satisfacen las necesidades humanas.

Proceso del Diseño

Etapas del proceso de diseño:

• Búsqueda del problema
• Definición del problema
• Ideación y resolución proyectiva
• Ejecución del diseño
• Evaluación del diseño
• Presentación pública

Prototipo y Maqueta

Prototipo: Reproducción lo más exacto posible del objeto.

Maqueta: Cuando el prototipo no es funcional.

Fuerza Gravitatoria (FG)

Se debe a que la Tierra tiene masa y los cuerpos son atraídos porque también tienen masa.

Leyes Fundamentales de la Electricidad

Ley de Coulomb

Describe la fuerza entre cargas eléctricas:

F = k * |Q*q| / d2

Donde k es la constante de Coulomb (aproximadamente 9 * 10⁹ N·m²/C²).

Despejando Q: Q = F * d2 / (k * q)

Ley de Ohm

Relaciona voltaje, corriente y resistencia:

V = I * R

Otras relaciones:

• Resistencia (R) en función de resistividad (ρ), longitud (l) y área (A): R = ρ * l / A
• Intensidad de corriente (I) en función de carga (q) y tiempo (t): I = q / t

Intensidad de Corriente

Es la carga que pasa por un punto en la unidad de tiempo.

Conceptos de Geometría Aplicada

Fórmulas de Área

• Área del círculo: A = π * r2
• Área del rectángulo: A = l * w (largo por ancho)

Potencial Eléctrico y Carga

Diferencia de Potencial (DDP)

También conocida como Voltaje o Tensión.

Métodos de Carga Eléctrica

• Por Contacto: Poniendo el cuerpo que se quiere cargar en contacto con otro previamente cargado.
• Por Inducción: Aproximando un cuerpo cargado a otro que no lo está.

Coulomb

Primer científico que estudió los fenómenos eléctricos cuantitativos.

Prefijos Comunes

• Micro (μ): 10^-6
• Nano (n): 10^-9
• Pico (p): 10^-12

Corriente Eléctrica

Flujo continuo de electrones.

• Materiales conductores (ej: metal) permiten el flujo.
• Materiales aislantes (ej: plástico) impiden el flujo.

Fuerza Eléctrica

Magnitud vectorial que puede tener signo (+/-) dependiendo de la dirección o el tipo de carga.

Dirección del Campo Magnético

En un imán o solenoide:

• Exterior: Del polo Norte al polo Sur.
• Interior: Del polo Sur al polo Norte.

Circuitos Eléctricos: Resistencia

Asociación de Resistencias

• En Serie: La resistencia total (R_total) es la suma de las resistencias individuales: Rtotal = R1 + R2 + ...
• En Paralelo: El inverso de la resistencia total es la suma de los inversos de las resistencias individuales: 1/Rtotal = 1/R1 + 1/R2 + ...

Aparatos Eléctricos vs. Electrónicos

• En un aparato eléctrico, la energía eléctrica se transforma en cualquier otra forma de energía (calor, luz, movimiento, etc.).
• En un aparato electrónico, la energía se utiliza para recibir, transformar o emitir información. Estos dispositivos procesan información de una manera que los aparatos eléctricos simples no hacen.

Tolerancia de Resistores

La tolerancia indica el rango de variación del valor nominal de la resistencia.

• Banda Dorada: ±5%
• Banda Plateada: ±10%

Cálculo del valor de tolerancia (ej. para 5%): Valor Nominal * 5 / 100

Rango de valores posibles: Valor Nominal + Tolerancia y Valor Nominal - Tolerancia

Definición de Resistencia

Oposición al paso de la intensidad de corriente.

Resistencia Variable

Resistores cuyo valor puede cambiar.

Termistores (Resistencia Variable con la Temperatura)

• NTC (Negative Temperature Coefficient): Si la Temperatura (T) sube, la Resistencia (R) baja. Si T baja, R sube.
• PTC (Positive Temperature Coefficient): Si la Temperatura (T) sube, la Resistencia (R) sube. Si T baja, R baja.

Fotoresistores (Resistencia Variable con la Luz)

Su resistencia varía en función de la intensidad de la luz incidente.

Tipos de Resistores

• Fija
• Variable
• Variable con la temperatura (Termistor)
• Variable con la luz (Fotoresistor)

Componentes Electrónicos

Símbolo del LED

LED = Light Emitting Diode (Diodo Emisor de Luz)

[Símbolo del LED no proporcionado en texto original, se mantiene la descripción]

Símbolo del Diodo

[Símbolo del Diodo no proporcionado en texto original, se mantiene la descripción]

Polarización del Diodo

• Directa
• Inversa