Propiedades de los Materiales, Electromagnetismo y Óptica: Un Compendio

Propiedades de los Materiales

Enlaces Químicos

• Enlace Iónico (M+NM): Forman redes cristalinas, sólidos duros, solubles en agua. No conducen la electricidad en estado sólido, pero sí fundidos o disueltos. Tienen puntos de fusión y ebullición altos.
• Enlace Covalente (NM+NM): Pueden ser gases o líquidos con fuerzas débiles entre moléculas. Los polares son solubles en agua, los apolares poco solubles. Malos conductores de electricidad, con puntos de fusión y ebullición bajos.
• Enlace Metálico (M+M): Sólidos, maleables, insolubles en agua, muy buenos conductores de electricidad. Tienen puntos de fusión y ebullición altos.

Formas del Carbono

Diamante y grafito: sólidos, no conductores, con puntos de fusión y ebullición altos.

Consideraciones Adicionales: A menor tamaño atómico (Cm), mayor energía de ionización, mayor electronegatividad y menor radio atómico. Moléculas apolares (2,2,0 lineal), (3,3,0 triangular plana), (4,4,0 tetraédrica); Moléculas polares (4,3,1 piramidal trigonal), (4,2,2 angular). Las moléculas polares presentan enlaces de hidrógeno (H, F, N, O) o fuerzas de Van der Waals. Las apolares presentan fuerzas de London.

Electromagnetismo

Ley de Coulomb

Dos cuerpos cargados experimentan fuerzas de atracción o repulsión entre sí. Cargas de signos opuestos se atraen, mientras que cargas del mismo signo se repelen. La fuerza de atracción o repulsión entre dos cuerpos puntuales cargados es directamente proporcional al producto de sus cargas e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que los separa.

Un culombio (C) es la cantidad de carga eléctrica que atraviesa en un segundo un conductor por el que circula una corriente de un amperio (A). La carga se conserva, no se crea ni se destruye, simplemente se transfiere de un cuerpo a otro a través de los electrones. La carga está cuantizada, es decir, la cantidad de carga de cualquier cuerpo es siempre un múltiplo de la carga del electrón.

Leyes de Kepler

Primera Ley (Ley de las Órbitas)

Los planetas se mueven en órbitas elípticas, con el Sol en uno de sus focos.

Segunda Ley (Ley de las Áreas)

El radio vector que une el Sol con un planeta barre áreas iguales en tiempos iguales.

Tercera Ley (Ley de los Periodos)

Los cuadrados de los periodos de revolución de los planetas alrededor del Sol son proporcionales a los cubos de sus distancias medias al Sol.

Deducción de la Tercera Ley

Se deduce suponiendo órbitas planetarias bajo la fuerza gravitacional del Sol, aplicando la segunda ley de Newton (F=ma), considerando la aceleración centrípeta (a_c = (2π/T)²·r) y la ley de gravitación universal de Newton (F = G·M·m/d²).

Ley de Biot-Savart

Estudia las acciones entre corrientes y formula matemáticamente la ley. Ampère investigó y Biot-Savart formularon la ley que lleva su nombre, la cual permite calcular la intensidad del campo magnético (B) creado por una corriente rectilínea e indefinida. Para un conductor rectilíneo e indefinido por el que circula una corriente, Biot-Savart establecieron que la intensidad del campo magnético (B) creado por la corriente en la posición de cada uno de los polos de una aguja imantada colocada en sus proximidades tiene las siguientes características: es perpendicular al plano que pasa por el polo y la corriente, directamente proporcional a la intensidad de la corriente, e inversamente proporcional a la distancia del polo a la corriente (B = k I/r). El sentido del campo magnético se obtiene con la regla de la mano derecha: rodeamos el conductor con la mano derecha, de modo que el pulgar apunte en el sentido de la corriente y los demás dedos indiquen el sentido del campo magnético.

Ley de Faraday

Cuando se perturba el equilibrio de un circuito cerrado, ya sea como consecuencia del movimiento relativo de un imán respecto a una bobina, o al cerrar y abrir el interruptor de otro circuito magnéticamente acoplado al primero, la perturbación produce una variación del número de líneas de campo magnético que atraviesan la superficie del circuito. La corriente inducida es tanto más intensa cuanto más rápida es la variación del número de líneas de campo magnético que atraviesan la superficie del circuito. La variación del flujo magnético que atraviesa un circuito crea una fuerza electromotriz inducida (FEM) que es directamente proporcional a la velocidad de cambio del flujo. El sentido de la corriente inducida es tal que, por sus efectos, se opone a la causa que la produce (E = -dΦ/dt ≈ -ΔΦ/Δt).

Óptica

Hipermetropía

La hipermetropía es un defecto visual que causa dificultad para ver de cerca, pero buena visión de lejos. Se corrige con lentes convergentes. El foco imagen se forma detrás de la retina, y el ojo debe acomodarse para ver bien de lejos.

Miopía

La miopía es un defecto visual que causa dificultad para ver de lejos, pero buena visión de cerca, debido a un exceso de convergencia. Se corrige con lentes divergentes. En reposo, el foco imagen no se encuentra en la retina, sino entre esta y el cristalino, lo que impide la formación de una imagen nítida del objeto.