Electricidad y magnetismo

Desde cero: carga, corriente y voltaje

La carga eléctrica puede ser positiva o negativa; cargas del mismo signo se repelen y de signos opuestos se atraen. La carga se conserva en un sistema aislado. La ley de Coulomb describe la fuerza entre cargas puntuales: F = kabs(q₁q₂)/r².

La corriente es carga por tiempo, I = Δq/Δt. El voltaje representa energía potencial por unidad de carga. En un resistor óhmico bajo condiciones constantes, V = IR; resistencia no es lo mismo que corriente ni que voltaje.

Aplicación: circuitos y potencia

En serie, todos los resistores llevan la misma corriente y sus resistencias se suman. En paralelo, comparten el mismo voltaje y la corriente se divide entre ramas: 1/R equivalente = suma de 1/R de cada rama.

La potencia eléctrica es P = VI. En un resistor óhmico también puede escribirse I²R o V²/R. Un kilowatt-hora mide energía, no potencia: combina potencia con tiempo.

Reto: campos e inducción

El campo eléctrico indica la fuerza por unidad de carga de prueba positiva: E = F/q. Una carga en movimiento puede experimentar fuerza magnética F = abs(q)vB sen θ. La fuerza magnética es perpendicular a la velocidad y no realiza trabajo sobre una carga puntual por sí sola.

Una corriente genera campo magnético. Un cambio de flujo magnético induce una fuerza electromotriz; la ley de Lenz indica que la respuesta se opone al cambio de flujo que la produce. Un campo constante no induce por sí solo corriente en una espira inmóvil de geometría fija.

Sigue el razonamiento

Un resistor de 4 Ω se conecta a una diferencia de potencial de 12 V. I = V/R = 12/4 = 3 A.

Esto significa que circulan 3 coulombs por segundo. La energía transferida por cada coulomb es 12 J, no 3 J.

Sigue el razonamiento

Dos resistores de 2 y 4 Ω en serie tienen R equivalente = 6 Ω. Con 12 V, la corriente es 2 A y las caídas son 4 y 8 V.

Si esos resistores se conectaran en paralelo a 12 V, cada uno tendría 12 V y las corrientes serían 6 y 3 A. La conexión modifica las relaciones.

1. Dos cargas puntuales positivas se acercan. La fuerza eléctrica entre ellas es:

1. Atractiva
2. Repulsiva
3. Siempre nula
4. Gravitatoria exclusivamente

2. Dos resistores de 3 y 5 Ω están en serie. Su resistencia equivalente es:

1. 2 Ω
2. 1.875 Ω
3. 15 Ω
4. 8 Ω

3. Una carga de 2 C recibe una fuerza eléctrica de 8 N. ¿Cuál es la magnitud del campo en ese punto?

1. 16 N/C
2. 4 N/C
3. 0.25 N/C
4. 10 N/C