Ley de Coulomb

La fuerza de atracción o repulsión entre dos cargas eléctricas es directamente proporcional al producto de las cargas e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que las separa.

Fórmulas:

F₂₁ = K * Q₁ * Q₂ / r²

F₁₂ = K * Q₁ * Q₂ / r²

Características:

• La fuerza es repulsiva si las cargas son del mismo signo (los vectores F₁₂ y u₁ tienen el mismo sentido al igual que los vectores F₂₁ y u₂). Las cargas se atraen si son de signo contrario.
• Son fuerzas a distancia, no es preciso que exista ningún medio material entre las cargas para que dichas fuerzas actúen.
• Siempre se presentan a pares como anuncia la ley. F₁₂ y F₂₁ tienen igual módulo y dirección pero sentido contrario. F₁₂ = -F₂₁

Un campo eléctrico es una perturbación producida por una carga positiva o negativa en el espacio. La intensidad de campo eléctrico en un punto del espacio es la fuerza que actuaría sobre la unidad de carga positiva situada en ese punto.

Inducción Electromagnética y Experimentos de Faraday

Cuando varía el número de líneas de inducción magnética que atraviesan la superficie de un circuito eléctrico, se origina una corriente eléctrica inducida.

Inducción Electromagnética: Consiste en la aparición de una corriente eléctrica en un circuito cuando varía el número de líneas de inducción magnéticas que lo atraviesan.

Flujo Magnético: Es una medida del número de líneas de inducción que atraviesan una superficie S. Unidad: Weber (Wb)

Ley de Lenz: El sentido de la corriente inducida es tal que se opone a la causa que la produce.

Ley de Faraday: La fuerza electromotriz inducida se relaciona con la variación de flujo magnético de esta manera: ε = – (dΦ/dt)

Generadores Eléctricos: El alternador y la dinamo transforman energía mecánica en energía eléctrica gracias a la inducción electromagnética.

Teoría Cuántica y Modelo Atómico de Bohr

Teoría Cuántica de Einstein

La luz no son ondas continuas, sino fotones, que son partículas.

Aunque se sigue utilizando el término «onda electromagnética», Einstein propuso que la luz está compuesta por fotones, que son partículas discretas de energía.

Los fotones, a diferencia de las ondas clásicas, tienen más energía cuanto menor es su longitud de onda.

Modelo Atómico de Bohr

El átomo solo puede tener ciertos niveles de energía definidos.

Bohr estableció que los electrones solo pueden girar en ciertas órbitas de radios determinados. Estas órbitas son estacionarias, en ellas el electrón no emite energía: la energía cinética del electrón equilibra exactamente la atracción electrostática entre las cargas opuestas de núcleo y electrón.

Los saltos de los electrones desde niveles de mayor energía a otros de menor energía o viceversa suponen, respectivamente, una emisión o una absorción de energía electromagnética (fotones de luz).

Efecto Fotoeléctrico

La emisión de electrones por metales iluminados con luz de determinada frecuencia fue observada a finales del siglo XIX por Hertz y Hallwachs. El proceso por el cual se liberan electrones de un material por la acción de la radiación se denomina efecto fotoeléctrico o emisión fotoeléctrica.

Características esenciales:

• Para cada sustancia hay una frecuencia mínima o umbral de la radiación electromagnética por debajo de la cual no se producen fotoelectrones por más intensa que sea la radiación.
• La emisión electrónica aumenta cuando se incrementa la intensidad de la radiación que incide sobre la superficie del metal, ya que hay más energía disponible para liberar electrones.

En los metales hay electrones que se mueven más o menos libremente a través de la red cristalina, estos electrones no escapan del metal a temperaturas normales porque no tienen energía suficiente. Calentando el metal es una manera de aumentar su energía. Los electrones «evaporados» se denominan termoelectrones, este es el tipo de emisión que hay en las válvulas electrónicas. Un ánodo positivo atraerá a los electrones, si es negativo los repelerá.

Ley de Biot-Savart y Campo Magnético

El campo magnético dB creado por un elemento de corriente Idl en un punto P del espacio viene dado por la ley de Biot y Savart.

Propiedades del campo magnético dB:

• La dirección de dB viene determinada por el producto vectorial Idl x u. Por tanto, el vector dB es perpendicular a dl y también a u, y su sentido viene determinado por la regla de la mano derecha.
• El módulo de dB es directamente proporcional a la intensidad de la corriente I e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia r del elemento de conductor dl al punto P.

Fórmula:

dB = (μ₀/4π) * (Idl senθ / r²)

En 1820 se comunicó el descubrimiento de H.C. Oersted (1777-1851): una corriente eléctrica desviaba la aguja imantada de una brújula. Hasta la experiencia de Oersted los fenómenos eléctricos y magnéticos se estudiaban por separado. Esta experiencia puso de manifiesto que electricidad y magnetismo están estrechamente relacionados.

Fisión Nuclear

Es una reacción en cadena en la que un núcleo pesado se divide en otros dos más ligeros al ser bombardeado con neutrones, en el proceso se liberan más neutrones y gran cantidad de energía.

Ejemplo:

U-235 transformado en U-236 (fórmula no incluida)

Aunque el U-235 es energéticamente menos estable que sus productos de fisión, no se fisiona espontáneamente, necesita una energía de activación que obtiene cuando el núcleo de U-235 captura un neutrón.

Fisión Nuclear Controlada: Se consigue absorbiendo el exceso de neutrones liberados mediante un material adecuado (agua, agua pesada, grafito, berilio) lo cual evita que la reacción prosiga de forma explosiva (esta reacción se produce en las centrales nucleares).

Fisión Nuclear No Controlada (Bomba Atómica): En este caso no existe ningún elemento que absorba el exceso de neutrones y la reacción en cadena no se detiene, por lo que se produce una reacción de forma explosiva, ya que se produce a una velocidad muy elevada y se desprende una gran cantidad de energía.

Los neutrones liberados por la fisión de un núcleo pueden fisionar otros núcleos dando lugar a una reacción en cadena.

Cuando se divide un núcleo de U-235 el neutrón se representa por (símbolo no incluido).

Los productos de esta reacción nuclear presentan un defecto de masa de 0.2154 u, que corresponde a una energía liberada de unos 200 MeV por núcleo de U-235.

Fusión Nuclear

Es una reacción nuclear en la que dos núcleos ligeros se unen para formar otro más pesado. En el proceso se libera gran cantidad de energía.

Ejemplo:

(Fórmula no incluida)

En esta reacción los productos presentan un defecto de masa de 0.0189 u, que corresponde a una energía liberada de 17.6 MeV por átomo de Helio-4.

Tal como sucede en la fisión, para iniciar un proceso de fusión es necesaria una energía de activación, esta energía se proporciona por una energía térmica muy elevada que hace que los núcleos se unan venciendo las repulsiones electrostáticas.

Proceso Controlado: Aún no se ha conseguido de forma rentable, debido a la dificultad de confinar los reactivos a tan altas temperaturas.

Proceso No Controlado: Se produce en la bomba atómica de hidrógeno, ya que se alcanza la temperatura alta necesaria para llevar a cabo la fusión.