#+title: final electromagnetismo
#+author: Federico Polidoro

* Voltaje, corriente, resistencia
** Estructura Atomica
- *Voltaje (V):* Diferencia de potencial eléctrico entre dos puntos. Unidad: Voltio (V). "Presión" que impulsa las cargas.
- *Corriente (I):* Flujo ordenado de cargas eléctricas a través de un conductor. Unidad: Amperio (A). Sentido convencional: del potencial (+) al (-).
- *Resistencia (R):* Oposición que presenta un material al paso de la corriente. Unidad: Ohmio (\Omega).

** Carga eléctrica
- *Estructura Atómica:* Átomo con núcleo (protones+, neutrones) y electrones- en órbitas. La corriente es el movimiento de electrones libres.
- *Carga Eléctrica:* Propiedad fundamental (protón +, electrón -). Unidad: Culombio (C). Corriente (I) = flujo de carga (Q) en el tiempo (t): I = Q/t.

** Voltaje, corriente y resistencia
- Fórmula: V = I * R. El voltaje aplicado es directamente proporcional a la corriente y a la resistencia.

** Fuentes de voltaje y de corriente
- *Fuente de Voltaje:* Mantiene una diferencia de potencial constante entre sus terminales (ej.: pila, batería).
- *Fuente de Corrient:* Suministra una corriente constante (ideal) independiente de la acarga.

** Resistores
- Función: Limitar intencionalmente el paso de corriente y/o dividir voltajes.
- Código de colores: Para identificar su valor en ohmios (\Omega).

** El circuito eléctrico
- Definición: Trayecto cerrado compuesto por una fuente, conductores, resistores y otros elementos, que permite el flujo de corriente.
- Condición esencial: Debe existir un camino cerrado (continuidad) y una diferencia de potencial.

** Mediciones de circuito básicas
- Voltímetro: Se conecta en paralelo con el elemento cuya diferencia de potencial se desea medir.
- Amperímetro: Se conecta en serie con la rama cuya corriente se desea medir.
- Óhmetro: Mide resistencia de un componente aislado (sin energía en el circuito).

* Ley de Ohm
** La relación de corriente, voltaje y resistencia
Las tres variables están vinculadas por la fórmula. Conociendo dos de ellas, se puede calcular la tercera.

** Cálculo de la corriente
Fórmula despejada: I = V / R.

Interpretación: La corriente que circula por un resistor es directamente proporcional al voltaje aplicado e inversamente proporcional a su resistencia.

Ejemplo: Si V = 12V y R = 4\Omega, entonces I = 12V / 4\Omega = 3A.

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** Cálculo del voltaje
Fórmula directa: V = I * R.

Interpretación: La caída de voltaje (o diferencia de potencial) entre los extremos de un resistor es el producto de la corriente que lo atraviesa por su valor resistivo.

Ejemplo: Si I = 2A y R = 5\Omega, entonces V = 2A * 5\Omega = 10V.

** Cálculo de la resistencia
Fórmula despejada: R = V / I.

Interpretación: La resistencia de un componente es la relación (o cociente) entre el voltaje aplicado y la corriente que lo atraviesa.
* Energía y potencia

** Energía y potencia
- Energía (W): Capacidad para realizar trabajo. En electricidad, es la capacidad de un circuito para producir transformaciones (luz, calor, movimiento). Unidad: Julio (J).
- Potencia (P): Rapidez a la que se consume, genera o transfiere energía. Es la energía por unidad de tiempo. Unidad: Vatio (W). Fórmula base: P = W / t.

** Potencia en un circuito eléctrico
Relación fundamental: La potencia eléctrica en un componente es el producto del voltaje aplicado y la corriente que lo atraviesa.

Fórmula principal: P = V * I.

Combinando con la Ley de Ohm (V = I*R), se obtienen formas equivalentes:

- P = I^2 * R (Útil cuando se conoce corriente y resistencia).
- P = V^2 / R (Útil cuando se conoce voltaje y resistencia).

** Potencia nominal en resistores
Es la máxima potencia que un resistor puede disipar en forma de calor sin sufrir daños.

** Conversión de energía y caída de voltaje en una resistencia
- Efecto Joule: En una resistencia, la energía eléctrica se convierte íntegramente en calor.
- Proceso: Los electrones chocan con los átomos del material resistivo al desplazarse, transfiriendo energía cinética que se manifiesta como calor.
- Relación con la caída de voltaje: Esta conversión de energía es la razón de la caída de voltaje (V = I*R). La energía potencial eléctrica "se gasta" al atravesar la resistencia, generando calor y reduciendo el potencial en el circuito. La potencia disipada (P = V*I) cuantifica la tasa de esta conversión.

* Circuitos en serie
Circuito donde los componentes están conectados uno tras otro, formando un único camino para la corriente.

** Resistores en serie
Característica: Se conectan extremo con extremo, sin puntos de derivación entre ellos.

Propiedad principal: La corriente que los atraviesa es la misma para todos.

** Corriente en un circuito en serie
La corriente es idéntica en todos los puntos del circuito y en cada componente.

** Resistencia total en serie
Es la suma aritmética de todas las resistencias individuales.

R_t = R_1 + R_2 + ...

R_t siempre es mayor a la resistencia más grande del conjunto siempre.

** Fuentes de voltaje en serie
Se conectan polaridad con polaridad (+ con -).

Voltaje Total: Es la suma algebraica de sus voltajes. Se suman si están en serie-aiding (polaridades que se refuerzan) y se restan si están en serie-opposing.

Ejemplo (Aiding): Una pila de 9V y una de 1.5V en serie-aiding suman 10.5V.

** Ley del voltaje de Kirchhoff
La suma algebraica de todos los voltajes (subidas y caídas) alrededor de cualquier trayectoria cerrada (malla) en un circuito es cero.

Forma práctica para circuitos en serie: La suma de las caídas de voltaje en los resistores es igual al voltaje total aplicado por la(s) fuente(s).

** Potencia en circuitos en serie
Potencia Total: Suministrada por la fuente, es la suma de las potencias disipadas en cada resistor.

P_t = V_t * I_t = P_1 + P_2 + ...

** Mediciones de voltaje
Método: El voltaje se mide en paralelo con el componente o punto del circuito.

Característica en serie: El voltaje total se divide entre los resistores, proporcionalmente a su valor (a mayor resistencia, mayor caída de voltaje).

* Circuitos en paralelo
 Circuito donde los componentes están conectados entre dos nodos comunes, formando múltiples caminos para la corriente.

** Resistores en paralelo
Todos sus terminales están conectados a dos puntos comunes (nodos). Tienen los mismos dos extremos eléctricos.

** Voltaje en un circuito en paralelo
 El voltaje es idéntico en todos los componentes conectados en paralelo.

** Ley de las corrientes de Kirchhoff
La suma algebraica de todas las corrientes que entran y salen de un nodo (unión) es cero. O, de forma práctica:

#+begin_quote
La suma de las corrientes que entran a un nodo es igual a la suma de las corrientes que salen del mismo nodo.
#+end_quote

** Resistencia total en paralelo
El inverso de la resistencia total es igual a la suma de los inversos de las resistencias individuales.

$( \frac{1}{A} + \frac{1}{b})^{-1}$

La resistencia total en paralelo es siempre menor que la resistencia más pequeña de la combinación.

** Aplicación de la ley de Ohm
Se aplica individualmente a cada rama y la corriente total se calcula como:

$I_t = V_t / R_t$

** Fuentes de corriente en paralelo
Conexión: Se conectan todas las terminales del mismo signo entre sí (todas las + juntas y todas las - juntas).

Corriente Total: Es la suma algebraica de sus corrientes. Se suman si el sentido de la corriente es el mismo y se restan si son opuestos.
Precaución: Las fuentes de voltaje no se conectan típicamente en paralelo de forma directa (a menos que tengan exactamente el mismo valor y características).

** Potencia en circuitos en paralelo
Suministrada por la fuente, es la suma de las potencias disipadas en cada rama paralelo.

* Circuitos en serie-paralelo
#+begin_quote
Circuitos que combinan tanto conexiones en serie como en paralelo. Son los más comunes en aplicaciones prácticas.
#+end_quote

** Identificación de relaciones en serie-paralelo
Reconocer grupos de resistores que están exclusivamente en serie o exclusivamente en paralelo para simplificar el circuito paso a paso.

Estrategia clave:

- En Serie: Dos componentes están en serie si comparten un solo nodo y por ellos fluye la misma corriente.
- En Paralelo: Dos componentes están en paralelo si están conectados entre los mismos dos nodos y tienen el mismo voltaje.
  Técnica: Seguir las trayectorias de la corriente y buscar puntos nodales. Redibujar el circuito puede ayudar a visualizar las relaciones.

** Análisis de circuitos resistivos en serie-paralelo
- Identificar y simplificar: Encontrar grupos de resistencias en serie o paralelo y calcular su resistencia equivalente (R_{eq}).
- Redibujar: Sustituir cada grupo por su R_{eq} para obtener un circuito más simple. Repetir los pasos 1 y 2 hasta obtener una resistencia total (R_{T}).
- Calcular corriente total: Usar la Ley de Ohm con el voltaje de la fuente y R_{T} para hallar la corriente total (I_{T}) que sale de la fuente.
- Expandir (Análisis inverso): Ir "desarmando" el circuito equivalente hacia atrás, aplicando:
- Ley de Ohm (V = I*R) para hallar caídas de voltaje en equivalentes.
- LVK para encontrar voltajes en nodos.
- LCK para encontrar corrientes en ramas paralelo.
- Potencia total: Calcular como P_{T} = V_{fuente} * I_{T}.

* Magnetismo y electromagnetismo
** El campo magnético
Región del espacio donde una carga en movimiento (o un imán) experimenta una fuerza magnética.

** Electromagnetismo
Estudio de la relación entre electricidad y magnetismo. Corriente eléctrica genera campo magnético (experimento de Oersted).

** Dispositivos electromagnéticos
- Electroimán: Bobina (solenoide) con núcleo de material ferromagnético. Campo magnético proporcional a la corriente (I) y al número de vueltas (N).
- Relé: Interruptor accionado por un electroimán.
- Motor CC: Convierte energía eléctrica en mecánica usando fuerza en un conductor dentro de un campo magnético

** Inducción electromagnética
Fenómeno donde un campo magnético variable induce un voltaje (fem) en un conductor (Ley de Faraday).

** Aplicaciones de la inducción electromagnética.
- Generador: Convierte energía mecánica (rotación) en eléctrica mediante inducción en una bobina dentro de un campo magnético.
- Transformador: Transfiere energía entre circuitos mediante inducción mutua. Cambia niveles de voltaje/corriente (V_s/V_p = N_s/N_p).
- Inductores: Almacenan energía en un campo magnético. Se oponen a cambios en la corriente.

* Introducción a la corriente y al voltaje alternos
Magnitudes (voltaje, corriente) que varían en el tiempo de forma periódica, cambiando de polaridad y sentido.

** La forma de onda sinusoidal
Definición: Es la forma de onda fundamental y más común en los sistemas de potencia y comunicaciones. Su valor instantáneo sigue una función seno (o coseno).

Ciclo: Una repetición completa de la onda.

Período (T): Tiempo de un ciclo (segundos).

Frecuencia (f): Número de ciclos por segundo (Hz). f = 1 / T.

** Fuentes de voltaje sinusoidal
Generadores en centrales eléctricas, generadores de señal (osciladores). Producen un voltaje de la forma v(t) = V_p sen(\omega t + \Phi ).

** Valores sinusoidales de voltaje y corriente
- Valor pico (V_p, I_p): Magnitud máxima de la onda.
- Valor pico a pico (V_pp, I_pp): Diferencia entre el máximo y mínimo: V_pp = 2V_p.
- Valor eficaz o RMS (V_rms, I_rms): Valor de corriente continua que disiparía la misma potencia en una resistencia. V_rms = V_p / √2 ≈ 0.707 V_p (para seno puro). Es el valor que miden la mayoría de multímetros.
- Valor promedio: Media algebraica en medio ciclo. Es cero en un ciclo completo para una onda simétrica.

** Medición angular de una onda seno
- Frecuencia angular (\omega): Velocidad de cambio del ángulo, en radianes/segundo. \omega = 2 \pi f = 2 \pi /T.
- Fase (\phi): Desplazamiento angular inicial de la onda, en radianes o grados. Indica si la onda está adelantada o retrasada respecto a una referencia.

** La fórmula de la onda seno
- General: v(t) = V_p sen(\omega t \pm \phi) o v(t) = V_p sen(2 \pi ft \pm \phi)
- Donde: v(t) es el valor instantáneo, V_p es el valor pico, \omega es la frecuencia angular, t es el tiempo, \phi es el ángulo de fase.

** Introducción a los fasores
- Concepto: Herramienta matemática para simplificar el análisis de circuitos en CA sinusoidal de una sola frecuencia.
- Representación: Número complejo (módulo y ángulo) que representa la magnitud (RMS o pico) y la fase de una onda sinusoidal.
- Ventaja: Convierte ecuaciones diferenciales en ecuaciones algebraicas con números complejos.

** Análisis de circuitos de ca
- Diferencia clave con CD: La fase se vuelve una variable crítica.
- Impedancia (Z): Es la "resistencia" generalizada en CA. Depende de la frecuencia (ω) y de los componentes (R, L, C). Se mide en ohmios (Ω) pero es un número complejo.
- Ley de Ohm en forma fasorial: V = I * Z (todas son cantidades fasoriales/complejas).
- Las leyes de Kirchhoff (LVK y LCK) se aplican a los valores instantáneos y, en régimen sinusoidal estable, también se cumplen para los fasores.

** Voltajes superpuestos de cd y de ca
Muchas señales prácticas son la suma de una componente constante (CD o DC) y una variable (CA o AC).

* Capacitores
** El capacitor básico
Dispositivo pasivo que almacena energía en un campo eléctrico entre dos placas conductoras separadas por un dieléctrico.

** Tipos de capacitore
(cerámica, electrolítico, plástico), Hay tanto de valor fijo o variable

** Capacitores en serie
La capacitancia total es menor que la más pequeña y se calcula con la recíproca de la suma de recíprocas (1/C_T = 1/C_1 + 1/C_2 + ...).

** Capacitores en paralelo
La capacitancia total es la suma de las capacitancias individuales (C_T = C_1 + C_2 + ...).

** Capacitores en circuitos de CD
Actúan como un circuito abierto en estado estable, tras un período transitorio de carga/descarga.

** Capacitores en circuitos de CA
Ofrecen oposición capacitiva (reactancia X_C) que disminuye con la frecuencia y causan que la corriente se adelante al voltaje.

** Aplicaciones de los capacitores
Sus usos clave incluyen filtrar, acoplar/señales, desacoplar fuentes de alimentación, sintonizar circuitos y almacenar energía temporalmente.

* Inductores
** El inductor básico
Componente pasivo que almacena energía en un campo magnético, típicamente construido con una bobina de alambre (solenoide) que puede tener un núcleo magnético.

** Tipos de inductores
Se clasifican principalmente por su núcleo (aire, ferrita, hierro) y por si su inductancia es fija o variable (ajustable).

** Inductores en serie y en paralelo
En serie, la inductancia total es la suma de las inductancias (L_T = L_1 + L_2 + ...); en paralelo, el inverso de la inductancia total es la suma de los inversos (1/L_T = 1/L_1 + 1/L_2 + ...), similar a las resistencias.

** Inductores en circuitos de CD
En estado estable (DC), actúan como un cortocircuito ideal (alambre), ya que se oponen solo a cambios en la corriente.

** Inductores en circuitos de CA
Ofrecen oposición inductiva (reactancia X_L) que aumenta con la frecuencia y causan que el voltaje se adelante a la corriente.

** Aplicaciones de los inductores
Sus usos principales incluyen filtrado (especialmente en fuentes de alimentación), formación de circuitos resonantes (junto con capacitores), almacenamiento de energía en convertidores y como choques para bloquear señales de alta frecuencia.

* Circuitos RC
Combinan resistencias y capacitores, mostrando respuesta temporal que depende de la constante de tiempo RC.

** El sistema de los números complejos
Herramienta matemática fundamental para representar la magnitud y fase de señales sinusoidales e impedancias en AC.

** Respuesta sinusoidal de circuitos RC en serie
Describe cómo el voltaje y la corriente se desfasan y atenúan de forma específica cuando se aplica una señal sinusoidal.

** Impedancia de circuitos RC en serie
Es la suma fasorial de la resistencia y la reactancia capacitiva, oponiéndose al flujo de corriente alterna.

** Análisis de circuitos RC en serie
Se aplica la ley de Ohm generalizada con impedancias complejas para encontrar corrientes y caídas de voltaje.

** Impedancia y admitancia de circuitos RC en paralelo
Se calculan usando fórmulas recíprocas para combinaciones en paralelo, siendo la admitancia la inversa compleja de la impedancia.

** Análisis de circuitos RC en paralelo
Se basa en que el voltaje es común a todos los componentes y las corrientes se suman fasorialmente.

** Análisis de circuitos RC en serie-paralelo
Resolves los paralelos y dsps los en serie.

** Potencia en circuitos RC
Incluye potencia real, reactiva y aparente, con un factor de potencia menor a 1 debido al desfase introducido por el capacitor.

** Aplicaciones básicas 646
 Incluyen filtros (pasa-altas, pasa-bajas), acoplamiento, temporizadores y suavizado de señales.

* Circuitos RL
Combinan resistencias e inductores, presentando una oposición al cambio de corriente y un desfase temporal entre voltaje y corriente.

** Aplicaciones básicas
Incluyen filtros, retardadores, circuitos de acoplamiento y almacenamiento de energía en campos magnéticos.

* Circuitos RCL y resonancia
Combina resistencia, inductancia y capacitancia, exhibiendo el fenómeno de resonancia donde la reactancia neta se cancela.
** Impedancia de circuitos RLC en serie
Es la suma fasorial de la resistencia con la diferencia entre las reactancias inductiva y capacitiva.

** Análisis de circuitos RLC en serie
Se resuelve aplicando las leyes de circuitos con fasores para encontrar corrientes y voltajes en cada componente.

** Resonancia en serie
Ocurre a la frecuencia donde las reactancias se igualan

** Impedancia de circuitos RLC en paralelo
Se determina por el recíproco de la suma de las admitancias individuales de cada rama.

** Análisis de circuitos RLC en paralelo
El voltaje de fuente es común y la corriente total es la suma fasorial de las corrientes en cada rama paralela.

** Resonancia en paralelo
 Sucede cuando las corrientes reactivas en la bobina y el capacitor se cancelan, dando una impedancia máxima puramente resistiva.
