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  1. Prefacio
  2. Termodinámica
    1. 1 Temperatura y calor
      1. Introducción
      2. 1.1 Temperatura y equilibrio térmico
      3. 1.2 Termómetros y escalas de temperatura
      4. 1.3 Dilatación térmica
      5. 1.4 Transferencia de calor, calor específico y calorimetría
      6. 1.5 Cambios de fase
      7. 1.6 Mecanismos de transferencia de calor
      8. Revisión Del Capítulo
        1. Términos Clave
        2. Ecuaciones Clave
        3. Resumen
        4. Preguntas Conceptuales
        5. Problemas
        6. Problemas Adicionales
        7. Problemas De Desafío
    2. 2 Teoría cinética de los gases
      1. Introducción
      2. 2.1 Modelo molecular de un gas ideal
      3. 2.2 Presión, temperatura y velocidad media cuadrática (rms)
      4. 2.3 Capacidad calorífica y equipartición de energía
      5. 2.4 Distribución de las velocidades moleculares
      6. Revisión Del Capítulo
        1. Términos Clave
        2. Ecuaciones Clave
        3. Resumen
        4. Preguntas Conceptuales
        5. Problemas
        6. Problemas Adicionales
        7. Problemas De Desafío
    3. 3 Primera ley de la termodinámica
      1. Introducción
      2. 3.1 Sistemas termodinámicos
      3. 3.2 Trabajo, calor y energía interna
      4. 3.3 Primera ley de la termodinámica
      5. 3.4 Procesos termodinámicos
      6. 3.5 Capacidades térmicas de un gas ideal
      7. 3.6 Procesos adiabáticos para un gas ideal
      8. Revisión Del Capítulo
        1. Términos Clave
        2. Ecuaciones Clave
        3. Resumen
        4. Preguntas Conceptuales
        5. Problemas
        6. Problemas Adicionales
        7. Problemas De Desafío
    4. 4 Segunda ley de la termodinámica
      1. Introducción
      2. 4.1 Procesos reversibles e irreversibles
      3. 4.2 Máquinas térmicas
      4. 4.3 Refrigeradores y bombas de calor
      5. 4.4 Enunciados de la segunda ley de la termodinámica
      6. 4.5 El ciclo de Carnot
      7. 4.6 Entropía
      8. 4.7 Entropía a escala microscópica
      9. Revisión Del Capítulo
        1. Términos Clave
        2. Ecuaciones Clave
        3. Resumen
        4. Preguntas Conceptuales
        5. Problemas
        6. Problemas Adicionales
        7. Problemas De Desafío
  3. Electricidad y magnetismo
    1. 5 Cargas y campos eléctricos
      1. Introducción
      2. 5.1 Carga eléctrica
      3. 5.2 Conductores, aislantes y carga por inducción
      4. 5.3 Ley de Coulomb
      5. 5.4 Campo eléctrico
      6. 5.5 Cálculo de los campos eléctricos de las distribuciones de carga
      7. 5.6 Líneas de campo eléctrico
      8. 5.7 Dipolos eléctricos
      9. Revisión Del Capítulo
        1. Términos Clave
        2. Ecuaciones Clave
        3. Resumen
        4. Preguntas Conceptuales
        5. Problemas
        6. Problemas Adicionales
    2. 6 Ley de Gauss
      1. Introducción
      2. 6.1 Flujo eléctrico
      3. 6.2 Explicar la ley de Gauss
      4. 6.3 Aplicación de la ley de Gauss
      5. 6.4 Conductores en equilibrio electrostático
      6. Revisión Del Capítulo
        1. Términos Clave
        2. Ecuaciones Clave
        3. Resumen
        4. Preguntas Conceptuales
        5. Problemas
        6. Problemas Adicionales
        7. Problemas De Desafío
    3. 7 Potencial eléctrico
      1. Introducción
      2. 7.1 Energía potencial eléctrica
      3. 7.2 Potencial eléctrico y diferencia de potencial
      4. 7.3 Cálculo del potencial eléctrico
      5. 7.4 Determinación del campo a partir del potencial
      6. 7.5 Equipotential Surfaces and Conductors
      7. 7.6 Aplicaciones de la electrostática
      8. Revisión Del Capítulo
        1. Términos Clave
        2. Ecuaciones Clave
        3. Resumen
        4. Preguntas Conceptuales
        5. Problemas
        6. Problemas Adicionales
        7. Problemas De Desafío
    4. 8 Capacitancia
      1. Introducción
      2. 8.1 Condensadores y capacitancia
      3. 8.2 Condensadores en serie y en paralelo
      4. 8.3 Energía almacenada en un condensador
      5. 8.4 Condensador con dieléctrico
      6. 8.5 Modelo molecular de un dieléctrico
      7. Revisión Del Capítulo
        1. Términos Clave
        2. Ecuaciones Clave
        3. Resumen
        4. Preguntas Conceptuales
        5. Problemas
        6. Problemas Adicionales
        7. Problemas De Desafío
    5. 9 Corriente y resistencia
      1. Introducción
      2. 9.1 Corriente eléctrica
      3. 9.2 Modelo de conducción en metales
      4. 9.3 Resistividad y resistencia
      5. 9.4 Ley de Ohm
      6. 9.5 Energía eléctrica y potencia
      7. 9.6 Superconductores
      8. Revisión Del Capítulo
        1. Términos Clave
        2. Ecuaciones Clave
        3. Resumen
        4. Preguntas Conceptuales
        5. Problemas
        6. Problemas Adicionales
        7. Problemas De Desafío
    6. 10 Circuitos de corriente directa
      1. Introducción
      2. 10.1 Fuerza electromotriz
      3. 10.2 Resistores en serie y en paralelo
      4. 10.3 Reglas de Kirchhoff
      5. 10.4 Instrumentos de medición eléctrica
      6. 10.5 Circuitos RC
      7. 10.6 Cableado doméstico y seguridad eléctrica
      8. Revisión Del Capítulo
        1. Términos Clave
        2. Ecuaciones Clave
        3. Resumen
        4. Preguntas Conceptuales
        5. Problemas
        6. Problemas Adicionales
        7. Problemas De Desafío
    7. 11 Fuerzas y campos magnéticos
      1. Introducción
      2. 11.1 El magnetismo y sus descubrimientos históricos
      3. 11.2 Campos y líneas magnéticas
      4. 11.3 Movimiento de una partícula cargada en un campo magnético
      5. 11.4 Fuerza magnética sobre un conductor portador de corriente
      6. 11.5 Fuerza y torque en un bucle de corriente
      7. 11.6 El efecto Hall
      8. 11.7 Aplicaciones de las fuerzas y campos magnéticos
      9. Revisión Del Capítulo
        1. Términos Clave
        2. Ecuaciones Clave
        3. Resumen
        4. Preguntas Conceptuales
        5. Problemas
        6. Problemas Adicionales
        7. Problemas De Desafío
    8. 12 Fuentes de campos magnéticos
      1. Introducción
      2. 12.1 La ley de Biot-Savart
      3. 12.2 Campo magnético debido a un cable recto delgado
      4. 12.3 Fuerza magnética entre dos corrientes paralelas
      5. 12.4 Campo magnético de un bucle de corriente
      6. 12.5 Ley de Ampère
      7. 12.6 Solenoides y toroides
      8. 12.7 El magnetismo en la materia
      9. Revisión Del Capítulo
        1. Términos Clave
        2. Ecuaciones Clave
        3. Resumen
        4. Preguntas Conceptuales
        5. Problemas
        6. Problemas Adicionales
        7. Problemas De Desafío
    9. 13 Inducción electromagnética
      1. Introducción
      2. 13.1 Ley de Faraday
      3. 13.2 Ley de Lenz
      4. 13.3 Fuerza electromotriz (emf) de movimiento
      5. 13.4 Campos eléctricos inducidos
      6. 13.5 Corrientes de Foucault
      7. 13.6 Generadores eléctricos y fuerza contraelectromotriz
      8. 13.7 Aplicaciones de la inducción electromagnética
      9. Revisión Del Capítulo
        1. Términos Clave
        2. Ecuaciones Clave
        3. Resumen
        4. Preguntas Conceptuales
        5. Problemas
        6. Problemas Adicionales
        7. Problemas De Desafío
    10. 14 Inductancia
      1. Introducción
      2. 14.1 Inductancia mutua
      3. 14.2 Autoinducción e inductores
      4. 14.3 Energía en un campo magnético
      5. 14.4 Circuitos RL
      6. 14.5 Oscilaciones en un circuito LC
      7. 14.6 Circuitos RLC en serie
      8. Revisión Del Capítulo
        1. Términos Clave
        2. Ecuaciones Clave
        3. Resumen
        4. Preguntas Conceptuales
        5. Problemas
        6. Problemas Adicionales
        7. Problemas De Desafío
    11. 15 Circuitos de corriente alterna
      1. Introducción
      2. 15.1 Fuentes de ac
      3. 15.2 Circuitos simples de ac
      4. 15.3 Circuitos en serie RLC con ac
      5. 15.4 Potencia en un circuito de ac
      6. 15.5 Resonancia en un circuito de ac
      7. 15.6 Transformadores
      8. Revisión Del Capítulo
        1. Términos Clave
        2. Ecuaciones Clave
        3. Resumen
        4. Preguntas Conceptuales
        5. Problemas
        6. Problemas Adicionales
        7. Problemas De Desafío
    12. 16 Ondas electromagnéticas
      1. Introducción
      2. 16.1 Ecuaciones de Maxwell y ondas electromagnéticas
      3. 16.2 Ondas electromagnéticas planas
      4. 16.3 Energía transportada por las ondas electromagnéticas
      5. 16.4 Momento y presión de radiación
      6. 16.5 El espectro electromagnético
      7. Revisión Del Capítulo
        1. Términos Clave
        2. Ecuaciones Clave
        3. Resumen
        4. Preguntas Conceptuales
        5. Problemas
        6. Problemas Adicionales
        7. Problemas De Desafío
  4. A Unidades
  5. B Factores de conversión
  6. C Constantes fundamentales
  7. D Datos astronómicos
  8. E Fórmulas matemáticas
  9. F Química
  10. G El alfabeto griego
  11. Clave de Respuestas
    1. Capítulo 1
    2. Capítulo 2
    3. Capítulo 3
    4. Capítulo 4
    5. Capítulo 5
    6. Capítulo 6
    7. Capítulo 7
    8. Capítulo 8
    9. Capítulo 9
    10. Capítulo 10
    11. Capítulo 11
    12. Capítulo 12
    13. Capítulo 13
    14. Capítulo 14
    15. Capítulo 15
    16. Capítulo 16
  12. Índice

Resumen

10.1 Fuerza electromotriz

  • Todas las fuentes de voltaje tienen dos partes fundamentales: una fuente de energía eléctrica que tiene una fuerza electromotriz (emf) característica y una resistencia interna r. La emf es el trabajo realizado por carga para mantener constante la diferencia de potencial de una fuente. La emf es igual a la diferencia de potencial entre los terminales cuando no fluye la corriente. La resistencia interna r de una fuente de voltaje afecta el voltaje de salida cuando fluye una corriente.
  • La salida de voltaje de un dispositivo se denomina voltaje de los terminales VterminalVterminal y viene dada por Vterminal=εIrVterminal=εIr, donde I es la corriente eléctrica y es positiva cuando fluye desde el terminal positivo de la fuente de voltaje y r es la resistencia interna.

10.2 Resistores en serie y en paralelo

  • La resistencia equivalente de un circuito eléctrico con resistores conectadas en serie es la suma de las resistencias individuales Rs=R1+R2+R3+=i=1NRiRs=R1+R2+R3+=i=1NRi.
  • Cada resistor en un circuito en serie tiene la misma cantidad de corriente que fluye a través de él.
  • La caída de potencial, o disipación de potencia, a través de cada resistor individual en una serie es diferente, y su total combinado es la entrada de la fuente de energía.
  • La resistencia equivalente de un circuito eléctrico con resistores conectados en paralelo es menor que la resistencia más baja de cualquiera de los componentes y puede determinarse mediante la fórmula
    Req=(1R1+1R2+1R3+)−1=(i=1N1Ri)−1.Req=(1R1+1R2+1R3+)−1=(i=1N1Ri)−1.
  • Cada resistor de un circuito paralelo tiene el mismo voltaje completo de la fuente que se le aplica.
  • La corriente que fluye por cada resistor en un circuito paralelo es diferente, dependiendo de la resistencia.
  • Si una conexión más compleja de resistores es una combinación de serie y paralelo, puede reducirse a una sola resistencia equivalente identificando sus distintas partes como serie o paralelo, reduciendo cada una a su equivalente y continuando hasta llegar a una sola resistencia.

10.3 Reglas de Kirchhoff

  • Las reglas de Kirchhoff pueden utilizarse para analizar cualquier circuito, simple o complejo. Las reglas de conexión en serie y en paralelo más sencillas son casos especiales de las reglas de Kirchhoff.
  • La primera regla de Kirchhoff, también conocida como regla de nodos, se aplica a la carga de un nodo. La corriente es el flujo de carga; por lo tanto, toda la carga que entra en el nodo debe salir.
  • La segunda regla de Kirchhoff, también conocida como regla de las tensiones, establece que la caída de voltaje alrededor de un bucle es cero.
  • Al calcular el potencial y la corriente utilizando las reglas de Kirchhoff, hay que seguir una serie de convenciones para determinar los signos correctos de los distintos términos.
  • Cuando varias fuentes de voltaje están en serie, sus resistencias internas se suman y sus emf se suman para obtener los valores totales.
  • Cuando varias fuentes de voltaje están en paralelo, sus resistencias internas se combinan en una resistencia equivalente que es menor que la resistencia individual y proporciona una corriente mayor que una sola celda.
  • Las celdas solares pueden conectarse en serie o en paralelo para aumentar el voltaje o la corriente, respectivamente.

10.4 Instrumentos de medición eléctrica

  • Los voltímetros miden el voltaje y los amperímetros la corriente. Los contadores analógicos se basan en la combinación de un resistor y un galvanómetro, un dispositivo que proporciona una lectura analógica de la corriente o el voltaje. Los contadores digitales se basan en convertidores analógico-digitales y proporcionan una medición discreta o digital de la corriente o el voltaje.
  • Un voltímetro se coloca en paralelo con la fuente de voltaje para recibir todo el voltaje y debe tener una gran resistencia para limitar su efecto en el circuito.
  • Un amperímetro se coloca en serie para obtener toda la corriente que circula por una rama y debe tener una pequeña resistencia para limitar su efecto en el circuito.
  • Los voltímetros y amperímetros estándar alteran el circuito al que están conectados y, por tanto, su precisión es limitada.
  • Los óhmetros se utilizan para medir la resistencia. La componente en el que se va a medir la resistencia debe estar aislada (retirado) del circuito.

10.5 Circuitos RC

  • Un circuito RC es aquel que tiene un resistor y un condensador.
  • La constante de tiempo ττ para un circuito RC es τ=RC.τ=RC.
  • Cuando un condensador inicialmente no cargado (q=0 en t=0)(q=0 en t=0) en serie no cargado con un resistor es cargado por una fuente de voltaje dc, el condensador se acerca asintóticamente a la carga máxima.
  • A medida que aumenta la carga del condensador, la corriente disminuye exponencialmente desde la corriente inicial I0=ε/R.I0=ε/R.
  • Si un condensador con una carga inicial Q se descarga a través de un resistor a partir de t=0t=0, entonces su carga disminuye exponencialmente. La corriente fluye en sentido contrario a cuando se carga y la magnitud de la carga disminuye con el tiempo.

10.6 Cableado doméstico y seguridad eléctrica

  • Los dos tipos de riesgos eléctricos son el térmico (potencia excesiva) y el de choque (corriente a través de una persona). Se emplean sistemas y dispositivos de seguridad eléctrica para evitar los riesgos térmicos y de choque.
  • La gravedad del choque viene determinada por la corriente, la trayectoria, la duración y la frecuencia de la ac.
  • Los disyuntores y fusibles interrumpen las corrientes excesivas para evitar riesgos térmicos.
  • El sistema de tres cables protege contra los riesgos térmicos y de choque, utilizando cables vivos/calientes, neutros y de tierra, y conectando a tierra el cable neutro y la caja del aparato.
  • Un interruptor de circuito de falla a tierra (GFCI) previene descargas eléctricas al detectar la pérdida de corriente en trayectorias involuntarias.
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