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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

Objetivos De Aprendizaje

Al final de esta sección, podrá:
  • Explicar las diferencias entre corriente continua (dc) y corriente alterna (ac).
  • Definir los rasgos característicos de la corriente alterna y el voltaje alterno, como la amplitud o pico y la frecuencia.

La mayoría de los ejemplos tratados hasta ahora en este libro, especialmente los que utilizan baterías, tienen fuentes de voltaje constante. Así, una vez establecida la corriente, esta es constante. La corriente continua (dc) es el flujo de carga eléctrica en una sola dirección. Es el estado estacionario de un circuito de voltaje constante.

Sin embargo, la mayoría de las aplicaciones conocidas utilizan una fuente de voltaje variable en el tiempo. La corriente alterna (ac) es el flujo de carga eléctrica que invierte periódicamente su dirección. La ac es producida por una emf alterna, que se genera en una central eléctrica, como se describe en Campos eléctricos inducidos. Si la fuente de ac varía periódicamente, especialmente de forma sinusoidal, el circuito se conoce como circuito de ac. Por ejemplo, la energía comercial y residencial que sirve para muchas de nuestras necesidades.

Los voltajes alternos y frecuencias de ac que se utilizan habitualmente en las empresas y los hogares varían en todo el mundo. En una casa típica, la diferencia de potencial entre los dos lados de una toma de corriente alterna sinusoidalmente con una frecuencia de 60 o 50 Hz y una amplitud de 170 o 311 V, según se viva en Estados Unidos o Europa, respectivamente. La mayoría de la gente sabe que la diferencia de potencial de las tomas de corriente es de 120 V o 220 V en EE. UU. o Europa, pero como se explica más adelante en el capítulo, estos voltajes no son los valores máximos que se dan aquí, sino que están relacionados con los voltajes comunes que vemos en nuestras tomas de corriente. La Figura 15.2 muestra gráficos de voltaje y corriente versus tiempo para dc y ac típicas de Estados Unidos.

Las figuras a y b muestran gráficos de voltaje y corriente en función del tiempo. La figura a muestra voltaje continuo y la corriente continua como líneas horizontales en el gráfico, con valores positivos de y. La corriente tiene un valor y menor que el voltaje. La figura b muestra el voltaje y la corriente alternos como ondas sinusoidales en el gráfico, teniendo el voltaje una mayor amplitud que la corriente. Tienen la misma longitud de onda. La longitud de media onda tiene un valor x de 8,33 y la longitud de onda completa tiene un valor x de 16,6. Los valores Y máximos de voltaje y la corriente están marcados como V0 e I0 respectivamente y los valores Y mínimos están marcados como menos V0 y menos I0 respectivamente.
Figura 15.2 (a) El voltaje continuo y la corriente continua son constantes en el tiempo, una vez establecida la corriente. (b) El voltaje y la corriente versus tiempo son muy diferentes para la energía de ac. En este ejemplo, que muestra la potencia de ac de 60 Hz y el tiempo t en milisegundos, el voltaje y la corriente son sinusoidales y están en fase para un circuito de resistencia simple. Las frecuencias y los picos de voltajes de las fuentes de ac son muy diferentes.

Supongamos que conectamos un resistor a una fuente de voltaje alterno y determinamos cómo el voltaje y la corriente varían en el tiempo a través del resistor. La Figura 15.3 muestra un esquema de un circuito sencillo con una fuente de voltaje alterno. El voltaje fluctúa sinusoidalmente con el tiempo a una frecuencia fija, como se muestra, en los terminales de la batería o en el resistor. Por lo tanto, el voltaje alterno, o el "voltaje en un enchufe” puede venir dado por

v=V0senωt,v=V0senωt,
15.1

donde v es el voltaje en el momento t, V0V0 es el voltaje pico, y ωω es la frecuencia angular en radianes por segundo. Para una casa típica en Estados Unidos, V0=170VV0=170V y ω=120πrad/sω=120πrad/s, mientras que en Europa, V0=311VV0=311V y ω=100πrad/s.ω=100πrad/s.

Para este sencillo circuito de resistencia, I=V/RI=V/R, por lo que la ac, es decir, la corriente que fluctúa sinusoidalmente con el tiempo a una frecuencia fija, es

i=I0senωt,i=I0senωt,
15.2

donde i es la corriente en el momento t y I0I0 es la corriente máxima y es igual a V0/RV0/R. En este ejemplo, se dice que el voltaje y la corriente están en fase, lo que significa que sus formas funcionales sinusoidales tienen picos, valles y nodos en el mismo lugar. Oscilan de forma sincronizada, como se muestra en la Figura 15.2(b). En estas ecuaciones, y a lo largo de este capítulo, utilizamos letras minúsculas (como la i) para indicar valores instantáneos y letras mayúsculas (como la I) para indicar valores máximos o pico.

La figura muestra una onda sinusoidal de ac. En la parte superior se muestra un circuito que apunta a la onda. Está marcado como fuente V y tiene una fuente de voltaje alterno conectada a un resistor. La fuente está marcada como positiva en un lado y negativa en el otro. Un circuito en la parte inferior, marcado como resistor V, también apunta a la onda. Es similar al circuito superior pero con la polaridad de la fuente invertida.
Figura 15.3 La diferencia de potencial V entre los terminales de una fuente de voltaje alterno fluctúa, por lo que la fuente y el resistor tienen ondas sinusoidales alternas por encima de cada uno. La expresión matemática de v viene dada por v = V 0 sen ω t . v = V 0 sen ω t .

La corriente en el resistor se alterna de un lado a otro al igual que el voltaje de conducción, ya que I=V/RI=V/R. Si el resistor es una bombilla fluorescente, por ejemplo, se ilumina y se oscurece 120 veces por segundo cuando la corriente pasa repetidamente por cero. Un parpadeo de 120 Hz es demasiado rápido para que sus ojos lo detecten, pero si agita la mano de un lado a otro entre su cara y una luz fluorescente, verá el efecto estroboscópico del ac.

Compruebe Lo Aprendido 15.1

Si se considera una fuente de voltaje alterno europeo, ¿cuál es la diferencia de tiempo entre los cruces por cero en una gráfica de voltaje alterno en función del tiempo?

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