Resumen de Fundamentos de Física: Átomos, Electricidad y Ondas

## Introducción La presente guía resume conceptos clave sobre circuitos eléctricos y componentes prácticos aplicables en estudios universitarios de electricidad y electrónica. Se abordan resistencias de materiales, leyes fundamentales (Ley de Ohm y potencia), conexiones en serie y paralelo, corriente alterna monofásica y trifásica, y problemas resueltos tipo examen. > **Definición:** La *resistencia eléctrica* es la oposición que presenta un conductor al paso de corriente; su unidad es el ohmio [Ω]. ## 1. Resistencia y conductividad de materiales La resistencia de un conductor depende de su resistividad específica, longitud y sección transversal según la relación $R = \rho \frac{L}{A}$. La conductividad es $\sigma = \frac{1}{\rho}$. A continuación se muestra una tabla con valores típicos de resistividad y conductividad (valores en [Ω·mm²/m] y [m/Ω·mm²]). | Material | Símbolo | Resistencia específica $\rho$ [Ω·mm²/m] | Conductividad $1/\rho$ [m/Ω·mm²] | | --- | --- | ---: | ---: | | Aluminio | Al | $0,0256$ | $39{,}00$ | | Bronce | Aleación de Cu y Sn | $0{,}13\text{ a }0{,}29$ | $7{,}6\text{ a }3{,}44$ | | Carbón | C | $100\text{ a }1000$ | $0{,}01\text{ a }10^{-3}$ | | Cinc | Zn | $0{,}0600$ | $16{,}60$ | | Cobre | Cu | $0{,}0178$ | $56{,}00$ | | Estaño | Sn | $0,0149$ | $67{,}00$ | | Hierro | Fe | $0,0906$ | $11{,}00$ | | Mercurio | Hg | $0,9500$ | $1{,}05$ | | Níquel | Ni | $0,1232$ | $8{,}00$ | | Oro | Au | $0,0220$ | $45{,}45$ | | Plata | Ag | $0,0146$ | $68{,}00$ | | Plomo | Pb | $0,2100$ | $5{,}00$ | | Tungsteno | W | $0,0590$ | $17{,}00$ | > **Definición:** La *resistividad* $\rho$ es una propiedad intrínseca del material; la *conductividad* es $\sigma = 1/\rho$. Práctica: para un cable de cobre de longitud $L$ y sección $A$, calcule $R$ usando $R = \rho\frac{L}{A}$ con $\rho_{Cu} = 0{,}0178$ Ω·mm²/m. Fun fact: ¿Sabías que la plata tiene la mayor conductividad eléctrica entre los metales comunes, por eso se usa en contactos donde la conductividad es crítica? ## 2. Ley de Ohm y Potencia ### Ley de Ohm > **Definición:** La Ley de Ohm relaciona tensión, corriente y resistencia: $$V = I \times R$$ donde $V$ es voltaje [V], $I$ corriente [A], $R$ resistencia [Ω]. Usos: - Calcular caída de tensión en resistencias. - Diseñar divisores de tensión. ### Potencia eléctrica > **Definición:** La potencia eléctrica instantánea es: $$P = V \times I$$ También, para una resistencia: $$P = \frac{V^2}{R}$$ y $$P = I^2 R$$ Energía eléctrica entregada durante tiempo $t$ (en segundos): $$E = V \times I \times t$$ Aplicación: dimensionar disipadores térmicos en resistencias que disipan potencia alta. ## 3. Conexiones: Serie y Paralelo ### Características principales | Circuito | Intensidad $I$ | Tensión $V$ | Resistencia total $R_t$ | | --- | --- | --- | --- | | Serie | Es la misma en todo el circuito | Diferente en cada elemento (caída de tensión) | $$R_t = R_1 + R_2 + \dots + R_n$$ | | Paralelo | Diferente en cada rama | Es la misma en todo el circuito | $$\frac{1}{R_t} = \frac{1}{R_1} + \frac{1}{R_2} + \dots + \frac{1}{R_n}$$ | Puntos clave: - En serie, una falla (circuito abierto) interrumpe toda la corriente. - En paralelo, una falla en una rama no impide el funcionamiento de las otras. Ejemplo práctico: si se conectan dos focos en serie con $R_1 = 20\,\Omega$ y $R_2 = 2\,\Omega$ y $I = 1{,}5\,$A, entonces $$R_t = 22\,\Omega$$ $$V_t = I R_t = 1{,}5\times 22 = 33\,\mathrm{V}$$ $$V_1 = 1{,}5\times 20 = 30\,\mathrm{V},\quad V_2 = 1{,}5\times 2 = 3\,\mathrm{V}$$ ## 4. Corriente alterna (CA) ### Generación monofásica La tensión alterna se genera por una bobina girando en un campo magnético; la f.e.m. cambia de signo durante la rotación. La forma senoidal alcanza valores máximos a $90^{\circ}$ y $270^{\circ}$. En muchos países residenciales la tensión monofásica es $220\,$V o $110\,$V según la norma local. > **Definición:** CA monofásica: una única tensión senoidal con una sola fase; cuando tensión e intensidad están sincroni