Física general. II

629 Pages·13.798 MB·Spanish

by  Jose María de Juana Sardón

2ª edición
Física General
VOLUMEN II
José María de Juana

Física General
Volumen II
Física General
Volumen II
JOSÉ MARÍA DE JUANA
Catedrático de Física
Universidad Politécnica de Madrid
Madrid México SantafédeBogotá BuenosAires Caracas Lima Montevideo SanJuan
SanJosé Santiago Sa˜oPaulo WhitePlains
DatosdecatalogaciÜnbibliogrØfica
FísicaGeneral.VolumenII
JoséMaríaDeJuana
PEARSONEDUCACIÓN,S.A.,Madrid,2007
ISBN:978-84-205-3343-8
Materia:Física53
Formato215#270 Páginas:632
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FÍSICAGENERAL.VolumenII.2.a edición
JoséMaría DeJuana
ISBN:978-84-205-3343-8
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CONTENIDO
PRÓLOGO ...................................................................... xv
CAPÍTULO 28. Electrostática ................................................. 3
28.1. Fenómenos de electrización .......................................... 3
28.2. Conductores y aisladores ............................................ 4
28.3. Electroscopio ........................................................ 5
28.4. Ley de Coulomb .................................................... 6
28.5. Cuantización de la carga ............................................. 7
28.6. Estructura atómica y carga eléctrica .................................. 9
28.7. Conservación de la electricidad ...................................... 10
28.8. Campo eléctrico ..................................................... 11
28.9. Principio de superposición ........................................... 13
28.10. Campo creado por una distribución continua de carga ................ 13
28.11. Líneas del campo eléctrico .......................................... 20
28.12. Flujo. Teorema de Gauss ............................................ 21
28.13. Circulación del campo eléctrico. Potencial ........................... 22
28.14. Distribución de cargas en los conductores ............................ 25
28.15. Aplicacionesdelteorema deGauss.Cálculodecamposypotenciales .. 25
28.16. Carga deconductores porinducción y contacto ....................... 30
28.17. Campo enun punto próximo aun conductor. Teorema de Coulomb ... 31
28.18. Presión electrostática ................................................ 32
28.19. Efecto de puntas .................................................... 33
28.20. Potencial y campo creado por un dipolo ............................. 33
28.21. Teorema de Gauss en forma diferencial .............................. 35
28.22. Ecuaciones de Poisson y Laplace .................................... 36
28.23. Teorema de la divergencia ........................................... 39
CAPÍTULO 29. Capacidad. Condensadores.................................... 43
29.1. Capacidad de un conductor........................................... 43
29.2. Conductores en un campo eléctrico .................................. 44
29.3. Conductores planos y paralelos. Condensador ........................ 45
vi z Contenido
29.4. Condensador esférico ................................................ 48
29.5. Condensador cilíndrico .............................................. 49
29.6. Asociación de condensadores ........................................ 50
29.7. Energía de una configuración discreta de cargas ...................... 54
29.8. Energía de una configuración continua de cargas ..................... 55
29.9. Energía de un condensador .......................................... 58
29.10. Densidad de energía del campo eléctrico ............................. 58
29.11. Energía de un dipolo en un campo eléctrico .......................... 61
29.12. Fuerza entre conductores cargados ................................... 61
29.13. Electrón-voltio ...................................................... 63
29.14. Movimiento de partículas cargadas en campos eléctricos constantes ... 64
CAPÍTULO 30. Dieléctricos ................................................... 67
30.1. Cargas inducidas en un dieléctrico ................................... 67
30.2. Polarización de un dieléctrico. Vector polarización ................... 68
30.3. Potencial creado por un dieléctrico polarizado en un punto del espacio
exterior a él ......................................................... 68
30.4. Campocreadoporundieléctricoenunpuntodelespacioexterioraél .. 70
30.5. Ley de Gauss. Desplazamiento o inducción eléctrica ................. 70
30.6. Flujo del vector D. Generalización del teorema de Gauss ............. 71
30.7. Dieléctrico perfecto. Susceptibilidad eléctrica ........................ 72
30.8. Condiciones de contorno para el campo eléctrico ..................... 72
30.9. Condensadorlleno de dieléctrico ..................................... 75
30.10. Condensador plano con varias capas de dieléctrico ................... 76
30.11. Energíaalmacenadaenuncondensadorcondieléctricoyenlapolariza-
ción de éste ......................................................... 80
30.12. Fuerza sobre un dieléctrico en un campo eléctrico no uniforme ....... 81
30.13. Rigidez dieléctrica .................................................. 84
CAPÍTULO 31. Electrocinética ................................................ 85
31.1. Corriente eléctrica ................................................... 85
31.2. Circuito eléctrico. Corriente continua ................................ 86
31.3. Intensidad y densidad de corriente eléctrica .......................... 86
31.4. Ley de Ohm. Conductividad y resistividad ........................... 88
31.5. Teoría clásica de la conducción ...................................... 92
31.6. Resistencia eléctrica ................................................. 94
31.7. Resistencias en serie y en paralelo ................................... 96
31.8. Potencia entregada entre dos puntos de un circuito ................... 99
31.9. Ley de Joule ........................................................ 99
31.10. Fuerza electromotriz ................................................. 100
31.11. Tensión entre los bornes de un generador ............................ 102
31.12. Fuerza contraelectromotriz ........................................... 102
31.13. Tensión entre dos puntos de un circuito .............................. 104
31.14. Ecuación del circuito ................................................ 104
31.15. Redes.Leyes de Kirchhoff ........................................... 107
31.16. Método matricial para el cálculo de redes ............................ 110
31.17. Corrientes derivadas Aplicaciones ................................... 114
31.18. Puente de Wheatstone ............................................... 116
31.19. Asociación de generadores ........................................... 116
31.20. Carga y descarga de un condensador. Circuito R-C ................... 119
CAPÍTULO 32. Electromagnetismo ........................................... 123
32.1. Magnetismo. Campo magnético ...................................... 123
32.2. Fuerzas de un campo magnético sobre una carga móvil ............... 125
32.3. Movimiento de una partícula cargada en un campo magnético ........ 125
32.4. El ciclotrón ......................................................... 127
Contenido z vii
32.5. Espectrógrafo de masas .............................................. 128
32.6. Experiencia de Thomson. Medida de e/m ............................ 130
32.7. Efecto Hall .......................................................... 132
32.8. Fuerza de un campo magnético sobre una corriente eléctrica .......... 133
32.9. Acción de un campo magnético sobre un circuito plano. Momento
magnético ........................................................... 134
32.10. Polos magnéticos .................................................... 137
32.11. Campo magnético producido por una corriente eléctrica .............. 137
32.12. Campo magnético creado por una corriente rectilínea ................. 139
32.13. Acciones entre corrientes rectilíneas paralelas. Definición de amperio .. 141
32.14. Campomagnéticocreadoporunacorrientecircular.Dipolomagnético .. 142
32.15. Circulación del campo magnético B. Ley de Ampe`re ................. 143
CAPÍTULO 33. Inducción magnética .......................................... 153
33.1. Fenómenos de inducción ............................................ 153
33.2. Flujo del campo magnetico B. Ley de Gauss del magnetismo ......... 154
33.3. Fuerza electromotriz inducida. Ley de Faraday-Henry ................ 154
33.4. Ley de Lenz ........................................................ 156
33.5. Corrientes de Foucault ............................................... 158
33.6. Inducción mutua .................................................... 160
33.7. Autoinducción ...................................................... 162
33.8. Corriente de cierre y apertura de un circuito ......................... 164
33.9. Energía del campo magnético asociado a una autoinducción .......... 165
33.10. Densidad de energía del campo magnético ........................... 166
33.11. Descarga de un condensador en un circuito con autoinducción ........ 168
33.12. Analogías electromecánicas .......................................... 171
CAPÍTULO 34. Corriente alterna ............................................. 173
34.1. Introducción ........................................................ 173
34.2. Producción de una f.e.m. alterna ..................................... 174
34.3. Valor eficaz. Factores de amplitud y forma .......................... 174
34.4. Circuito con resistencia pura ......................................... 175
34.5. Ciruito con autoinducción pura. Reactancia inductiva ................. 175
34.6. Circuito con capacidad pura. Reactancia capacitiva ................... 176
34.7. Corriente alterna en un circuito R, L. C, serie. Régimen permanente .. 177
34.8. Representación vectorial ............................................. 180
34.9. Resolución mediante complejos ...................................... 181
34.10. Admitancia, conductancia ysusceptancia ............................. 184
34.11. Asociación de impedancias .......................................... 185
34.12. Respuesta en frecuencia ............................................. 188
34.13. Potencia instantánea ................................................. 191
34.14. Potencia media y aparante. Factor de potencia ....................... 191
34.15. Expresión compleja de la potencia. Potencia activa y reactiva ........ 192
CAPÍTULO 35. Magnetismo en la materia .................................... 199
34.1. Introducción ........................................................ 199
35.2. Imanación, imantación o magnetización .............................. 200
35.3. Relación entre B, H y M ............................................. 201
35.4. Susceptibilidad magnética ........................................... 202
35.5. Diagmanetismo ...................................................... 203
35.6. Paramagnetismo ..................................................... 205
35.7. Ferromagnetismo .................................................... 206
35.8. Circuito magnético .................................................. 210
35.9. Circuito magnético con entrehierro ................................... 214
35.10. Antiferromagnetismo y ferrimagnetismo ............................. 215
35.11. Magnetismo terrestre ................................................ 216
viii z Contenido
CAPÍTULO 36. Ecuaciones de Maxwell ....................................... 219
36.1. Introducción ........................................................ 219
36.2. LeydeFaraday-Henryenformadiferencial.Rotacionaldelcampoeléc-
trico ................................................................ 219
36.3. Conservación de la carga. Ecuación de continuidad ................... 221
36.4. Ley de Ampére-Maxwell. Circulación y rotacional del campo magnéti-
co. Corriente de desplazamiento ..................................... 222
36.5. Ecuaciones de Maxwell ............................................. 224
36.6. Ecuaciones de Maxwell para medios materiales ...................... 225
36.7. Condiciones del contorno ............................................ 226
36.8. Densidad de energía electromagnética ................................ 228
36.9. Ecuacionesdelcampoelectromagnéticoenelvacío.Ondaselectromag-
néticas .............................................................. 228
36.10. Vector de Poynting .................................................. 232
36.11. Presión de radiación ................................................. 234
CAPÍTULO 37. Óptica. Principios generales .................................. 239
37.1. Introducción ........................................................ 239
37.2. Espectro de radiaciones electromagnéticas ........................... 239
37.3. Velocidad de la luz. Índice de refracción absoluto y relativo .......... 241
37.4. Ángulo límite. Reflexión total ....................................... 244
37.5. Camino óptico ...................................................... 246
37.6. Principio de Fermat. Leyes de la reflexión y la refracción ............ 246
CAPÍTULO 38. Dióptricos y espejos .......................................... 251
38.1. Introducción ........................................................ 251
38.2. Estigmatismo y aplanatismo ......................................... 251
38.3. Objetos e imágenes reales y virtuales ................................ 253
38.4. Óptica geométrica paraxial .......................................... 253
38.5. Determinación analítica de un rayo óptico paraxial ................... 253
38.6. Convenio designos .................................................. 254
38.7. Dióptrico plano ..................................................... 254
38.8. Lámina de caras planas paralelas .................................... 256
38.9. Prisma óptico ....................................................... 262
38.10. Dióptrico esférico ................................................... 268
38.11. Espejo plano ........................................................ 278
38.12. Espejo esférico ...................................................... 280
CAPÍTULO 39. Sistemasópticos centrados .................................... 283
39.1. Introducción ........................................................ 283
39.2. Matriz de transferencia de un sistema óptico ......................... 283
39.3. Puntos conjugados. Aumento lateral. Aumento angular o relación de
convergencia ........................................................ 285
39.4. Ecuación de Lagrange-Helmholtz .................................... 286
39.5. Puntos y planos principales .......................................... 286
39.6. Focos, planos y distancias focales .................................... 287
39.7. Cambio de origen dereferencia de puntos principales a focos ......... 288
39.8. Expresióndelasmatricesdetransferencia(SP)y(SF)enfuncióndelas
distancias focales .................................................... 288
39.9. Construcción de las imágenes ........................................ 289
39.10. Fórmula de Newton ................................................. 289
39.11. Fórmulas de Gauss .................................................. 290
39.12. Puntos y planos nodales ............................................. 290
39.13. Matriz de transferencia con origen en los puntos nodales ............. 291
39.14. Vergencia o potencia de un sistema .................................. 292