Electricidad y magnetismo
La electricidad es carga en movimiento, guiada por la diferencia de potencial, resistida por cada componente —y toda corriente genera un campo magnético. El tema más extenso de OxfordAQA construye el kit de circuitos, el comportamiento de los componentes y los electroimanes que se derivan de ellos.
OxfordAQA International GCSE Physics 9203, topic 3.5 (Versión 5.1). Las afirmaciones marcadas con (P) son exclusivas del Paper-2-.
Circuitos eléctricos
Los metales conducen porque tienen electrones libres; (P) un desequilibrio de carga aislado es electricidad estática, que se descarga cuando aparece una ruta conductora (rayo). La corriente es la tasa de flujo de carga:
El voltaje impulsa la carga alrededor de un circuito; la diferencia de potencial a través de un componente mide la energía transferida por unidad de carga (voltios = joules por coulomb). Aprende los símbolos estándar —interruptor, lámpara, fusible, pila, batería, diodo, resistor, resistor variable, termistor, LDR, LED, amperímetro y voltímetro—.
A temperatura constante, la gráfica V–I de un resistor es una línea recta (ohmico); una lámpara de filamento curva sus trazados a medida que sus iones vibran más con la temperatura; un diodo conduce solo hacia adelante; (P) la resistencia de un termistor disminuye al aumentar la temperatura (termostatos); la de un LDR disminuye al aumentar la luz (iluminación automática); un LED emite luz hacia adelante y ahorra energía frente a lámparas de filamento y CFL.
En serie: misma corriente, tensiones compartidas, resistencias se suman. En paralelo: misma tensión, corrientes se dividen, resistencia combinada menor que cualquiera de ellas. La carga colisiona con la red cristalina y calienta cada resistor.
Comprobación resuelta. Una lámpara de 230 V extrae 0.25 A: $R = 230/0.25 = 920\ \Omega$. Dos resistencias de 4 Ω en serie conectadas a 12 V transportan $I = 12/8 = 1.5$ A; en paralelo, $R = 2\ \Omega$ y la fuente proporciona $I = 12/2 = 6$ A.
Magnetismo y electromagnetismo
Polos: semejantes se repelen, opuestos se atraen — fuerzas sin contacto. Las líneas de campo van de N a S fuera del imán; polos opuestos enfrentados dan un campo uniforme entre ellos. Un imán inducido se atrae mientras está en el campo y pierde su magnetismo al retirarlo; el campo terrestre permite que una brújula de trazado navegue.
Un cable con corriente tiene líneas de campo circulares a su alrededor (mayor corriente → campo más fuerte; inversión de corriente → dirección invertida). Un solenoide concentra el campo; con núcleo de hierro blando es un electroimán — conmutable, ajustable, usado en grúas de desguace, relevadores y cerraduras de puertas. Práctica requerida: los factores que determinan la fuerza de un electroimán.
Compruébalo tú mismo
- ¿Por qué los metales conducen?
- Enuncie la relación entre corriente, carga y tiempo con unidades.
- Calcule la carga que fluye cuando 2 A pasa durante 30 s.
- Enuncie la forma V-I para una resistencia a temperatura constante y para una lámpara de filamento.
- (P) ¿Qué sucede con la resistencia de un termistor al aumentar la temperatura?
- Enuncie las reglas de corriente y tensión para conexiones en serie y en paralelo.
- Calcule R para una fuente de 12 V que impulsa 0.5 A.
- Enuncie la regla de los polos y la dirección de las líneas de campo fuera de un imán.
- ¿Qué es un imán inducido?
- Nombre dos formas de fortalecer un electroimán.
Respuestas: 1 contienen electrones libres que fluyen cuando se aplica una d.p.; 2 Q = It, carga en coulombs = corriente en amperios × tiempo en segundos; 3 Q = 2 × 30 = 60 C; 4 línea recta por el origen; curva en S que se aplana al aumentar la corriente (y así la temperatura); 5 (P) disminuye — usado en termostatos; 6 en serie — misma corriente en todos lados, d.p.s se suman; en paralelo — misma d.p. en ramas, corrientes se suman; 7 R = 12/0.5 = 24 Ω; 8 polos iguales se repelen, opuestos se atraen; de N a S fuera del imán; 9 material magnético que actúa como imán solo mientras está en un campo — atracción exclusiva, perdiendo la mayoría del magnetismo al retirarlo; 10 más vueltas en la bobina; mayor corriente (también un núcleo de hierro blando).