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CAMPO MAGNÉTICO
FUENTES DE CAMPO MAGNÉTICO
• Se conoce con el nombre de magnetismo al conjunto de propiedades que poseen los imanes. Estos cuerpos se encuentran en estado natural en algunas piedras denominadas magnetitas.
• Además de su capacidad de atraer metales, tienen la propiedad de polaridad. Los imanes tienen dos polos magnéticos diferentes llamados Norte o Sur. Si enfrentamos los polos Sur de dos imanes estos se repelen, y si enfrentamos el polo sur de uno, con el polo norte de otro se atraen. Otra particularidad es que si los imanes se parten por la mitad, cada una de las partes tendrá los dos polos.
LA EXPERIENCIA DE OERSTEDUna corriente eléctrica desvía la aguja imantada de una brújula.
La aguja tiende a orientarse en dirección perpendicular a la dirección de la corriente. La desviación es mayor al aumentar la intensidad de ésta.
Explicación del magnetismo natural
Los electrones de los átomos tienen un movimiento alrededor del núcleo y un movimiento de giro sobre sí mismos.Por esta razón, actúan como pequeñas espiras de metales que generan un campo magnético. Es decir, se comportan como imanes elementales.
En un trozo de hierro no magnético, los campos magnéticos creados por las cargas en movimiento se anulan. El resultado es una carga eléctrica en reposo, que no crea un campo magnético
Representación del campo magnético
El campo magnético es el único en que las líneas de fuerza que indican la dirección del campo son visibles
Existe el convenio de admitir que las líneas de fuerza salen del polo norte del imán y se introducen por el polo sur
Campo magnético creado por una carga puntual
Una carga q que se mueve con velocidad v produce a su alrededor un campo magnético B. Su valor en el punto P viene dado por la expresión siguiente:
EL VECTOR B SE LLAMA INDUCCIÓN MAGNÉTICA Y SE MIDE EN TESLAS. TAMBIÉN SE MIDE EN GAUSS ( 1 T = 104 G)
Propiedades de B
• Su dirección es perpendicular al plano creado por v y r.
• Su sentido viene dado por la regla de la mano izquierda. (Cuidado con el signo de la carga)
• Una carga eléctrica siempre produce una campo eléctrico, pero solo produce un campo magnético si está en movimiento.
• El campo magnético no es central, sus líneas de campo son cerradas.
Campos magnéticos creados por un elemento de corriente
Biot y Savart dedujeron para el campo magnético creado por un elemento de circuito por el que circula una corriente estacionaria I la siguiente expresión experimental
20
4 r
ulIdBd
2
0
4 r
ulIdBdB
Campo magnético creado por un hilo recto e indefinido
Las líneas de campo son circunferencias concéntricas en el hilo, siendo el valor del campo
R
IB
20
La dirección del campo magnético se dibuja perpendicular al plano determinado por la corriente rectilínea y el punto, y el sentido se determina por la regla del sacacorchos o la denominada de la mano derecha
http://www.sociedadelainformacion.com/departfqtobarra/magnetismo/biot/biot.htmhttp://www.sociedadelainformacion.com/departfqtobarra/magnetismo/biot/biot.htm
Campo magnético creado en el centro de una espira (conductor circular) de radio R por el
que circula una corriente de intensidad I
Una espira es un circuito eléctrico cerrado, que suele ser rectangular o circular. El campo magnético en su centro vale:
R
IB
20
Las líneas de campo penetran por una cara de la espira ( cara sur) y salen por la opuesta (cara norte).
El Teorema de AmpereLa circulación del campo magnético a lo largo de una línea cerrada no es nula, sino que viene dada por el Teorema de Ampere: La circulación del vector
campo magnético en una trayectoria cerrada es proporcional a la intensidad encerrada.
B creado por un solenoide en su interior
Un solenoide se comporta como un imán, ya que posee una cara N en uno de sus extremos y otra S en el otro
Ley de Lorentz (1)Cuando una carga se mueve a una velocidad en las proximidades de una imán o de un alambre por el que circula una corriente eléctrica aparece una fuerza adicional sobre ella que depende de la velocidad y su dirección.
1. La FUERZA ES PROPORCIONAL al valor de la CARGA 2. La FUERZA ES PROPORCIONAL al MODULO DE LA
VELOCIDAD 3. El VALOR, DIRECCIÓN y SENTIDO de la FUERZA
depende de la DIRECCIÓN y SENTIDO de la VELOCIDAD.4. Si la VELOCIDAD de la partícula está dirigida a lo largo
de una DETERMINADA LÍNEA del espacio, la FUERZA ES CERO.
5. Si la VELOCIDAD NO ESTÁ DIRIGIDA a lo largo de esta línea, existe una fuerza que es PERPENDICULAR A LA MISMA y es también PERPENDICULAR A LA VELOCIDAD.
6. Si la VELOCIDAD forma un ángulo f con la esta línea, la fuerza es PROPORCIONAL al SENO DEL ANGULO f
7. La FUERZA sobre una carga NEGATIVA es opuesta a la ejercida sobre una carga positiva con la misma velocidad
Ley de Lorentz (2)
La partícula sólo tiene aceleración normal: el campo magnético no modifica la rapidez de la partícula, sino sólo su dirección.
El trabajo de la fuerza magnética es nulo
Movimiento de una partícula cargada en un campo magnético uniforme
m
Bvqa
BvqFvFsiBvqF
maFvFsiamFc
c
Vídeo que describe el movimiento
Si tenemos una partícula de carga q con velocidad v al campo magnético uniforme, tenemos
El movimiento es circular uniforme de radio R:
Bq
m
fT
T
m
Bq
R
v
Bq
vmR
m
Bvq
R
vac
212
2
Selector de velocidad
B
EvBvqEqFF me 0
El selector de velocidades es una región en la que existe un campo eléctrico y un campo magnético perpendiculares entre sí y a la dirección de la velocidad del ión. En esta región los iones de una determinada velocidad no se desvían.
Espectrómetro de masas• El espectrómetro de masas es
un dispositivo que separa iones que tienen la misma velocidad. Los iones pasan por un selector de velocidades, una región en la que existen un campo eléctrico y otro magnético cruzados.
• Los iones que pasan el selector sin desviarse, entran en una región donde el campo magnético les obliga a describir una trayectoria circular. El radio de la órbita es proporcional a la masa, por lo que iones de distinta masa impactan en lugares diferentes de la placa.
Bq
vmR
El ciclotrónEl cicotrón es un acelerador de partículas, basado en que el periodo del movimiento circular de una partícula sometida a un campo magnético es independiente de su velocidad.
El ciclotrón consta de dos placas semicirculares huecas, que se montan con sus bordes diametrales adyacentes dentro de un campo magnético uniforme que es normal al plano de las placas y se hace el vacío. A dichas placas se le aplican oscilaciones de alta frecuencia que producen un campo eléctrico oscilante en la región diametral entre ambas.
http://teleformacion.edu.aytolacoruna.es/FISICA/document/applets/Hwang/ntnujava/cyclotron/cyclotron_s.htm
El ciclotrón (2)
Bq
vmR
Un protón, procedente de una fuente situada cerca del centro de las Des, penetra en la D negativa y describe una semicircunferencia.
En ese tiempo, se invierte la polaridad de las Des y el protón es acelerado donde penetra con mayor velocidad.
El protón continúa así hasta su salida cuando llega al borde de una De. El radio de la última trayectoria coincide con el radio de las Des.
Tubo de un televisor o de rayos catódicos
Las imágenes que se forman en un tubo de rayos catódicos se deben al barrido de un haz de electrones sobre una pantalla fluorescente.
Los electrones son acelerados por una diferencia de potencial que los enfoca, produciendo un haz que penetra en la zona deflectora.
En esta zona hay dos campos magnéticos perpendiculares que desvían los electrones. De esta manera el haz barre completamente la pantalla. Un barrido rápido puede producir 30 imágenes por segundo,
Fuerza magnética sobre un elemento de corriente.Idtdq
)()()( BldIBdtvIBvdqFd
C C
BldIFdF )(
Para un hilo rectilíneo situado en un campo magnético uniforme:
)( BxlIF
Fuerzas entre corrientes paralelas
aba
a lBIFd
IB
20
La atracción o repulsión de corrientes paralelas o antiparalelas fue descubierta experimentalmente por Ampére.
d
II
l
F ba
20
Esta fuerza es de atracción si las corrientes son del mismo sentido y de repulsión si tienen sentidos contrarios
Comportamiento de la materia en presencia de campos magnéticos
El comportamiento de los materiales frente a los campos magnéticos depende de la estructura interna del material. El movimiento de los electrones que forman un material hace que se induzcan pequeños campos magnéticos llamados dipolos magnéticos. En la mayoría de los casos, estos dipolos se orientan al azar y sus efectos se cancelan.
Al aplicar un campo magnético al material los dipolos pueden orientarse en uno u otro sentido. El campo magnético en el interior del material puede ser mayor o menor que el externo.
extr BB
int
Sustancias paramagnéticas y diamagnéticas
Sustancias paramagnéticas Sustancias diamagnéticas
extr BB int1extr BB int1
• Son débilmente atraídas por un imán
• Una pequeña fracción de los dipolos atómicos se orientan en la dirección del campo exterior.
• Ejemplos: oxígeno líquido, aluminio, platino, paladio…
• Son débilmente repelidas por un imán
• Una pequeña fracción de los dipolos atómicos se orientan en sentido contrario al campo exterior.
• Ejemplos: mercurio, plata, cobre, bismuto, agua…
Sustancias ferromagnéticas
extr BB int1
• En estos materiales existen pequeñas regiones llamadas dominios magnéticos con todos los dipolos orientados en la misma dirección.
• Un campo magnético exterior puede orientar un número muy alto de estos dipolos y el material se imanta.
• Son fuertemente atraídas por los imanes y fácilmente imantables: se usan para fabricar imanes artificiales.
• Ejemplos: hierro, cobalto, níquel y sus aleaciones.
