Embed Size (px)
Citation preview
Orlando B. Escalona T.
J. Mauro Briceño
Centro Latinoamericano y del Caribe para la Investigación sobre la Enseñanza de la Ciencia
Mérida 2004
Autores:UNIVERSIDAD DE LOS ANDES
Bosquejo histórico Bosquejo histórico del magnetismodel magnetismo
•El nombre asociado a esta piedra mineral (magnetita) deriva de la ciudad griega de Magnesia, lugar donde se descubrió. Los primeros reportes sobre la atracción de la piedra imán (magnetita) se remonta a los antiguos textos Griegos con Tales de Mileto, quién en el año 550 a.C conocía la propiedad que tiene la piedra imán de atraer pedazos de hierro.
Se considera que el fundador de la ciencia del magnetismo fue William Gilbert, quién reportó sus descubrimientos en "Del imán, de los cuerpos magnéticos y del gran imán: la Tierra" publicado en 1600. Fue el primero en elaborar un modelo magnético de la Tierra.
•El químico y físico inglés M. Faraday (1791-1867) introduce el concepto de líneas de fuerzas para representar al campo magnético.
En 1907 el físico francés Pierre Weiss postuló la existencia de las “regiones magnéticas” de diámetros que varían entre 0.001 y 0.1 cm dentro de los materiales ferromagnéticos como el hierro, níquel y el cobalto, las cuales intervienen en su magnetización.
El primer estudio serio del magnetismo fue hecho por Petrus Peregrinus de Maricourt en el 1260. Descubrió la existencia de los polos magnéticos y de la atracción y repulsión entre ellos.
En la naturaleza se dan tres tipos
de interacciones
Nuclear
• De corto alcance (menos de 10-14 m)
•Altas energías • Partículas elementales
Gravitacional
• Newton – Einstein•De gran alcance
•Su fuente es la masa•Fuerza sólo atractiva
Electromagnética – débil
• Teoría clásica: Faraday – Ampere – Gauss – Maxwell•Unificación: S. Weinberg, S. H. Glashow y A. Salam (Premio
Novel, 1979)•De largo y mediano alcance
•Su fuente son las cargas eléctrica• Fuerzas atractiva y repulsiva
•Desintegración de partículas elementales
Nuestro objetivo es describir
ésta interacción
Tipos de Tipos de InteraccionesInteracciones
Cargas eléctricas en movimiento
Electrones girando alrededor del núcleo de los
átomos (dipolo magnético)
Campos eléctricos cambiando en el tiempo (ondas electromagnéticas)
Corrientes eléctricas en
espiras, solenoides, etc.
(dipolo magnético)
Corrientes eléctricas (cargas en
movimiento) circulando por
alambres
N S
Imanes permanentesElectrones girando sobre
sus ejes (espín)
Origen del Origen del Campo MagnéticoCampo Magnético
Barra de hierro, cobalto o níquel
Cada dominio contiene miles
de millones de átomos
N
S
N
S
N
S
N
S
NS
N
S
N
S
N
S
N
S
NS
N
S
N
S
Dominios magnéticos(0.001-0.1 cm)
Los electrones al girar alrededor del
núcleo forman dipolos magnéticos
Los electrones al girar sobre
sus ejes forman el Spin
Fuentes del magnetismo Fuentes del magnetismo en algunos materialesen algunos materiales
Cómo construir Cómo construir un imán permanenteun imán permanente
N
S
N
S
N
S
N
S
N
S
NS
N
S
N
S
N
S
N
S
NS
N
S
NSNS
NSNS
NS
NSNS
NS
NS
N
S
NS
N
S
Polo sur
Polo norte
NS
Los dominios magnéticos se encuentran orientados
al azar
Bajo la acción de un campo magnético….
…se reorientan
…la barra de hierro (cobalto o níquel) se
magnetiza. Se convierte en un
imán!!!
Al quitar el campo…
Acción Acción de los imanesde los imanes
.S N
Imán permanente
Pieza de hierro
El imán atrae a la pieza de hierro
Interacción magnética
Atracción y repulsión Atracción y repulsión entre imanesentre imanes
SN
SN
Polos diferentes Se atraen
Atracción y repulsión Atracción y repulsión entre imanesentre imanes
SN
SN
Polos iguales Se repelen
Las distribución de las limaduras
de hierro alrededor de un
imánpermanente
permite visualizar su
CAMPO MAGNETICO
Las brújulas se orientan tangentes a las líneas
del CAMPO
MAGNETICON S
Visualización de la líneasVisualización de la líneas del campo magnéticodel campo magnético alrededor de un imánalrededor de un imán
B
Las brújulas se alinean tangente
a las líneas de inducción del
CAMPO MAGNETICO
Sus líneas de CAMPO son cerradas: no tienen ni un
comienzo ni un final
Los IMANES tienen dos
polos: norte y sur
Generan un CAMPO
MAGNETICO alrededor
NS
Líneas de inducción Líneas de inducción del campo magnético del campo magnético de un imánde un imán
Vector Vector campo magnético campo magnético
B
El vector campo
magnético B es tangente a las líneas de inducción y
su sentido es dado por el
de las líneas
La magnitud del vector B
disminuye con el aumento de la distancia al
imán
Monopolo o Monopolo o dipolo magnético dipolo magnético
Si cada parte se divide de nuevo, se obtienen otros imanes y así sucesivamente.
Esto es consecuencia de la inexistencia del MONOPOLO MAGNETICO
Cada imán tiene dos
polos como el imán original
Si un imán se parte en dos se convierte
en dos imanes
Si un imán se parte en dos se convierte
en dos imanes
Partículas cargadas desviadas por el Partículas cargadas desviadas por el campo magnético de un imáncampo magnético de un imán
N S
Lejos del imán la partícula cargada se
mueve con movimiento
rectilíneo uniforme
Cerca del imán la partícula cargada se desvía por la acción
de la fuerza magnética
¿Cuál es el signo de
las partículas?
Tienen carga
negativa
Partículas cargadas desviadas por el Partículas cargadas desviadas por el campo magnético de un imáncampo magnético de un imán
NS
¿Cuál es el signo de la carga de
la partícula?
¿Cuál es el signo de la carga de
la partícula?
+
-
Electrón en unElectrón en uncampo magnético uniformecampo magnético uniforme
El CAMPO MAGNETICO
tiene dirección perpendicular y su sentido es hacia adentro de la pantalla
Electrón
Gira con un movimiento
circular uniforme
El electrón describe una trayectoria
circular
La FUERZA MAGNETICA
tiene dirección radial y está
dirigida hacia el centro
de la circunferencia
V
F
La rapidez no cambia.
Su velocidad sí
Partícula cargada dentro y fuera de unPartícula cargada dentro y fuera de uncampo magnético uniformecampo magnético uniforme
Fuera del campo no actúa la fuerza magnética sobre
la partícula
El movimiento es rectilíneo uniforme.
Su velocidad es constante
Dentro del campo, actúa la fuerza
magnética sobre la partícula
El movimiento es circular uniforme.
Su rapidez es constante; su velocidad no.
Fuera del campo no actúa la fuerza magnética sobre
la partícula
El movimiento es rectilíneo
uniforme. Su velocidad es
constante
En toda la trayectoria no cambió la rapidez
de la partícula, su velocidad si.
Partículas cargadas dentro de unPartículas cargadas dentro de uncampo magnético uniformecampo magnético uniforme
+
-
-
Describe una trayectoria helicoidal
V
Describe una trayectoria circular
La partícula entra al campo magnético con una velocidad que tiene dos componentes: una perpendicular al campo y otra paralela
La partícula entra al campo magnético con una velocidad perpendicular al
campo magnético
Dependiendo de la dirección de la velocidad respecto a la del campo magnético, las partículas cargadas describen
órbitas rectilíneas, circulares o helicoidales
Describe una trayectoria
rectilínea. NO se desvía!!
V
La partícula entra al campo magnético con una
velocidad paralela al campo magnético
Partícula cargada dentro de los Partícula cargada dentro de los campos eléctrico y magnéticocampos eléctrico y magnético
+++
Campo magnético
Campo eléctrico
La fuerza magnética es
F = q vxB
La fuerza eléctrica es
F = q E
La fuerza resultante es
F = q E + q vxB = 0
F
v
El CAMPO MAGNETICO es perpendicular al plano de la hoja y dirigido al frente
¿Cuál es la dirección y el
sentido del campo magnético?
Electrón (-e) en el campo magnético Electrón (-e) en el campo magnético de una cámara de nieblade una cámara de niebla
z
x
y
Fv
B
Aplique la regla de la mano derecha
R3
R2
R1
Fuente de potencial
eléctrico V
Campo magnético
Campo eléctrico
V
El espectrómetro de masaEl espectrómetro de masaTres iones positivos de masas diferentesTres iones positivos de masas diferentes
El campo magnético B aplica una fuerza de magnitud F = qvB = mv2/R al ión y lo acelera produciéndole un
cambio en su trayectoria original.
Por consiguiente, la masa del ión es:
Es decir a mayor masa m, más grande es el radio R de la trayectoria.
V2
RqB=m
22
Placa fotográfica
El campo eléctrico E aplica una fuerza F=qE al ión positivo de carga +q y masa
m y lo acelera hasta que alcanza la velocidad
m
qV2=v
El radio disminuye porquem es proporcional
a R2
Cámara fuente de
iones
Campo magnetico del SolCampo magnetico del SolCrédito: TRACE Project, NASA
Movimiento de las partículas
eléctricas en el CAMPO
MAGNETICO del Sol durante una llamarada
