Upload
others
View
13
Download
0
Embed Size (px)
Citation preview
1. CAMPO MAGNÉTICO. EL VECTOR INDUCCIÓN MAGNÉTICA2. FUERZA MAGNÉTICA:
2.1. Fuerza magnética sobre una carga puntual. Aplicaciones2.2. Fuerza magnética sobre una corriente eléctrica
3. LEY DE BIOT Y SAVART. APLICACIONES4. LEY DE AMPÈRE. APLICACIONES5. FLUJO MAGNÉTICO. LEY DE GAUSS PARA EL CAMPO MAGNÉTICO6. PROPIEDADES MAGNÉTICAS DE LA MATERIA7. FENÓMENOS DE INDUCCIÓN ELECTROMAGNÉTICA: LEY DE FARADAY
Y LENZ:7.1. Fuerza electromotriz debida al movimiento7.2. Inducción mutua7.3. Autoinducción7.4. Generador de fuerza electromotriz sinusoidal
8. DENSIDAD DE ENERGÍA DEL CAMPO MAGNÉTICO9. DISPOSITIVOS ELÉCTRICOS EN CIRCUITOS:
9.1. Circuitos de corriente continua9.2. Circuitos de corriente alterna
TEMA 2CAMPO MAGNÉTICO
Peula, J.M., Alados, I., Liger, E., Vargas, J.M. (2014) Fundamentos Físicos de la Informática. OCW‐Universidad de Málaga. http://ocw.uma.es.
Bajo licencia Creative Commons Attribution‐Non‐Comercial‐ShareAlike 3.0
B
Conceptos sobre el campo magnético: Campo magnético Vector inducción magnética
Las interacciones eléctricas y magnéticas son dos aspectos diferentes de una misma propiedad de la materia: su carga eléctrica
INTERACCIÓN ELECTROMAGNÉTICA
Líneas de campo magnético
CAMPO MAGNÉTICO. EL VECTOR INDUCCIÓN MAGNÉTICA
CAMPO MAGNÉTICO
Línea de campo magnético y vector inducción magnética
B
Tierra Imán Hilo conductor
B
I
IB
B
NS
Peula, J.M., Alados, I., Liger, E., Vargas, J.M. (2014) Fundamentos Físicos de la Informática. OCW‐Universidad de Málaga. http://ocw.uma.es.
Bajo licencia Creative Commons Attribution‐Non‐Comercial‐ShareAlike 3.0
FUERZA MAGNÉTICASi se estudia el movimiento de una carga, q, que lleva una velocidad, v, en el interior de un campo magnético, B, se llega a la siguiente expresión para la fuerza magnética:
mF q v B
CAMPO MAGNÉTICO
Peula, J.M., Alados, I., Liger, E., Vargas, J.M. (2014) Fundamentos Físicos de la Informática. OCW‐Universidad de Málaga. http://ocw.uma.es.
Bajo licencia Creative Commons Attribution‐Non‐Comercial‐ShareAlike 3.0
CAMPO MAGNÉTICO
Peula, J.M., Alados, I., Liger, E., Vargas, J.M. (2014) Fundamentos Físicos de la Informática. OCW‐Universidad de Málaga. http://ocw.uma.es.
Bajo licencia Creative Commons Attribution‐Non‐Comercial‐ShareAlike 3.0
Fuerza magnética sobre una corriente eléctrica
CAMPO MAGNÉTICO
Peula, J.M., Alados, I., Liger, E., Vargas, J.M. (2014) Fundamentos Físicos de la Informática. OCW‐Universidad de Málaga. http://ocw.uma.es.
Bajo licencia Creative Commons Attribution‐Non‐Comercial‐ShareAlike 3.0
CAMPO MAGNÉTICO
Fuerza magnética sobre un hilo conductor cerrado
Peula, J.M., Alados, I., Liger, E., Vargas, J.M. (2014) Fundamentos Físicos de la Informática. OCW‐Universidad de Málaga. http://ocw.uma.es.
Bajo licencia Creative Commons Attribution‐Non‐Comercial‐ShareAlike 3.0
CAMPO MAGNÉTICO
LEY DE BIOT Y SAVART. APLICACIONES
Peula, J.M., Alados, I., Liger, E., Vargas, J.M. (2014) Fundamentos Físicos de la Informática. OCW‐Universidad de Málaga. http://ocw.uma.es.
Bajo licencia Creative Commons Attribution‐Non‐Comercial‐ShareAlike 3.0
d
I2I1
B1dl2
L1
L2
F21 2
2 22o I IF L
d
1 21 12
o I IF Ld
2 1 1 2
2 1 2oF F I I
L L d
0 11 2
IBd
2 122dF I d B
2 2 2 1dF I d B 1 222
o I I dd
1 22 22
o I IF dd
1 222
o I I dd
1 222
o I I Ld
CAMPO MAGNÉTICO
Definiciones:
Amperio: Es la intensidad de corriente que circulando en un mismo sentido por dos conductores rectilíneos y paralelos, separados en el vacío una distancia de un metro, origina en cada uno de ellos una fuerza atractiva de 2.10-7 N/m
Culombio: Es la carga que atraviesa en el tiempo de un segundo la sección recta de un conductor por el que circula una corriente de un amperio
Fuerza magnética entre corrientes paralelas
Peula, J.M., Alados, I., Liger, E., Vargas, J.M. (2014) Fundamentos Físicos de la Informática. OCW‐Universidad de Málaga. http://ocw.uma.es.
Bajo licencia Creative Commons Attribution‐Non‐Comercial‐ShareAlike 3.0
I
BB
r
dldr=
dldr=d
dr = rd
2o
rIB ur
dr rd
CAMPO MAGNÉTICO
2o o0
I Id 22 2
Ley de Ampère: La circulación delcampo magnético a lo largo decualquier línea cerrada es proporcionala la intensidad neta de corriente queatraviesa la superficie que delimita.
LEY DE AMPÈRE. APLICACIONES
IldB o
rd
rIrdu
rIrdBldB o
ro
22
Peula, J.M., Alados, I., Liger, E., Vargas, J.M. (2014) Fundamentos Físicos de la Informática. OCW‐Universidad de Málaga. http://ocw.uma.es.
Bajo licencia Creative Commons Attribution‐Non‐Comercial‐ShareAlike 3.0
BBdS
Ley de Gauss para el campo magnético
El flujo magnético a través de una superficie cerrada cualquiera es cero
SB dS
FLUJO MAGNÉTICO. LEY DE GAUSS PARA EL CAMPO MAGNÉTICO
CAMPO MAGNÉTICO
0 SdB
Peula, J.M., Alados, I., Liger, E., Vargas, J.M. (2014) Fundamentos Físicos de la Informática. OCW‐Universidad de Málaga. http://ocw.uma.es.
Bajo licencia Creative Commons Attribution‐Non‐Comercial‐ShareAlike 3.0
I ve
e-r Momento magnético
intrínseco (spin)
Momento magnético orbital
CAMPO MAGNÉTICO
PROPIEDADES MAGNÉTICAS DE LA MATERIA
Momento magnéticodel electrón:
Momento magnético neto del átomo: depende de la distribución de los electrones en el átomo
Las corrientes debidas a los movimientos de loselectrones a escala atómica son la causa de suspropiedades magnéticas
Magnetizaciónatm orb spinm m m
momento magnéticoMunidad de volumen
evmrL
SIm
extB
Sustancia no magnetizada
Campo externo
Momento magnético neto
Peula, J.M., Alados, I., Liger, E., Vargas, J.M. (2014) Fundamentos Físicos de la Informática. OCW‐Universidad de Málaga. http://ocw.uma.es.
Bajo licencia Creative Commons Attribution‐Non‐Comercial‐ShareAlike 3.0
CAMPO MAGNÉTICO
Magnitudes Magnéticas
Tipo de material Se cumple Susceptibilidad Permeabilidad
Diamagnético
Paramagnético
Ferromagnético 0m
0m
10 m
o
o
o
mM H
mM H
mM H
Intensidad de campo magnético
Susceptibilidad PermeabilidadH
m HBext
0
m0
r 1
MHBT
00
Campo magnético totalClasificación de los materialesEn función del comportamiento de sus moléculas frente
a un campo magnético exterior.
HBT
Peula, J.M., Alados, I., Liger, E., Vargas, J.M. (2014) Fundamentos Físicos de la Informática. OCW‐Universidad de Málaga. http://ocw.uma.es.
Bajo licencia Creative Commons Attribution‐Non‐Comercial‐ShareAlike 3.0
Diamagnéticos
CAMPO MAGNÉTICO
0m 0 M y Bext tienen sentidos opuestos
• Materiales con moléculas individuales sin momento dipolar magnético.• En presencia de un campo externo se induce un pequeño momento dipolar magnético.• El momento magnético inducido se opone al campo externo.• La magnetización es, generalmente, proporcional al campo (materiales lineales).• El efecto diamagnético es muy débil.• Las propiedades diamagnéticas son esencialmente independientes de la temperatura.• Bi, Cu, Ag, Au, Pb,...
Paramagnéticos
• Materiales con átomos que presentan momento dipolar magnético permanente.• Dipolos magnéticos orientados aleatoriamente en ausencia de campo externo. • Orientación de los dipolos magnéticos con el campo externo.• La temperatura dificulta la orientación.• La magnetización es proporcional al campo aplicado e inversamente proporcional a
la temperatura.• Al, Ca, Cr, Li, Mg,...
10 m 0M y B0 tienen sentidos iguales
TBCM
Peula, J.M., Alados, I., Liger, E., Vargas, J.M. (2014) Fundamentos Físicos de la Informática. OCW‐Universidad de Málaga. http://ocw.uma.es.
Bajo licencia Creative Commons Attribution‐Non‐Comercial‐ShareAlike 3.0
Peula, J.M., Alados, I., Liger, E., Vargas, J.M. (2014) Fundamentos Físicos de la Informática. OCW‐Universidad de Málaga. http://ocw.uma.es.
Bajo licencia Creative Commons Attribution‐Non‐Comercial‐ShareAlike 3.0
CAMPO MAGNÉTICO
Almacenamiento magnético
Substrato (disco)
Bits
Líneas de campo
Entrehierro
Cabeza de lectura (Magnetoresistencia)
Cabeza de escritura
(inducción)
ieil
MagnetorresistenciaMateriales cuya resistencia es sensible a las variaciones de campo magnético
• Intensidad corriente fija• Detección variación del voltaje• No inducción. Rapidez• Disminución tamaño celda
MR gigante (decenas %)MR colosal (miles %)
Celda de memoria o bitDensidad de bits
Lectura de la magnetización de la celda (0 ó 1)
1956: 10-2 Mb/cm2
2005: 1 Gb/cm2
Materiales ferromagnéticoscon ciclos de histéresis rectangulares y estrechos: Energía consumida pequeña (Fe2O3; CrO2; CoCr, CoNi)
• Celdas pequeñas• Señales pequeñas
• Inducción• Inductancia más grande• Lentitud
Distancia cabeza disco: 10 veces el tamaño atómico
Peula, J.M., Alados, I., Liger, E., Vargas, J.M. (2014) Fundamentos Físicos de la Informática. OCW‐Universidad de Málaga. http://ocw.uma.es.
Bajo licencia Creative Commons Attribution‐Non‐Comercial‐ShareAlike 3.0
CAMPO MAGNÉTICO
Peula, J.M., Alados, I., Liger, E., Vargas, J.M. (2014) Fundamentos Físicos de la Informática. OCW‐Universidad de Málaga. http://ocw.uma.es.
Bajo licencia Creative Commons Attribution‐Non‐Comercial‐ShareAlike 3.0
CAMPO MAGNÉTICO
Peula, J.M., Alados, I., Liger, E., Vargas, J.M. (2014) Fundamentos Físicos de la Informática. OCW‐Universidad de Málaga. http://ocw.uma.es.
Bajo licencia Creative Commons Attribution‐Non‐Comercial‐ShareAlike 3.0
CAMPO MAGNÉTICO
Peula, J.M., Alados, I., Liger, E., Vargas, J.M. (2014) Fundamentos Físicos de la Informática. OCW‐Universidad de Málaga. http://ocw.uma.es.
Bajo licencia Creative Commons Attribution‐Non‐Comercial‐ShareAlike 3.0
CAMPO MAGNÉTICO
Asociación de autoinducciones
Peula, J.M., Alados, I., Liger, E., Vargas, J.M. (2014) Fundamentos Físicos de la Informática. OCW‐Universidad de Málaga. http://ocw.uma.es.
Bajo licencia Creative Commons Attribution‐Non‐Comercial‐ShareAlike 3.0
CAMPO MAGNÉTICO
212
U LI
2
os
NL SL
solenoide
os
NB IL
212 s
o
BU SL
21
2Bs o
U BV
Energía almacenada en un inductor: Densidad de energía del campo magnético
L , autoinducción del solenoide : 2
; ;mm o oS
s s
d N NL N BdS N IS L SdI L L
B, Campo magnético en el interior del solenoide: os
NB IL
DENSIDAD DE ENERGÍA DEL CAMPO MAGNÉTICO
( ) ot sen t
( ) ; oo oI t I sen t I
R
Peula, J.M., Alados, I., Liger, E., Vargas, J.M. (2014) Fundamentos Físicos de la Informática. OCW‐Universidad de Málaga. http://ocw.uma.es.
Bajo licencia Creative Commons Attribution‐Non‐Comercial‐ShareAlike 3.0
V
a
b
I
R+
-
S
CAMPO MAGNÉTICO
DISPOSITIVOS ELÉCTRICOS EN CIRCUITOS
Resistencia en un circuito de corriente continua
Circuitos de corriente continua
Comportamiento de los tres dispositivos básicos: resistencia, condensador, autoinducción
Estado transitorio y estado estacionario
Intensidad de corriente en el estado estacionario
Io= V/R
I
t
RVV
RVIt o 00
RVIt ffinal
Peula, J.M., Alados, I., Liger, E., Vargas, J.M. (2014) Fundamentos Físicos de la Informática. OCW‐Universidad de Málaga. http://ocw.uma.es.
Bajo licencia Creative Commons Attribution‐Non‐Comercial‐ShareAlike 3.0
CAMPO MAGNÉTICO
Peula, J.M., Alados, I., Liger, E., Vargas, J.M. (2014) Fundamentos Físicos de la Informática. OCW‐Universidad de Málaga. http://ocw.uma.es.
Bajo licencia Creative Commons Attribution‐Non‐Comercial‐ShareAlike 3.0
CAMPO MAGNÉTICO
Transitorio RC
Peula, J.M., Alados, I., Liger, E., Vargas, J.M. (2014) Fundamentos Físicos de la Informática. OCW‐Universidad de Málaga. http://ocw.uma.es.
Bajo licencia Creative Commons Attribution‐Non‐Comercial‐ShareAlike 3.0
CAMPO MAGNÉTICO
Transitorio RC
Peula, J.M., Alados, I., Liger, E., Vargas, J.M. (2014) Fundamentos Físicos de la Informática. OCW‐Universidad de Málaga. http://ocw.uma.es.
Bajo licencia Creative Commons Attribution‐Non‐Comercial‐ShareAlike 3.0
CAMPO MAGNÉTICO
Transitorio RL
Peula, J.M., Alados, I., Liger, E., Vargas, J.M. (2014) Fundamentos Físicos de la Informática. OCW‐Universidad de Málaga. http://ocw.uma.es.
Bajo licencia Creative Commons Attribution‐Non‐Comercial‐ShareAlike 3.0
t0I I
oR VV
Representación fasorial
~ V(t) R
Circuitos de corriente alterna
CAMPO MAGNÉTICO
Resistencia en un circuito de corriente alterna
En una resistencia la tensión y la corriente están en fase
tsenV)t(V o
R)t(I)t(V)t(V R
tsenI)t(I o
RVI o
o
R)t(ItsenVo
tsenRV)t(I o
Peula, J.M., Alados, I., Liger, E., Vargas, J.M. (2014) Fundamentos Físicos de la Informática. OCW‐Universidad de Málaga. http://ocw.uma.es.
Bajo licencia Creative Commons Attribution‐Non‐Comercial‐ShareAlike 3.0
~ V(t) C
t/2
0I I
oC VV
Condensador en un circuito de corriente alterna
CAMPO MAGNÉTICO
cos ( )2t sen t
1CX CReactancia capacitiva
o Capacitancia
Representación fasorial En un condensador la tensión se retrasa /2 rad con respecto a la corriente
tsenV)t(V o
C)t(Q)t(V)t(V C
C)t(QtsenVo
tsenCV)t(Q o
tcosVCdt
)t(dQ)t(I o
)t(senXV)t(I
C
o 2
)t(senI)t(I o 2 C
oo X
VI
Peula, J.M., Alados, I., Liger, E., Vargas, J.M. (2014) Fundamentos Físicos de la Informática. OCW‐Universidad de Málaga. http://ocw.uma.es.
Bajo licencia Creative Commons Attribution‐Non‐Comercial‐ShareAlike 3.0
V(t)~ L
t
/2
0I I
oL VV
Autoinducción en un circuito de corriente alterna
CAMPO MAGNÉTICO
cos ( )2t sen t
LX L
Reactancia inductivao Inductancia
Representación fasorial En una autoinducción la tensión se adelanta /2 rad con respecto a la corriente
tsenV)t(V o
dt)t(dIL)t(V)t(V L
dt)t(dILtsenVo
tcosLVtdtsen
LV)t(I oo
)t(senXV)t(I
L
o 2
)t(senI)t(I o 2 L
oo X
VI
Peula, J.M., Alados, I., Liger, E., Vargas, J.M. (2014) Fundamentos Físicos de la Informática. OCW‐Universidad de Málaga. http://ocw.uma.es.
Bajo licencia Creative Commons Attribution‐Non‐Comercial‐ShareAlike 3.0