3 Interaccion magnetica (1).pdf

8/17/2019 3 Interaccion magnetica (1).pdf

1/35

Física 2º bachillerato Interacción magnética 1

INTERACCIÓN

MAGNÉTICA1. Magnetismo.2. El magnetismo natural.

3. Campo magnético.4. Electromagnetismo.5. El campo magnético frente la electricidad.6. Campos magnéticos originados por cargas en

movimiento.7. Interacción entre dos conductores rectilíneos.8. Ley de Ampere.


2/35


0. CONOCIMIENTOS PREVIOSLos conocimientos previos que son necesarios dominar y

ampliar son:

• Los imanes (naturales o artificiales) se atraen y repelen

entre sí y atraen objetos de hierro.

• Los imanes tienen dos polos (norte y sur), los iguales serepelen y los distintos se atraen.

• Las corrientes eléctricas producen efectos magnéticos.

• La intensidad de corriente eléctrica.


3/35


1. MAGNETISMOEl magnetismo es la propiedad que tienen las sustancias magnéticas

(imanes) de atraerse y repelerse entre sí o de atraer otrosmateriales.

Los imanes tienen dos extremos denominados polos magnéticos (norte ysur) que son imposibles de separar dentro

de un imán. Polos igualesse repelen y polos distintos se atraen. No se pueden separar los

polos de un imán.

Tipos de sustancias magnéticas:

• Imanes naturales (permanentes).

• Imanes artificiales: – Frotados con magnetita (permanente o temporales). – Electroimanes (temporales).


4/35


2. EL MAGNETISMO NATURALExisten sustancias naturales que presentan propiedades magnéticas, estas propiedades

magnéticas tienen su origen en las corrientes eléctricas (movimiento de electrones).

Dentro de todas las sustancias existen dominios. Los dominios son regiones orientadas,zonas donde los dipolos magnéticos a nivel atómico toman la misma dirección.

Cuando los dominios están al azar se anulan mutuamente, pero cuando toman el mismosentido originan imanes.

Según el comportamiento de la sustancia ante los efectos de un campo magnético externoexisten sustancias: diamagnéticas, paramagnéticas y ferromagnéticas.


5/35


2. EL MAGNETISMO NATURALEl momento magnético o permeabilidad magnética (μ) es la

capacidad de una sustancia o de un medio para hacer pasar através suyo un campo magnético, es una constante característicade las sustancia o medio. Es una medida de la cantidad demagnetismo que una sustancia puede adquirir ante un campomagnético aplicado.

Es un fenómeno presente en algunos materiales en los cuales laslíneas de fuerza de un campo magnético pasan con mayorfacilidad a través del material que por el aire o el vacío. Estoprovoca que cuando un material permeable se coloca en un campomagnético, concentre un mayor número de líneas de flujo por

unidad de área y aumente el valor de la densidad del flujomagnético.

La permeabilidad magnética del vacío μo tiene un valor en el SistemaInternacional de: 7 7 7

20 4 10 4 10 4 10Wb Tm N

Am A A


6/35


2. EL MAGNETISMO NATURALLas sustancias diamagnéticas:

• Su momento magnético es cero, supermeabilidad magnética es siempre inferiora la permeabilidad magnética del vacío (μ

o).

• No presentan propiedades magnéticasobservables.

• Al situarlas ante un campo magnético seinduce un campo magnético momentáneo, muydébil y de sentido opuesto (paraneutralizarlo).

• Es repelido (rechazado) ligeramente por un

imán (campo magnético), se alejan delelectroimán moviéndose hacia la zona demenor intensidad del campo magnético.

• Ej: agua, sal común, oro, plata, cobre y plomo.

Al situar la sustancia frente a uncampo magnético externo seinduce un campo magnéticointerno momentáneo muy débil

de sentido opuesto al externo.

Comportamiento de una sustancia paramagnética

B


7/35


2. EL MAGNETISMO NATURALLas sustancias paramagnéticas:

• Su momento magnético es no nulo, supermeabilidad magnética es siempre superiora la permeabilidad magnética del vacío (μ

o)

pero con valor similar a esta.

• Las propiedades magnéticas delparamagnetismo aumentan al descender latemperatura.

• Al aplicar un campo magnético externotienden a alinearse con él, aunque no demanera total debido a la agitación térmica. Elcampo magnético inducido tiene el mismosentido y es mayor.

• Son atraídas débilmente por el imán (campomagnético), se acercan hacia el interior delelectroimán, se mueven hacia la zona donde elcampo magnético se intensifica.

• Ej: estaño, platino, oxígeno y aluminio.

Al situar la sustancia frente a uncampo magnético externo los

momentos magnéticos tienden aalinearse con él, pero sinobtener una alineación totaldebido a la agitación térmica.Se genera un campo magnéticointerno hacia las zonas másintensas del campo.

Comportamiento de una

sustancia paramagnética

B


8/35


2. EL MAGNETISMO NATURALLas sustancias ferromagnéticas:

• Su momento magnético es no nulo, losátomos están agrupados en grandes dominioscon sus momentos magnéticos en la mismadirección, su permeabilidad magnética essiempre superior a la permeabilidadmagnética del vacío (μ

o).

• Las propiedades magnéticas varían a partirde la temperatura del punto de Curie. – Por encima del punto crítico (punto de Curie)se comportan como sustancias

paramagnéticas, la agitación térmica nopermite la alineación de los dominios.

– Por debajo del punto crítico (punto de Curie) yante la presencia de un campo magnéticoexterno se orientan (alinean) todos losdominios creando un campo magnético internomuy intenso.

• Son fuertemente atraídos por el imán(campo magnético), se mueven hacia elinterior del electroimán experimentando unaintensa fuerza magnética.

• Ej: hierro, cobalto y níquel.

No presentan efectos magnéticosapreciables hasta la presencia de uncampo magnético externo donde todoslos momentos magnéticos se alinean enla dirección del campo generando uncampo magnético muy intenso.

Comportamiento de unasustancia ferromagnética

B

B

Momentos

magnéticos

alineados con el

campo

Momento

magnético

resultanteDominios


9/35


2. EL MAGNETISMO NATURALEl campo magnético terrestre es el

comportamiento del planeta como ungigantesco dipolo magnético.

Los polos magnéticos terrestres estánpróximos a los polos geográficospero invertidos (el polo norte de labrújula señala al polo sur del planeta

y viceversa).

La diferencia entre los polos geográficos y magnéticos se denomina declinaciónmagnética. Varía con el tiempo ya quelos polos magnéticos también varíancon el tiempo.

El campo magnético terrestre se debe ala naturaleza y el estado del núcleodel planeta, el cual es de hierro yestá en movimiento generandocorrientes eléctricas que crean elcampo magnético.


10/35


3. CAMPO MAGNÉTICOUn campo magnético es una región del espacio cuyas propiedades

(magnéticas) son perturbadas ante la presencia de una sustanciamagnética. No es un campo conservativo.

El campo magnético viene determinado por la inducción magnética (B), quees una magnitud vectorial que representa la intensidad del campomagnético. Un campo magnético es uniforme cuando la inducciónmagnética es la misma en todos sus puntos.

La unidad del campo magnético o inducción magnética es el tesla (T).

Si el valor de la inducción magnética es el mismo en todos los puntos se diceque el campo magnético es uniforme.

Como el campo magnético no es conservativo no tiene sentido el conceptode potencial.


11/35


3. CAMPO MAGNÉTICOLa fuerza magnética ejercida es lafuerza que actúa sobre una

carga eléctrica en movimientoque se introduce en un campomagnético.

La fuerza magnética es máximacuando el ángulo es de 90º y nulacuando es 0º o 180º.

Las cargas positiva y negativaspresentan fuerzas con sentidosopuestos.

B

V

F

q +

Fuerza sobre una carga eléctrica

positiva en un campo magnético

)Bv(qF

( ) ( )q q v B senv F B


12/35


3. CAMPO MAGNÉTICOUna carga eléctrica en reposo (produce un campo eléctrico)dentro de un campo magnético no experimenta fuerza

magnética alguna, solo sufre una fuerza magnéticacuando está en movimiento.

B

E

F

v

B

E

F

q

q

F

BE

v q

F

BE

EqF

q

)Bvq(EqF


13/35

EJERCICIO-EJEMPLO

Una partícula cargada se introduce en unaregión en la que coexisten un campoeléctrico de 3 500 N/C y un campomagnético de 0,07 T que producenfuerzas iguales y opuestas sobre ella.Calcula el módulo del vector velocidad

de la partícula la cual es perpendiculara ambos campos.



14/35

EJERCICIO-EJEMPLO

Una carga de 4 nC se introduce en uncampo magnético. Halla el valor de lafuerza magnética sobre la carga.

Valores de la velocidad de la partícula y dela inducción magnética en unidades delSistema Internacional:


j i Bi v

6,05,00002


15/35


3. CAMPO MAGNÉTICOLas líneas de campo (o de fuerza)

representan gráficamente la inducciónmagnética.

Son tangentes al vector inducción magnética.

Son líneas cerradas (campo solenoidal).

La densidad de líneas de campo esproporcional a la intensidad.

La dirección se determina como la tangente auna aguja de prueba (imantada). El sentido

es la de sur a norte (coincide con elsentido norte a sur del imán creador delcampo).

El sentido es de polo norte (fuente) hacia alpolo sur (sumidero).

B

B

B

B

B

B

B

B


16/35


3. CAMPO MAGNÉTICOLas líneas de campo se pueden

representar perpendicularmente alplano del papel:

• Los puntos indican que el campo esperpendicular al papel y salen de élacercándose a nosotros.

• Las cruces indican que el campo esperpendicular al papel y se meténen él alejándose de nosotros

Hacia fuera del papel

Hacia dentro del papel

Representación simbólica


17/35


3. CAMPO MAGNÉTICO

La tesla (T) es la unidad de la intensidad delcampo magnético.

Una tesla es la intensidad de campo (valor deinducción magnética) que produce una fuerzade un newton sobre una carga eléctrica de un

culombio que se mueve con la velocidad de unmetro por segundo de manera perpendicular alcampo.

N N T

m A mC

s


18/35


Comparación entre los campos eléctricos y magnéticos:A N A L O G I A S D I F E R E N C I A S

El campo eléctrico es conservativo y el

magnético no (por eso el eléctrico tiene

definido un potencial y el magnético

no).

Las líneas de campo eléctrico son

abiertas y las de campo magnético son

cerradas.

Las fuerzas del campo eléctrico son

centrales y las del magnético no.

Las fuerzas de campo eléctrico tienen

la dirección del vector intensidad decampo y las del magnético son

perpendiculares.

El campo eléctrico actúa siempre sobre

las cargas y el campo magnético solo si

están en movimiento.

Ambos ejercen fuerzas sobre

cargas eléctricas.

Un campo eléctrico variable crea

un campo magnético (y viceversa).

Existen dipolos eléctricos y

magnéticos (aunque los eléctricos

se pueden separar y los

magnéticos no).

Los dipolos tienen la libertad paramoverse y orientarse en función

del campo. Son arrastrados hacia

donde el campo es más intenso.

3. CAMPO MAGNÉTICO


19/35


3. CAMPO MAGNÉTICO

E

B

Líneas de campo eléctrico Líneas de campo magnético


20/35


3. CAMPO MAGNÉTICO

B

E1

2

P’

P q

1

2

21 TT 21 TT

P’

P q

El campo eléctrico es conservativo, el trabajo para llevar unapartícula de un punto a otro no depende del camino.

El campo magnético no es conservativo, el trabajo para llevar unapartícula de un punto a otro sí depende del camino


21/35

RELACIÓN DE EJERCICIOS

FUERZAS Y CAMPOS

MAGNÉTICOS



22/35


4. ELECTROMAGNETISMOEl magnetismo es una consecuencia de la electricidad.

Las corrientes eléctricas producen campos magnéticos(Oersted, 1777-1851) y las cargas en movimientoproducen campos magnéticos (Faraday, 1791-1867).

Una corriente eléctrica crea un campo magnéticoperpendicular al sentido de la corriente, el sentido del

campo magnético solo depende del sentido de lacorriente eléctrica.


23/35


4. ELECTROMAGNETISMOLos puntos básicos del electromagnetismo (Ampere, 1775-1836) son:

• Las cargas eléctricas en movimiento producen interacción eléctrica ymagnética.

• Toda carga en movimiento produce un campo magnético que actúa

sobre otra carga solo si está en movimiento.

• Un campo magnético actúa sobre una carga solo si está en movimiento.

• En un punto existe campo magnético si una carga móvil colocada en él

experimenta una fuerza.

Las síntesis de electricidad y magnetismo fue enunciada por Maxwell(1831-1879).


24/35


4. ELECTROMAGNETISMO

La fuerza de Lorentz (generalizada) es lafuerza total que actúa sobre una cargaeléctrica en un espacio donde coexisten

un campo eléctrico (E) y un campomagnético (B), será la suma de ambas:

F q E q v B


25/35


4. ELECTROMAGNETISMO

La fuerza que actúa sobre una carga es:

• Directamente proporcional a la carga.

• Directamente proporcional a la velocidad.

• Directamente proporcional a la intensidad de campo.

• Perpendicular al vector intensidad de campo magnético y al vector velocidad.


26/35

EJERCICIO-EJEMPLO

En una región coexisten un campoeléctrico de 500 N/C y un campomagnético de 0,5 T perpendiculares

entre sí. Una partícula cargada, que semueve con una velocidad que tienedirección perpendicular a ambos

campos, penetra en la región sindesviarse. Calcula el valor de lavelocidad de la partícula.



27/35


FUERZA DE LORENTZ


É


28/35


5. EL CAMPO MAGNÉTICOFRENTE A LA ELECTRICIDAD

Las acciones del campo magnético frentea una partícula cargada puede ser:

• Acción del campo magnético sobre unacarga en movimiento.

• Acción del campo magnético sobre unacorriente eléctrica.

É


29/35



Acción del campo magnético sobre una carga en movimiento:

Cuando una partícula (m) cargada (q) en movimiento entra en contactocon un campo magnético sufre una fuerza (Lorentz).

Esta fuerza es proporcional a la carga, la velocidad y la inducción.

Cargas con distinto signo experimentan fuerzas de sentido opuesto.

Se pueden dar los siguientes casos:• Velocidad paralela a la inducción.• Velocidad perpendicular a la inducción.• Velocidad con un ángulo cualquiera respecto la inducción.

( ) F q v B q v B sen

É


30/35



Acción del campo magnético sobre una carga enmovimiento con una velocidad paralela a lainducción:

• α=0º-180º => sen α=0

• No aparece ninguna fuerza.

• Se moverá con un movimiento rectilíneouniforme (MRU).


É


31/35



Acción del campo magnético sobre una carga enmovimiento con una velocidad perpendicular ala inducción:

• α=90º => sen α=1

• La fuerza que aparece es máxima (en lapartícula negativa tiene el sentido contrario).

• Se moverá con un movimiento circular

uniforme ya que la fuerza será perpendiculara los vectores v y B.

• La fuerza magnética coincide con la fuerzacentrípeta.


v

x y

zq+

B

v

x

y

F

R

q+

B

F

v

+

F v

+

2

C

va

R

É


32/35



2

2

2 2

m

c

m v R F q v B

q Bm v F q v Bm v R m R

F T R v q B

v qw B

R m

2

C

va

R


33/35

EJERCICIO-EJEMPLOUn protón penetra con una velocidad de 2 400 km/s

en dirección perpendicular a un campomagnético uniforme de 1,5 teslas. Halla:

a) La fuerza magnética que actúa sobre el protón.b) El radio de la circunferencia que describe.c) El período de su movimiento.

Datos del protón:Carga: 1,6 · 10-19 C; masa: 1,7 · 10-27 kg



34/35

EJERCICIO-EJEMPLOUna partícula a describe una circunferencia de 20 cm de

diámetro en el interior de un campo magnético uniforme de1,5 T. Halla:

a) La velocidad de la partícula.b) Su energía cinética expresada en electronvoltios.c) El tiempo que tarda en recorrer esta circunferencia.d) El número de vueltas que da cada segundo.

Datos de la partícula a:Carga: 3,2 · 10-19 C; masa: 6,5 · 10-27 kg



35/35


CAMPOS MAGNÉTICOS Y

ELECTRICIDAD


3 Interaccion magnetica (1).pdf

Documents

Transcript of 3 Interaccion magnetica (1).pdf