Campo Magnetico GITI Sin
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BLOQUE TEMTICO 2CAMPO MAGNTICO
TEMA 4. CAMPO MAGNTICO EN EL VACO4.1. Campo magntico. Vector induccin magntica4.2. Fuerza magntica sobre una carga puntual. Aplicaciones4.3. Fuerza magntica sobre una corriente elctrica
- Espira de corriente en un campo magntico uniforme4.4. Efecto Hall
Fsica II
TEMA 5. FUENTES DEL CAMPO MAGNTICO5.1. Ley de Biot y Savart. Aplicaciones5.2. Ley de Ampre. Aplicaciones5.3. Flujo magntico. Ley de Gauss para el campo magntico
TEMA 6. MAGNETISMO EN LA MATERIA6.1. Dipolos magnticos atmicos. Vector magnetizacin6.2. El vector excitacin magntica6.3. Susceptibilidad y permeabilidad magnticas6.4. Fenmenos magnticos en medios materiales
TEMA 4
CAMPO MAGNTICO EN EL VACO
CONCEPTOSCampo magnticoFuerza magnticaFuerza de LorentzEfecto Hall
OBJETIVOS
Comprender el concepto de campo magntico ydescribir el vector campo magntico
Describir la trayectoria de una partcula que seEfecto HallMomento magntico
Describir la trayectoria de una partcula que semueve en un campo magntico.
Conocer la fuerza del campo magntico sobreuna carga en movimiento y sus aplicaciones
Calcular la fuerza que ejercen los camposmagnticos sobre elementos de corriente
Calcular el par de torsin que ejercen loscampos magnticos sobre espiras de corriente.Calcular el momento magntico de una espira.
Fsica II
-
INTERACCIN MAGNTICA
IMANES
Polos de un imn
Fsica II
Conceptos sobre el campo magntico: Campo magntico Vector induccin magntica
rB
ImnHilo conductor
Lneas de campo magntico
4.1. CAMPO MAGNTICO. EL VECTOR INDUCCIN MAGNTICA4.1. CAMPO MAGNTICO. EL VECTOR INDUCCIN MAGNTICA
Tierra
Las interacciones elctricas y magnticas son dos aspectos diferentes de una misma propiedad de la materia: su carga elctrica
INTERACCIN ELECTROMAGNTICA
I
IrB
rB
NS
Fsica II
-
La fuerza magntica que actasobre una partcula cargada esperpendicular a los vectoresvelocidad y campo magntico
r r rF qv Bm
=
4.2. FUERZA MAGNTICA SOBRE UNA CARGA PUNTUAL. APLICACIONES
4.2. FUERZA MAGNTICA SOBRE UNA CARGA PUNTUAL. APLICACIONES
Existe alguna forma de que una carga puntual se mueva en el interior de un campo magntico sin que sufra la accin de una fuerza magntica?
Fsica II
( )BvEqFFF magnticaelctrica rrrrrr +=+=Existe alguna forma de que una carga puntual se mueva en
una regin en la que existan un campo magntico y uno elctrico de modo que la fuerza neta que reciba sea nula?
Fuerza de Lorentz
Si en la misma regin del espacio en la que existe el campo magnticoexiste tambin un campo elctrico , entonces cualquier carga q que semueva con una velocidad (no paralela a ) recibir una fuerza total quese denomina Fuerza de Lorentz.
BrE
r
Unidades de campo magntico:
Tesla (T)
Gauss (G)
r Vector dirigido hacia dentroh Vector dirigido hacia fuera
r r r r
r r r r
r r r r
r r r r
hh h h
hh h h
hh h h
hh h h
hh h h
GT 4101 = TG 4101 =
Fsica II
-
Movimiento de una carga puntual en un campo magntico uniforme
La fuerza magntica es, en todos los puntos,perpendicular a la velocidad y, por tanto, esperpendicular a la trayectoria
Fuerza magntica sobre una carga puntual
La fuerza magntica no modifica el mdulo de la velocidad slo modifica sudireccin
Qu propiedades tiene la fuerza magntica que acta sobre una carga?
La fuerza magntica no realiza trabajo sobre la partcula al sermFvrr
Rv
ac
2
=amFrr
=
CTOTAL EW = CE=0 ctev =
Fsica II
( ) ( ) BvqBvvqBvqFm rrrrrrrr =+== //Radio de curvatura
Movimiento de una carga puntual en un campo magntico uniforme
Situacin 2Situacin 1
BqvmR =
uniformeBr uniformeBrSituacin 2Situacin 1
Paso de hlice
Bqvm2Tvd llll
==
Fsica II
X X X X
X X X X
X X X X
X X X X
X X X XB
F
+q v
rR
q BvR m = =
2 2 mT q Bpi pi
= =
= vv
uniformeBrr
llvvv
uniformeBrrr
+=
-
Movimiento de partculas cargadas en campos magnticos no uniformes
Ejemplo
Ejemplo
llvvv
uniformeBrrr
r
+=
Ejemplo
Configuracin de campos magnticosen la que el campo es dbil en elcentro y muy intenso en ambosextremos (botella magntica)
Oscilacin de iones entre los polosmagnticos de la Tierra(Cinturones de Van Allen)
Movimiento de una carga puntual en un campo magntico: APLICACIONES
CiclotrnE.O. Lawrence y M.S. Livingston (1934)
Selector de velocidadesr r rF FF F q E q v B
e m
e m
+ =
= =
0
0
vEB0
=
Espectrgrafo de masasEspectrgrafo de masasFrancis William Aston (1919)Perfeccionado por K. Bainbridge
Tubo de Thomson J.J. Thomson (1897)
m
qBRv
BB RE
= =0
Fsica II
(Fig
ura
s de
l Tip
ler)
-
++
++
+
I
S
BL ( )mF q v B= r rr
( )F nSLq v B= =r rr ( )L nqSv B =r ur ILu B =lr r IL Br rF IL B= r r r
N nSL=qF N F=
r r
4.3. FUERZA MAGNTICA SOBRE UNA CORRIENTE ELCTRICA4.3. FUERZA MAGNTICA SOBRE UNA CORRIENTE ELCTRICA
Fuerza magntica sobre un hilo conductor rectilneo
( )F Nq v B= r rr
Lr Es un vector cuyo mdulo es igual a la
longitud del conductor y cuya direcciny sentido son los de la corriente
B
dF
IdlL
I
Fuerza magntica sobre un hilo conductor
I = cte
Elemento de corriente = lr
Id
Fuerza magntica elemental sobre un elemento de corriente
BIdFdr
lrr
=
= L BdIFr
lrr
cteB
cteI
=
=
r
Fsica II
= L BIdFr
lrr
[ ] BdIFL
rlrr
=
Espira de corriente en un campo magntico uniforme
B cte=rI = cte
= BdIFr
lrr
= BIdFr
lrr ( ) BdIF rlrr =
0r
lr
=Ld
0Frr
=
La fuerza magntica que un campo magnticouniforme ejerce sobre una espira de corriente,cualquiera que sea su forma, es nula
Fuerza magntica sobre un hilo conductor cerrado
0iF =r
M IS=rr
Momento dipolar magntico
NM NIS=rr
M B = r r r
1 2 3 4;F F F F= = r r r ri iF IL B= r r r
3 4 = r r
1 0 =r
0FFFFF 4321rrrrrr
=+++=
Fsica II
2 2i ir F r F IS B = = = r rr r rr r
-
Espira circular de alambre Bobina circular de alambre con tres vueltas (N=3)
Puntos de conexin parahacer pasar corrientepor las espiras
Fsica II
r r r = NIS BMomento de torsin de una bobina
r rM NIS=Momento dipolar magntico de una bobina
Una espira por la que circula una corriente no experimenta ninguna fuerza netacuando se encuentra en un campo magntico uniforme pero sobre ella seejerce un par (momento de torsin) que tiende a girarla.
CARA NORTE: CARA NORTE: corriente circulando por la espira en sentido antihorario
CARA SUR: corriente circulando por la espira en sentido horario
Fsica II
Espira de corriente rectangular descrita por el vector superficie.
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Imanes en un campo magntico uniforme
Momento dipolar magntico de un imn
IMANES EN EL INTERIOR DE CAMPOS MAGNTICOS
Polo magnticoBFq =*
Imanes o espiras, una vez situados en un campo magntico externo, espreciso realizar un trabajo para girarlos un ngulo , medido desde ladireccin del momento dipolar coincidente con la del campo magntico,ya que en ese punto el momento de torsin es nulo. Ese trabajo quedaalmacenado en forma de energa potencial en el dipolo magntico.
Fsica II
Surge de la desviacin de los portadores de carga a unlado del conductor como consecuencia de la fuerzamagntica que experimentan
EFECTO HALL: aparicin de una tensin (d.d.p.) en unconductor en la direccin perpendicular a la corriente
4.4. EFECTO HALL4.4. EFECTO HALL
El efecto Hall permite:8 Conocer la carga de los portadores8 Conocer la concentracin de portadores8 Medir campos magnticos
Fsica II
(Figuras del Tipler)
Sonda Hall y Teslmetro