CAMPO MAGNÉTICO (I)

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 En la antigua Grecia se conocía las propiedades de la magnetita (piedra magnesiana). Sócrates (470-399 a.C.) suspendió una ristra de anillos de hierro de un imán.

 Los chinos (año 83 a.C.) conocían su «uso mágico» como brújula que «marca al sur».

 En el año 1084, en un libro de técnicas militares se describe la construcción de una brújula calentando hierro y dejándolo enfriar en la dirección norte-sur.

 Pierre de Maricourt construye en 1269 un imán esférico y sitúa agujas sobre él orientándose éstas de una forma determinada. Dibujó meridianos en la esfera y comprobó que dónde se cortaban los meridianos las agujas permanecían verticales. Se establece el polo norte del imán como el extremo que apunta al norte y polo sur como el extremo que apunta al sur.

 Los polos iguales se repelían y los distintos se atraían.

 En1600 el físico y médico William Gilbert (1544-1603) publica su libro «De Magnete», en el postula que la Tierra es un gran imán esférico y por tanto las brújulas se orientan hacia los polos de dicho imán terrestre.

 No coinciden con exactitud los polos magnéticos con los polos geográficos, a la desviación de la dirección de la brújula en cualquier lugar con respecto a la línea norte-sur (meridiano del lugar) se la denomina «declinación magnética».

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A la zona de influencia generada por un imán se la denomina campo magnético.

El campo magnético se representa mediante líneas de campo. Las líneas de campo salen del polo norte de imán y entran en el polo sur, son líneas cerradas.

Excitabilidad magnética:

H

B

J

0

Donde µo es la permeabilidad magnética del vacío y es el vector que representa la capacidad de imantación del medio.

J

B

Es un vector denominado “inducción magnética”, esta magnitud es la equivalente a la intensidad del campo magnético.

Primera unificación de la electricidad y el magnetismo.

Hans Christian Oersted (1777-1851) detecta en 1820 que la presencia de una corriente eléctrica modifica la orientación de la aguja imantada de una brújula.

La conclusión a la que

llegó Oersted fue clara: Una corriente eléctrica (partículas cargadas) produce un campo magnético. Nace el

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A partir de entonces los físicos comienzan a estudiar el electromagnetismo:

Andre Marie Ampère (1775-1836) comprueba que dos corrientes eléctricas paralelas sufren atracciones y repulsiones magnéticas.

Jean-Baptiste Biot (1774-1862) y Félix Savart (1791-1841) formulan el campo magnético producido por una corriente eléctrica.

Michael Faraday (1791-1867) y Joseph Henry (1797-1878) demuestran que un imán en movimiento genera una corriente eléctrica en un conductor.

James Clerk Maxwell (1831-1879) comprobó que un campo eléctrico variable genera un campo magnético. Además e3stablece cuatro ecuaciones que explican todos los fenómenos conocidos del electromagnetismo.

Conclusiones:

 Las fuentes generadoras de campos magnéticos son los imanes y las corrientes eléctricas.

 Los campos magnéticos son producidos por partículas cargadas en movimiento.

ACCIONES DE LOS CAMPOS MAGNÉTICOS:

o Sobre cargas en movimiento.

o Sobre una corriente eléctrica rectilínea.

o Sobre una espira de corriente.

o Movimiento de partículas cargadas en un campo magnético.

 Partículas que entran perpendicularmente al campo.

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ACCIÓN DE UN CAMPO MAGNÉTICO SOBRE UNA CARGA EN MOVIMIENTO.

Un campo magnético no ejerce acción sobre una carga en reposo. Si la carga se mueve aparecen fuerzas que sólo son achacables al campo magnético. A partir de los resultados experimentales se llega a las siguientes conclusiones:

La fuerza es proporcional al valor de la carga y al de la velocidad de la partícula.

Si la carga incide en la dirección del campo, no actúa ninguna fuerza sobre la partícula.

Si la carga incide con una dirección perpendicular al campo, la fuerza que actúa es máxima y es perpendicular a la velocidad y al campo.

Si la carga incide bajo una dirección oblicua aparece una fuerza perpendicular al campo y a la velocidad, cuyo valor es proporcional al seno del ángulo de incidencia.

Cargas de distinto signo en movimiento manifiestan fuerzas de sentidos opuestos.

Todo esto se resume en una ecuación:

Fuerza de LORENTZ

En módulo:  Es el ángulo que forman la velocidad de la partícula y el campo magnético.

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Regla de la mano derecha:

Dedo índice indica la dirección de la velocidad.

Dedo corazón indica la dirección del campo.

Dedo pulgar indica la dirección de la fuerza eléctrica.

SI LA PARTÍCULA ES NEGATIVA SE CAMBIA EL SENTIDO DE LA FUERZA.

A partir de la fuerza de Lorentz se puede deducir la unidad de campo magnético. Supongamos que la carga eléctrica entra en dirección perpendicular al campo:

Un campo magnético tiene de intensidad un tesla (T) si ejerce una fuerza de 1

newton sobre una carga de 1 culombio que entra en dirección perpendicular al

campo magnético con una velocidad de 1m/s.

Representa un campo

magnético entrando en el

papel.

ʘ

Representa un campo

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Cuando en una región del espacio se superponen un campo magnético y un campo eléctrico uniforme, la fuerza que actúa sobre la partícula viene dada por:

Fuerza de Lorentz generalizada

Una partícula cargada que penetra perpendicularmente en un campo magnético describe un M.C.U.

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Aplicaciones:

 Ciclotrón.

 Selector de velocidades.

 Espectrógrafo de masas.

CICLOTRÓN

El cambio de polaridad de las placas debe producirse en un tiempo igual a la mitad del periodo de ciclotrón

SELECTOR DE VELOCIDADES

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ACCIÓN DE UN CAMPO MAGNÉTICO SOBRE UNA CORRIENTE RECTILÍNEA.

Regla de la mano derecha:

Dedo índice indica la dirección de la intensidad de corriente.

Dedo corazón indica la dirección del campo.

Dedo pulgar indica la dirección de la fuerza eléctrica.

La fuerza será máxima cuando los vectores

l

y

B

sean perpendiculares.

La dirección y sentido de la fuerza se puede determinar resolviendo el determinante o aplicando la regla de mano derecha.

ACCIÓN DE UN CAMPO MAGNÉTICO SOBRE UNA ESPIRA DE CORRIENTE.

Un campo magnético uniforme no ejerce una fuerza neta sobre un conductor en forma de espira cerrada por el que circula una corriente. Es decir, la espira no sufre desplazamientos pero si se observa otro efecto: APARECE UN GIRO EN LA ESPIRA.

Los vectores F1 y F3 son de igual dirección pero sentido contrario y están aplicados

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En módulo:

Y como el módulo de F

3

y F

4

es

el mismo:

La fuerza que soporta un

conductor en un campo se

puede poner como:

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CAMPOS MAGNÉTICOS PRODUCIDOS POR CORRIENTES ELÉCTRICAS.

I1

Conductor 1.

Conductor 2.

I1

I2

I1

I1

I1

d

Amperio: Es la intensidad de una corriente constante que, mantenida entre dos conductores paralelos rectilíneos, de longitud infinita, de sección circular

despreciable y colocados a la distancia de un metro uno de otro en el vacío, producirá una fuerza igual a 2·10-7 N por metro de

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A partir de la ecuación de Biot y Savart y de la ecuación que determina la

fuerza que soporta un conductor en el seno de un campo magnético:

Despejando B

1

De forma análoga

para B

2

Regla de la mano derecha

para determinar el

sentido del campo:

Campo creado por una corriente

rectilínea a una distancia «d» del

conductor

.

CAMPO MAGNÉTICO PRODUCIDO POR UN SOLENOIDE.

A partir del teorema de Àmpere se

puede deducir una expresión para

determinar el campo magnético

creado

en el interior

de un

solenoide con N espiras por el que

circula una corriente I.

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