INTERACCIÓN
MAGNÉTICA
1.
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.
0. CONOCIMIENTOS PREVIOS
Los 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 se
repelen y los distintos se atraen.
1. MAGNETISMO
El magnetismo es la propiedad que tienen las sustancias magnéticas
(imanes) de atraerse y repelerse entre sí o de atraer otros
materiales.
Los imanes tienen dos extremos denominados polos magnéticos (norte y
sur) que son imposibles de separar dentro de un imán. Polos iguales
se repelen y polos distintos se atraen. No se pueden separar los
polos de un imán.
Tipos de sustancias magnéticas:
•
Imanes naturales (permanentes).
•
Imanes artificiales:
2. EL MAGNETISMO NATURAL
Existen 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 mismo sentido originan imanes.
2. EL MAGNETISMO NATURAL
El momento magnético o permeabilidad magnética (μ) es la
capacidad de una sustancia o de un medio para hacer pasar a
través suyo un campo magnético, es una constante característica
de las sustancia o medio. Es una medida de la cantidad de
magnetismo que una sustancia puede adquirir ante un campo
magnético aplicado.
Es un fenómeno presente en algunos materiales en los cuales las
líneas de fuerza de un campo magnético pasan con mayor
facilidad a través del material que por el aire o el vacío. Esto
provoca que cuando un material permeable se coloca en un campo
magnético, concentre un mayor número de líneas de flujo por
unidad de área y aumente el valor de la densidad del flujo
magnético.
La permeabilidad magnética del vacío μ
otiene un valor en el Sistema
Internacional de:
7 7 72. EL MAGNETISMO NATURAL
Las sustancias diamagnéticas:
• Su momento magnético es cero, su permeabilidad magnética es siempre inferior a la permeabilidad magnética del vacío (μo). • No presentan propiedades magnéticas
observables.
• Al situarlas ante un campo magnético se induce un campo magnético momentáneo, muy débil y de sentido opuesto (para neutralizarlo).
• Es repelido (rechazado) ligeramente por un imán (campo magnético), se alejan del electroimán moviéndose hacia la zona de menor intensidad del campo magnético.
• Ej: agua, sal común, oro, plata, cobre y plomo.
Al situar la sustancia frente a un campo magnético externo se induce un campo magnético interno momentáneo muy débil de sentido opuesto al externo.
Comportamiento de una sustancia paramagnética
2. EL MAGNETISMO NATURAL
Las sustancias paramagnéticas:
• Su momento magnético es no nulo, su permeabilidad magnética es siempre superior a la permeabilidad magnética del vacío (μo) pero con valor similar a esta.
• Las propiedades magnéticas del paramagnetismo aumentan al descender la temperatura.
• Al aplicar un campo magnético externo tienden a alinearse con él, aunque no de manera total debido a la agitación térmica. El campo magnético inducido tiene el mismo sentido y es mayor.
• Son atraídas débilmente por el imán (campo magnético), se acercan hacia el interior del electroimán, se mueven hacia la zona donde el campo magnético se intensifica.
• Ej: estaño, platino, oxígeno y aluminio.
Al situar la sustancia frente a un campo magnético externo los momentos magnéticos tienden a alinearse con él, pero sin obtener una alineación total debido a la agitación térmica. Se genera un campo magnético interno hacia las zonas más intensas del campo.
Comportamiento de una sustancia paramagnética
2. EL MAGNETISMO NATURAL
Las sustancias ferromagnéticas:
• Su momento magnético es no nulo, los átomos están agrupados en grandes dominios con sus momentos magnéticos en la misma dirección, su permeabilidad magnética es siempre superior a la permeabilidad magnética del vacío (μo).
• Las propiedades magnéticas varían a partir de la temperatura del punto de Curie.
– Por encima del punto crítico (punto de Curie) se comportan como sustancias paramagnéticas, la agitación térmica no permite la alineación de los dominios.
– Por debajo del punto crítico (punto de Curie) y ante la presencia de un campo magnético externo se orientan (alinean) todos los dominios creando un campo magnético interno muy intenso.
• Son fuertemente atraídos por el imán (campo magnético), se mueven hacia el interior del electroimán experimentando una intensa fuerza magnética.
• Ej: hierro, cobalto y níquel.
No presentan efectos magnéticos apreciables hasta la presencia de un campo magnético externo donde todos los momentos magnéticos se alinean en la dirección del campo generando un campo magnético muy intenso.
2. EL MAGNETISMO NATURAL
El campo magnético terrestre es el comportamiento del planeta como un gigantesco dipolo magnético.
Los polos magnéticos terrestres están próximos a los polos geográficos pero invertidos (el polo norte de la brújula señala al polo sur del planeta y viceversa).
La diferencia entre los polos geográficos y magnéticos se denomina declinación magnética. Varía con el tiempo ya que los polos magnéticos también varían con el tiempo.
3. CAMPO MAGNÉTICO
Un campo magnético es una región del espacio cuyas propiedades
(magnéticas) son perturbadas ante la presencia de una sustancia
magnética. No es un campo conservativo.
El campo magnético viene determinado por la inducción magnética (B), que
es una magnitud vectorial que representa la intensidad del campo
magnético. Un campo magnético es uniforme cuando la inducción
magnética 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 dice
que el campo magnético es uniforme.
3. CAMPO MAGNÉTICO
La fuerza magnética ejercida es la
fuerza que actúa sobre una
carga eléctrica en movimiento
que se introduce en un campo
magnético.
La fuerza magnética es máxima
cuando el ángulo es de 90º y nula
cuando es 0º o 180º.
Las cargas positiva y negativas
presentan fuerzas con sentidos
opuestos.
B
V
F
q+Fuerza sobre una carga eléctrica positiva en un campo magnético
3. CAMPO MAGNÉTICO
Una carga eléctrica en reposo (produce un campo eléctrico)
dentro de un campo magnético no experimenta fuerza
magnética alguna, solo sufre una fuerza magnética
cuando está en movimiento.
EJERCICIO-EJEMPLO
Una partícula cargada se introduce en una
región en la que coexisten un campo
eléctrico de 3 500
N
/
C
y un campo
EJERCICIO-EJEMPLO
Una carga de 4 nC se introduce en un
campo magnético. Halla el valor de la
fuerza magnética sobre la carga.
3. CAMPO MAGNÉTICO
Las líneas de campo (o de fuerza) representan gráficamente la inducción magnética.
Son tangentes al vector inducción magnética. Son líneas cerradas (campo solenoidal).
La densidad de líneas de campo es proporcional a la intensidad.
La dirección se determina como la tangente a una aguja de prueba (imantada). El sentido es la de sur a norte (coincide con el sentido norte a sur del imán creador del campo).
El sentido es de polo norte (fuente) hacia al polo sur (sumidero).
3. CAMPO MAGNÉTICO
Las líneas de campo se pueden
representar perpendicularmente al
plano del papel:
•
Los puntos indican que el campo es
perpendicular al papel y salen de él
acercándose a nosotros.
•
Las cruces indican que el campo es
perpendicular al papel y se metén
en él alejándose de nosotros
Hacia fuera del papel
Hacia dentro del papel
3. CAMPO MAGNÉTICO
La tesla (T) es la unidad de la intensidad del
campo magnético.
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 de campo y las del magnético son perpendiculares.
El campo eléctrico actúa siempre sobre las cargas y el campo magnético solo si
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 para moverse y orientarse en función del campo. Son arrastrados hacia donde el campo es más intenso.
3. CAMPO MAGNÉTICO
E
