1. CAMPO MAGNÉTICO. EL VECTOR INDUCCIÓN MAGNÉTICA 2. FUERZA MAGNÉTICA:

Texto completo

(1)

1. CAMPO MAGNÉTICO. EL VECTOR INDUCCIÓN MAGNÉTICA 2. FUERZA MAGNÉTICA:

2.1. Fuerza magnética sobre una carga puntual. Aplicaciones 2.2. Fuerza magnética sobre una corriente eléctrica

3. LEY DE BIOT Y SAVART. APLICACIONES 4. LEY DE AMPÈRE. APLICACIONES

5. FLUJO MAGNÉTICO. LEY DE GAUSS PARA EL CAMPO MAGNÉTICO 6. PROPIEDADES MAGNÉTICAS DE LA MATERIA

7. FENÓMENOS DE INDUCCIÓN ELECTROMAGNÉTICA: LEY DE FARADAY Y LENZ:

7.1. Fuerza electromotriz debida al movimiento 7.2. Inducción mutua

7.3. Autoinducción

7.4. Generador de fuerza electromotriz sinusoidal 8. DENSIDAD DE ENERGÍA DEL CAMPO MAGNÉTICO 9. DISPOSITIVOS ELÉCTRICOS EN CIRCUITOS:

9.1. Circuitos de corriente continua 9.2. Circuitos de corriente alterna

CAMPO MAGNÉTICO

(2)

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

Línea de campo magnético y vector inducción magnética

B

Tierra

Imán

Hilo conductor

B

I

I B

B

N

S

(3)

FUERZA MAGNÉTICA

Si 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:

 

Fmq v   B

(4)
(5)

Fuerza magnética sobre una corriente eléctrica

(6)

Fuerza magnética sobre un hilo conductor cerrado

(7)

LEY DE BIOT Y SAVART. APLICACIONES

(8)

d I 2 I 1

B 1

dl 2

L 1

L 2

F 2

1 2

2 2

2

o I I

F L

d

  1 1 2 1

2

o I I

F L

d

 

2 1 1 2

2 1 2

F F o I I

L L d

  

1 0 1

2 B I

d

 

2 2 2 1

dF   I d   B 

dF 2I d 22 1 B2 o I I 1 2 d d 2

2 1 2 2

2

o I I

F d

d

   2 o I I 1 2 dd 2 2 o I I 1 2 d L 2

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

(9)

I

B B

r dr= dl

dl dr=

d

dr = rd

2

o

r

B I u

r

  

drrd

o 2 o

0

I I

d 2

2 2

  

   

  

Ley de Ampère: La circulación del campo magnético a lo largo de cualquier línea cerrada es proporcional a la intensidad neta de corriente que atraviesa la superficie que delimita.

LEY DE AMPÈRE. APLICACIONES

I l

d

Bo

B d l B d r 2 o r I u r d r 2 o r I rd

(10)

B

dS B

Ley de Gauss para el campo magnético

El flujo magnético a través de una superficie cerrada cualquiera es cero

S B dS

  

FLUJO MAGNÉTICO. LEY DE GAUSS PARA EL CAMPO MAGNÉTICO

 0

 B d S

(11)

I v e e - r

Momento magnético intrínseco (spin)

Momento magnético orbital

PROPIEDADES MAGNÉTICAS DE LA MATERIA

Momento magnético del electrón:

Momento magnético neto del átomo: depende de la distribución de los electrones en el átomo

Las corrientes debidas a los movimientos de los electrones a escala atómica son la causa de sus propiedades magnéticas

Magnetización

atm orb spin

m   m   m

momento magnético M   unidad de volumen

v

e

m r

L   

S I m   

Bext

Sustancia no magnetizada

Campo externo

Momento

magnético neto

(12)

Magnitudes Magnéticas

Tipo de material Se cumple Susceptibilidad Permeabilidad

Diamagnético Paramagnético

Ferromagnéticom  0

 0

m

1 0   m 

o

 

o

 

o

 

M    m m H  M    m H  M    H 

Intensidad de campo

magnético Susceptibilidad Permeabilidad

H

m

H Bext

 0

m 0

r1 

 

M H

BT  

0

0 

 

Campo magnético total

Clasificación de los materiales

En función del comportamiento de sus moléculas frente a un campo magnético exterior .

H BT

(13)

Diamagnéticosm0 0 M y B sentidos opuestos

ext

tienen

• 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,...

1

0  

m

    0 M y B

0

tienen

sentidos iguales

T

C B

M 

(14)
(15)

Almacenamiento magnético

Substrato (disco)

Bits

Líneas de campo Entrehierro Cabeza de lectura

(Magnetoresistencia)

Cabeza de escritura

(inducción) i

e

i

l

Magnetorresistencia

Materiales cuya

resistencia es sensible a las variaciones de campo

• Intensidad corriente fija

• Detección variación del voltaje

• No inducción. Rapidez

• Disminución tamaño celda

MR gigante (decenas %) MR colosal (miles %)

Celda de memoria o bit

Densidad de bits

Lectura de la magnetización de la celda (0 ó 1)

1956: 10

-2

Mb/cm

2

2005: 1 Gb/cm

2

Materiales ferromagnéticos con ciclos de histéresis

rectangulares y estrechos: Energía consumida

pequeña (Fe

2

O

3

; CrO

2

; CoCr, CoNi)

• Celdas pequeñas

• Señales pequeñas

• Inducción

• Inductancia más grande

• Lentitud

Distancia cabeza disco: 10

veces el tamaño atómico

(16)
(17)
(18)
(19)

Asociación de autoinducciones

(20)

1 2

U  2 LI

2

o s

L N S

L

solenoide

o s

B N I

L

1 2

2 o s U B SL

  1 2

B 2

s o

U B

V

  

Energía almacenada en un inductor: Densidad de energía del campo magnético

L , autoinducción del solenoide :m ; m   S o ;o 2

d N N

L N BdS N IS L S

dI L L

   

B, Campo magnético en el interior del solenoide:

o

s

B N I

L

DENSIDAD DE ENERGÍA DEL CAMPO MAGNÉTICO

( ) t o sen t

   

( ) o ; o o I t I sen t I

R

 

 

(21)

V a

b

I

R

+ -

S

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

I o = V/R

I

t

V R

V

R I V

t 0  0  o

R I V

t finalf

(22)
(23)

Transitorio RC

(24)

Transitorio RC

(25)

Transitorio RL

(26)

t

II 0

o

R

V

V

Representación fasorial

~ V(t) R

Circuitos de corriente alterna

Resistencia en un circuito de corriente alterna

En una resistencia la tensión y la corriente están en fase

t sen V

) t (

Vo

R ) t ( I ) t ( V )

t (

VR

t sen I

) t (

Io

R I oV o

R ) t ( I t

sen

V o  

t R sen

) V t (

Io

(27)

~ V(t) C

t

/2

II 0

o

C

V

V

Condensador en un circuito de corriente alterna

cos ( )

t sen t  2

   

C

1

X C  Reactancia capacitiva

o Capacitancia

Representación fasorial En un condensador la tensión se retrasa

/2 rad con respecto a la corriente

t sen V

) t (

Vo

C ) t ( ) Q

t ( V )

t (

VC

C ) t ( t Q

sen

V o  

t sen CV

) t (

Qo

t cos V

dt C ) t ( ) dQ

t (

I    o

) t

( X sen

) V t ( I

C

o    2

) t

( sen I

) t (

Io    2

C o

o X

IV

(28)

~ V(t) L

t

/2

II 0

o

L

V

V

Autoinducción en un circuito de corriente alterna

cos ( )

t sen t  2

 

  

X

L

L  Reactancia inductiva

o Inductancia

Representación fasorial En una autoinducción la tensión se adelanta /2 rad con respecto a la corriente

t sen V

) t (

Vo

dt ) t ( L dI )

t ( V )

t (

VL

dt ) t ( L dI t

sen

V o  

t L cos

tdt V L sen

) V t (

I o o

   

 

) t

( X sen

) V t ( I

L

o    2

) t

( sen I

) t (

Io    2

L o

o X

IV

Figure

Actualización...

Referencias

Actualización...

Related subjects :