CAMPO MAGNÉTICO

Texto completo

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Mila 2017

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ÍNDICE

T-8 CAMPO MAGNÉTICO

• Imanes 3

• Fuerza magnética 5

• Campo magnético 13

• Fuerzas entre corrientes paralelas 18

• Sustancias magnéticas 25

• Diferencias entre el C. Eléctrico y el C. Magnético 28

• Bibliografía 29

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El producto vectorial sigue la regla de la mano derecha: el primer vector “a” (v. velocidad) será el dedo índice, el vector “b” (v. Inducción magnética) será el dedo medio. Al mover el dedo índice hacia el medio el dedo pulgar nos da la dirección (perpendicular al plano

formado por los vectores “a” y “b”) y el sentido (regla del sacacorchos) del vector resultante (v. Fuerza magnética).

Ver el vídeo:

https://m.youtube.com/watch?v=pFWArUto-Uo

En el caso concreto del campo magnético también se puede aplicar la regla de la mano izquierda, siendo el dedo medio la velocidad y el índice el vector inducción magnética “B”. El dedo pulgar será la fuerza magnética,

perpendicular al plano que forman “v” y “B”.

Ver el vídeo:

https://m.youtube.com/watch?v=PxtR5ZoMp9M

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¿Qué supone el que la Fuerza magnética sea perpendicular al vector velocidad de la carga?

 Por ser perpendicular a la velocidad de la carga, es decir, a su trayectoria, la fuerza magnética sobre una carga eléctrica no realiza trabajo. No se pueden definir

magnitudes como la energía potencial o el potencial. La energía cinética dependerá del ángulo que formen v y B. Puedes ver estos conceptos en un problema resuelto en este vídeo: https://youtu.be/bNPpj0DhrDQ

Recuerda cuándo el trabajo es cero y qué fuerzas realizan trabajo:

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La fuerza magnética, por ser siempre perpendicular al vector v, no puede

modificar el módulo de la velocidad de la carga. En cambio sí puede modificar su trayectoria.

¿Qué trayectoria llevará entonces una carga eléctrica dentro de un campo magnético?

1. En el caso de que la velocidad (v) de la carga (en rojo) sea perpendicular a B (en verde), la fuerza (en azul) actúa como una fuerza central haciendo girar a la carga con movimiento circular uniforme, el sentido de giro depende del signo de la carga.

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Ver una animación interactiva en este enlace:

http://acer.forestales.upm.es/basicas/udfisica/asignaturas/fisica/magnet/fuerzamag.html

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2. Si la velocidad de la carga forma un ángulo α con B la trayectoria será ahora helicoidal. Según la imagen de la izquierda la componente vx es paralela a B y por tanto seguiría un mov. rectilíneo uniforme, pero la otra componente vz de la velocidad es perpendicular a B, por lo que aparece una fuerza magnética

perpendicular al plano XZ, es decir, lleva la dirección del eje Y. La composición de estos dos movimientos da lugar a un movimiento helicoidal.

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Aplicaciones del movimiento de cargas eléctricas perpendiculares a un campo magnético

A. Selector de velocidad:

B. Espectrómetro de masas:

Obtén la expresión de la relación m/q y de la diferencia de potencial eléctrico:

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C. Ciclotrón

Ya podemos hacer algunos problemas, mira este enlace:

http://www.reddavid.com/Doc Fisica/Documents/Problemas%

20Magnetismo%20I.pdf

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Sobre un hilo recto Sobre una espira

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Campo magnético creado por una carga eléctrica en movimiento

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Jean Baptiste Biot (1774-1862) y Félix Savart (1791-1841) establecieron poco

después de que Oersted (1777-1851) divulgara su experiencia, que al igual que una carga origina un campo eléctrico o una masa un campo gravitatorio, un elemento de corriente genera un campo magnético.

Un elemento de corriente es la intensidad que fluye por una porción tangente al hilo conductor de longitud infinitesimal y cuyo sentido es el de la corriente

eléctrica (dl). Su expresión viene dada por I·dl

Campo magnético creado por un elemento de corriente

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Campo magnético creado por un elemento de corriente

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Las expresiones para el campo magnético creado por diferentes elementos de

corriente y diferentes distribuciones espaciales se pueden obtener tanto a partir de la Ley de Biot y Savart (que ya hemos visto) como del Teorema de Ampère. Ver este

enlace: http://quintans.webs.uvigo.es/recursos/Web_electromagnetismo/electromagnetismo_leyes.htm#biotsavartelementocorriente

Teorema de Ampère:

La integral (sumatoria) de línea de B · dl alrededor de cualquier trayectoria cerrada es igual a un valor constante y distinto de cero, donde I es la corriente total que pasa a través de cualquier superficie delimitada por la trayectoria cerrada.

La ley de Ampère nos proporciona una serie de ventajas a la hora de estudiar los campos magnéticos generados por corrientes eléctricas. En concreto:

Nos permite calcular el campo magnético generado por corrientes eléctricas cuando se producen ciertas condiciones y se elige una línea cerrada adecuada.

Dado que el campo magnético a lo largo de una línea cerrada no es nulo, los campos magnéticos no son conservativos y por tanto, no existe un potencial escalar magnético.

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Casos:

Campo creado por un conductor

Por una corriente rectilínea indefinida en un punto situado a una distancia "a"

.

Por una espira en su centro

Por un conjunto de espiras en su centro:

solenoide

Bobina: N espiras en forma de anillo de radio R.

Solenoide: N espiras en forma de espiral de longitud l.

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Ejemplos:

Relación de problemas relacionados con solenoides:

http://www.profesorparticulardefisicayquimica.es/pdf/electricidad/4_electromagnetismo_campo_magnetico/7_cam po_magnetico_creado_%

20por_un_solenoide.pdf

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Corrientes con el mismo sentido:

Corrientes con distinto sentido:

Fuerza Atractiva: los conductores tienden

a acercarse

Fuerza Repulsiva: los conductores tienden

a separarse

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Si por los dos conductores del vídeo pasan corrientes con distinto sentido,

¿hacia dónde se moverán? ¿Se separarán o se acercarán? Dale al play.

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¿Cómo será el campo en la zona intermedia entre dos conductores?

A la hora de resolver problemas hay que tener en cuenta que los campos creados por diferentes conductores en un punto son magnitudes vectoriales y que hay que proceder en consecuencia.

Si las corrientes tienen distinto sentido los campos magnéticos se suman

Si las corrientes tienen el mismo sentido los campos magnéticos se restan

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Dos hilos conductores rectilíneos y paralelos, de gran longitud, están separados 10 cm. Si por ellos circulan corrientes de 2 A y 5 A en el mismo sentido, calcula la fuerza que se ejercen mutuamente por unidad de longitud y di si es atractiva o repulsiva.

SOL:

EJEMPLOS de fuerzas entre conductores:

1

Haz el dibujo: Escribe la fórmula:

Sustituye y resuelve:

Dibuja las dos fuerzas e indica si son atractivas o repulsivas:

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Calcula el ángulo del vector B resultante sobre B2:

B = B1 i + B2 j

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BIBLIOGRAFÍA

• http://www.monografias.com/trabajos101/electromagnetismo-imanes/electr omagnetismo-imanes.shtml

• http://acer.forestales.upm.es/basicas/udfisica/asignaturas/fisica/magnet/indu ccion.html

• https://www.fisicalab.com/apartado/campo-magnetico-creado-corriente-elect rica#contenidos

• http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbasees/magnetic/solenoid.html

• Para ver el tema desde las leyes:

http://quintans.webs.uvigo.es/recursos/Web_electromagnetismo/electromag netismo_leyes.htm

• https://www.fisicalab.com/apartado/ley-de-ampere#contenidos

• Física 2º Bachillerato, Ed. Edebé, 2010

• https://de.slideshare.net/Tensor/clase-10lbs

• http://fisica-s.blogspot.com.es/2013/02/electromagnetismo-i-parte- problemas.html

• https://es.slideshare.net/JennyFernandezVivanco/semana6-ley-de-ampere

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