CAMPO
FUENTES DE CAMPO
MAGNÉTICO
•Se conoce con el nombre de magnetismo al conjunto de propiedades que poseen los imanes. Estos cuerpos se encuentran en estado natural en algunas piedras
denominadas magnetitas.
•Además de su capacidad de atraer
metales, tienen la propiedad de polaridad. Los imanes tienen dos polos magnéticos diferentes llamados Norte o Sur. Si
LA EXPERIENCIA DE OERSTED
Una corriente eléctrica
desvía la aguja
imantada de una brújula.
La aguja tiende a
orientarse en dirección
perpendicular a la
Explicación del magnetismo natural
Los electrones de los átomos tienen un movimiento alrededor del núcleo y un movimiento de giro sobre sí mismos.
Por esta razón, actúan como
pequeñas espiras de metales que generan un campo magnético. Es decir, se comportan como imanes elementales.
En un trozo de hierro no magnético, los campos magnéticos creados por las cargas en movimiento se anulan. El resultado es una carga eléctrica en reposo, que no crea un campo
Representación del campo
magnético
El campo magnético es el
único en que las líneas de
fuerza que indican la
dirección del campo son
visibles
Existe el convenio de admitir que
las líneas de fuerza salen del
Campo magnético creado por
una carga puntual
Una carga q que se mueve con
velocidad v produce a su
alrededor un campo magnético
B. Su valor en el punto P viene
dado por la expresión siguiente:
EL VECTOR B SE LLAMA INDUCCIÓN MAGNÉTICA Y SE MIDE EN
Propiedades de
B
• Su dirección es perpendicular
al plano creado por
v
y
r.
• Su sentido viene dado por la
regla de la mano izquierda.
(
Cuidado con el signo de la
carga)
• Una carga eléctrica siempre
produce una campo eléctrico,
pero solo produce un campo
magnético si está en
movimiento.
• El campo magnético
no es
central
, sus líneas de campo
Campos magnéticos creados por
un elemento de corriente
Biot y Savart dedujeron para el campo magnético creado por un
elemento de circuito por el que circula una corriente
estacionaria I la siguiente expresión experimental
2 0
4
r
u
l
Id
B
d
0 2Campo magnético creado por un
hilo recto e indefinido
Las líneas de campo son
circunferencias concéntricas en el hilo, siendo el valor del campo
R
I
B
2
0
La dirección del campo magnético se dibuja perpendicular al plano
determinado por la corriente rectilínea y el punto, y el sentido se determina por la regla del sacacorchos o la denominada de la mano derecha
http://www.sociedadelainformacion.com/departfqtobarra/magnetismo/ biot/biot.htm
Campo magnético creado en el centro de una
espira (conductor circular) de radio R por el
que circula una corriente de intensidad I
Una espira es un circuito eléctrico cerrado, que suele ser rectangular o circular. El campo magnético en su centro vale:
R
I
B
2
0
El Teorema de Ampere
La circulación del campo magnético a lo
largo de una línea cerrada no es nula,
sino que viene dada por el Teorema de
Ampere:
La circulación del vector
campo magnético en una
trayectoria cerrada es
proporcional a la
B creado por un solenoide en su
interior
Ley de Lorentz (1)
Cuando una carga se mueve a una velocidad en las proximidades de una imán o de un alambre por el que circula una corriente eléctrica aparece una fuerza adicional sobre ella que depende de la velocidad y su dirección.
1. La FUERZA ES PROPORCIONAL al valor de la CARGA 2. La FUERZA ES PROPORCIONAL al MODULO DE LA
VELOCIDAD
3. El VALOR, DIRECCIÓN y SENTIDO de la FUERZA
depende de la DIRECCIÓN y SENTIDO de la VELOCIDAD. 4. Si la VELOCIDAD de la partícula está dirigida a lo largo
de una DETERMINADA LÍNEA del espacio, la FUERZA ES CERO.
5. Si la VELOCIDAD NO ESTÁ DIRIGIDA a lo largo de esta línea, existe una fuerza que es PERPENDICULAR A LA MISMA y es también PERPENDICULAR A LA
VELOCIDAD.
6. Si la VELOCIDAD forma un ángulo f con la esta línea, la fuerza es PROPORCIONAL al SENO DEL ANGULO f
7. La FUERZA sobre una carga NEGATIVA es opuesta a la ejercida sobre una carga positiva con la misma
Ley de Lorentz (2)
La partícula sólo tiene
aceleración normal: el campo magnético no modifica la
rapidez de la partícula, sino sólo su dirección.
Movimiento de una partícula cargada
en un campo magnético uniforme
m
B
v
q
a
B
v
q
F
v
F
si
B
v
q
F
ma
F
v
F
si
a
m
F
cc
Vídeo que describe el movimient
o Si tenemos una partícula de carga q con velocidad v al campo magnético uniforme,
tenemos
El movimiento es circular
uniforme de radio R:
Selector de velocidad
B
E
v
B
v
q
E
q
F
F
e
m
0
El selector de velocidades es
una región en la que existe un
campo eléctrico y un campo
magnético perpendiculares
entre sí y a la dirección de la
velocidad del ión. En esta
región los iones de una
Espectrómetro de masas
• El espectrómetro de masas es
un dispositivo que separa
iones que tienen la misma
velocidad. Los iones pasan por
un selector de velocidades,
una región en la que existen
un campo eléctrico y otro
magnético cruzados.
• Los iones que pasan el
selector sin desviarse, entran
en una región donde el campo
magnético les obliga a
describir una trayectoria
circular. El radio de la órbita es
proporcional a la masa, por lo
que iones de distinta masa
impactan en lugares diferentes
de la placa.
B
q
v
m
R
El ciclotrón
El cicotrón es un acelerador de partículas, basado en que el periodo del movimiento circular de una partícula sometida a un campo magnético es
independiente de su velocidad.
El ciclotrón consta de dos placas
semicirculares huecas, que se montan con sus bordes diametrales
adyacentes dentro de un campo
magnético uniforme que es normal al plano de las placas y se hace el vacío. A dichas placas se le aplican
oscilaciones de alta frecuencia que producen un campo eléctrico oscilante en la región diametral entre ambas.
El ciclotrón (2)
B
q
v
m
R
Un protón, procedente de una fuente situada cerca del centro de las Des, penetra en la D negativa y describe una semicircunferencia.
En ese tiempo, se invierte la
polaridad de las Des y el protón es acelerado donde penetra con mayor velocidad.
Tubo de un televisor o de rayos
catódicos
Las imágenes que se forman en un tubo de rayos catódicos se deben al barrido de un haz de electrones sobre una pantalla fluorescente.
Los electrones son acelerados por una diferencia de potencial que los enfoca, produciendo un haz que penetra en la zona deflectora.
Fuerza magnética sobre un
elemento de corriente.
Idt
dq
)
(
)
(
)
(
v
B
I
v
dt
B
I
d
l
B
dq
F
d
C
d
F
I
Cd
l
B
F
(
)
Para un hilo rectilíneo situado en un campo magnético uniforme:
)
(
l
x
B
I
Fuerzas entre corrientes paralelas
a b a
a
F
I
lB
d
I
B
2
0
La atracción o repulsión de corrientes paralelas o antiparalelas fue descubierta experimentalmente por Ampére.
d
I
I
l
F
a b
2
0
Comportamiento de la materia en
presencia de campos magnéticos
El comportamiento de los
materiales frente a los campos magnéticos depende de la
estructura interna del material. El movimiento de los electrones que forman un material hace que se induzcan pequeños campos magnéticos llamados dipolos
magnéticos. En la mayoría de los casos, estos dipolos se orientan al azar y sus efectos se cancelan.
Al aplicar un campo magnético al
material los dipolos pueden orientarse en uno u otro sentido. El campo
magnético en el interior del material puede ser mayor o menor que el externo.
ext
r
B
Sustancias paramagnéticas y
diamagnéticas
Sustancias paramagnéticas
Sustancias diamagnéticas
ext r
1
B
int
B
ext r
1
B
int
B
•Son débilmente atraídas por un imán
•Una pequeña fracción de los dipolos atómicos se orientan en la dirección del campo exterior. •Ejemplos: oxígeno líquido, aluminio, platino, paladio…
•Son débilmente repelidas por un imán
•Una pequeña fracción de los dipolos atómicos se orientan en sentido contrario al campo
exterior.
Sustancias ferromagnéticas
ext r
1
B
int
B
•En estos materiales existen pequeñas
regiones llamadas dominios magnéticos con todos los dipolos orientados en la misma dirección.
•Un campo magnético exterior puede orientar un número muy alto de estos dipolos y el
material se imanta.
•Son fuertemente atraídas por los imanes y fácilmente imantables: se usan para fabricar imanes artificiales.
