CAMPO MAGNÉTICO

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(1)

CAMPO

(2)

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

(3)

LA EXPERIENCIA DE OERSTED

Una corriente eléctrica

desvía la aguja

imantada de una brújula.

La aguja tiende a

orientarse en dirección

perpendicular a la

(4)

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

(5)

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

(6)

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

(7)

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

(8)

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 2

(9)

Campo 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

(10)

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

(11)

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

(12)

B creado por un solenoide en su

interior

(13)

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

(14)

Ley de Lorentz (2)

La partícula sólo tiene

aceleración normal: el campo magnético no modifica la

rapidez de la partícula, sino sólo su dirección.

(15)

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

c

c



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:

(16)

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

(17)

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

(18)

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.

(19)

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.

(20)

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.

(21)

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

C

d

l

B

F

(

)

Para un hilo rectilíneo situado en un campo magnético uniforme:

)

(

l

x

B

I

(22)

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

(23)

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

(24)

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.

(25)

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.

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