MAGNETISMO

1. Magnétismo
GETTYS, W.E.; KILLER, F.J. Y SKOVE, M.J. "Física para ciencias e
ingeniería", Tomo II. Ed. McGraw-Hill. 2005.
SERWAY R. A. BEICHNER R. J. “Física para ciencias e ingeniería”. Tomo II,
quinta edición, Editorial Mc. Graw Hill. 2000
SEARS, F.W. ZEMANSKY, M. YOUNG, H. “Física Universitaria”. Vol 2, Ed.
Pearson Educación. 2004.

2. * El campo eléctrico es un campo vectorial responsable
de la fuerza eléctrica sobre las cargas
Las cargas son fuente del campo eléctrico
* Existe otro campo vectorial que puede ejercer fuerzas
sobre las cargas: campo magnético
Veremos que las cargas eléctricas en movimiento
(corrientes eléctricas) son fuente del campo magnético
* Existe una estrecha relación entre la electricidad y el
magnetismo
Ambos fenómenos se unen en la llamada teoría
electromagnética o electromagnetismo
INTRODUCCIÓN

3. Magnetismo en imanes
 Si una barra imantada se deja girar libremente uno de sus
extremos se orienta hacia el norte y otro hacia el sur
 Los polos opuestos de los imanes se atraen, mientras que
los polos iguales se repelen
 Un objeto que contiene hierro es atraído por cualquiera
de los polos de un imán
 No existen monopolos magnéticos aislados
 Por analogía con interacciones eléctricas afirmamos que
un imán genera un campo magnético que emerge en su
polo norte y entra por su polo sur
• Una aguja imantada (brújula) tiende a alinearse con
el campo magnético

4. Campo magnético de un imán
Líneas de campo magnético dentro y fuera de una barra imanada:
carecen de principio y fin son líneas cerradas

5. Líneas de campo magnético exteriores a una barra imanada
visualizadas mediante limaduras de hierro
Campo magnético de un imán

6. Magnetismo terrestre
 La tierra es un imán
con su polo sur
próximo al Polo Norte
geográfico
 El campo magnético
de la tierra es similar al
de una barra imantada
inclinada unos 11º
respecto al eje de giro
 La magnitud del campo magnético sobre la superficie de la tierra varía
en un rango de 0.3 a 0.6 gauss
 El campo magnético de la tierra no es constante en dirección
 Muestras de rocas de diferentes épocas en un mismo lugar muestran
magnetizaciones en direcciones diferentes
 El campo magnético ha invertido su sentido 171 veces durante los
últimos 71 millones de años

7. • El campo magnético terrestre nos protege del VIENTO SOLAR, haciendo desviar
hacia los polos las partículas cargadas procedentes del sol.
Una vez allí, al penetrar en la atmósfera, ionizan los gases de esas zonas polares,
produciendo las AURORAS BORELAES y AUSTRALES. Este fenómeno NO es
exclusivo de la Tierra, y han podido observarse auroras en la atmósfera de otros
planetas como Júpiter o Saturno.
Magnetosfera

8. La aurora austral (11 de septiembre de 2005) tomada por el satélite IMAGE, digitalmente solapada a una fotografía Canica Azul.
Ocurren cuando partículas cargadas
(protones y electrones) procedentes
del Sol, son guiadas por el campo
magnético de la Tierra e inciden en
la atmósfera cerca de los polos.
Cuando esas partículas chocan con
los átomos y moléculas de oxígeno
y nitrógeno, que constituyen los
componentes más abundantes del
aire, parte de la energía de la
colisión excita esos átomos a
niveles de energía tales que cuando
se desexcitan devuelven esa
energía en forma de luz visible.

9. Algunas auroras
Aurora vista desde
el espacio exterior
http://es.wikipedia.org/wiki/Archivo:Polarlicht_2.jpg
Aurora boreal en Alaska.

10. Auroras observadas en el UV en Júpiter

11. Experimento de Oersted (La casualidad también sirve)
Físico y Químico Danés (1819),
i
V
¡¡ Existe Relación entre Electricidad y Magnetismo !!
Efecto Oersted
Cerrar circuito
Circula corriente
La brújula cambia de
dirección

12. Es posible deducir que una carga en movimiento genera un campo magnético
en el espacio que la rodea.
Todo fenómeno magnético es producido por cargas eléctricas en movimiento.
Por ejemplo el campo magnético terrestre se produce por el movimiento de
iones en el espacio entre el núcleo metálico de la Tierra y las siguientes
capas o estratos líquidos.
Luego si esto es así, al interior de un imán existen cargas en movimiento, en
efecto, en la estructura atómica del imán existen cargas en movimiento que
originan las propiedades magnéticas que presenta.
campo eléctrico (E) cargas eléctricas en reposo o en movimiento
campo magnético (B) cargas en movimiento
Por lo tanto si dos cargas están en movimiento, se manifiesta, además de
una Fuerza Eléctrica, una Fuerza Magnética

13. Partículas cargadas en un
campo magnético

14. Convención de la Dirección del Campo Magnético
N S
B : Campo Magnético

15. ¿Qué dice la evidencia Experimental ?
B
q
v
Una carga de prueba q, que entra paralela a un campo magnético B, con
una velocidad v, no sufre modificación alguna de su velocidad, luego no
experimenta Fuerza Magnética (FB)

16. ¿Qué dice la evidencia Experimental ?
B
+
q
v
Una carga de prueba +q, que entra en una dirección no paralela a un
campo magnético B, con una velocidad v, modifica su trayectoria como si
experimentara una fuerza magnética (FB) perpendicular a dicho Campo
Magnético y a la velocidad que llevaba.
B

17. Regla de la Mano Derecha

18. Otras Observaciones
•Si la Carga (q) crece la fuerza FB crece
•Si la velocidad (v) aumenta, FB aumenta
•Si el Campo Magnético es mayor, FB es mayor
BvqFB


Notar que el campo
magnético modifica la
dirección de la partícula pero
no su Energía Cinética
Ecuación de Lorentz

19. )(qvBsenBvqFB 

Unidades
  B
s
mC
N ·
·





Despejando el Campo Magnético B,
 





s
mC
N
B
· Recordando que,  A
s
C




][
·
TTesla
mA
N
B 




Tesla [T], Unidad del campo magnético B en el Sistema Internacional

20. 3. Un electrón se mueve en el plano de la pantalla hacia arriba, además en el
plano de la pantalla hay un campo magnético hacia la derecha, al
respecto, la Fuerza Magnética sobre el electrón será,
a. Hacia arriba
b. Hacia abajo
c. Hacia la derecha
d. Entrando a la Pantalla
e. Saliendo de la Pantalla
-
v
B
El electrón tiene carga
negativa (-) por tanto se
orienta en sentido contrario

21. Movimiento de una partícula cargada en un campo magnético
uniforme.
Una partícula cargada describe órbita circular en
un campo magnético uniforme. El radio de dicha
órbita, se obtiene a partir de la ecuación de la
dinámica del movimiento circular uniforme:
fuerza igual a masa por aceleración normal.
El sentido del giro dependerá del signo de la
carga móvil.
r
v
mFB
2

r
v
mqvB
2

qB
mv
r 

22. El sector magnético separa los
componentes de la muestra de acuerdo
con su relación q/m
El Espectrómetro de Masas

23. El Televisor

24. CERN: Organización Europea para la Investigación Nuclear
LEP: Large Electron-Positron Collider
(27 Km de circunferencia)

28. Fuerza magnética sobre un
alambre con corriente:

29. Fuerza magnética sobre un alambre con corriente:

30. Las ecuaciones
BLiFB


iLBsenFB 
Considerando un segmento del alambre recto
de longitud L y sección A
Fm sobre una partícula q:
)ˆ(kBqvF dB 
Volumen: AL.
# de cargas en el segmento: nAl
nALBqvF dB )( 
AnqvI d
Fuerza magnética sobre un alambre con corriente:

31. I
ds
B dFm está dirigida hacia fuera
de la pantalla.
Considerando un segmento de alambre de forma arbitraria:
BIdsdFB 
 
b
a
B BdsIF b y a son los extremos
del alambre
Para realizar esta integración: la magnitud y la dirección que el
campo B forma con el vector ds puede diferir en diferentes puntos.

32. Caso 1:
Un alambre curvo conduce una corriente y esta ubicado en un B
uniforme:
BdsIF
b
a
B 







 

b
a
ds= vector suma de todos
los elementos de long
desde a hasta b.
BILFB  'a
ds
b
Considerando el campo B constante en magnitud y dirección:

33. Caso 2
Una espira cerrada de forma arbitraria que conduce una corriente
colocada en un campo B uniforme.
B
ds
El conjunto de elementos de longitud forma
un polígono cerrado, la suma vectorial debe
ser cero.
ds 0BF
Fm neta que actúa sobre
cualquier espira cerrada de
corriente cerrada en un campo B
es cero.

34. La figura muestra media espira conductora de radio R, que
transporta una corriente I. La espira se encuentra en un
campo magnético uniforme B. La fuerza que el campo
ejerce sobre el conductor es:

36. La figura muestra media espira conductora de radio R, que
transporta una corriente I. La espira se encuentra en un
campo magnético uniforme B. La fuerza que el campo
ejerce sobre el conductor es:

37. La espira rectangular de la figura transporta una
corriente I y se encuentra en una región donde existe
un campo magnético uniforme B. La fuerza neta sobre
la espira es:
)ˆ)((2.
0.
kbaId
c
)ˆ(2.
)ˆ(2.
kIbb
kIba 

38. Un conductor suspendido por dos alambres flexibles, como se muestra en la
figura (a) tiene una masa por unidad de longitud de 0.040kg.m-1 y el campo
magnético es de 3.6T.
¿Qué corriente debe pasar por el conductor para que la tensión en los alambres
que lo soportan sea cero? ¿Cuál es la dirección de la corriente en el alambre?
Para que la tensión en los alambres
sea cero, la fuerza magnética sobre el
alambre debe equilibrar a la fuerza
gravitacional sobre este, y por lo tanto
la corriente sobre el alambre debe ir
hacia la derecha como se nuestra en la
figura (b).

39. En la figura el cubo mide 40,0 cm en cada lado. Cuatro segmentos del alambre : -
ab-bc-cd-da- forman un lazo cerrado que conduce una corriente de 5,0A en la
dirección mostrada. Un campo magnético B = 0,020T está en la dirección
positiva. Determine la magnitud y la dirección de la fuerza magnética sobre cada
segmento.