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Instituto Universitario Politécnico “Santiago Mariño”
Extensión Barinas - SAIA
Integrantes:
Luis Martínez
Diana Lewis
Luis Alberto Añez
Paola Lewis
Enero, 2016
Magnetismo
Los fenómenos magnéticos fueron observados por primera vez al menos
hace 2500 años, con fragmentos de mineral de hierro magnetizado cerca de la
antigua ciudad de Magnesia (hoy Manisa, en Turquía occidental). Esos trozos
eran ejemplos de lo que ahora llamamos imanes permanentes.
El magnetismo o energía magnética es un fenómeno físico por el cual
los objetos ejercen fuerzas de atracción o repulsión sobre otros materiales. Hay
algunos materiales conocidos que han presentado propiedades magnéticas
detectables fácilmente como el níquel, hierro, cobalto y sus aleaciones que
comúnmente se llaman imanes. Sin embargo todos los materiales son influidos,
de mayor o menor forma, por la presencia de un campo magnético.
El magnetismo también tiene otras manifestaciones en física,
particularmente como uno de los 2 componentes de la radiación
electromagnética, como por ejemplo, la luz.
Campo Magnético
Un campo magnético es un campo de fuerza creado como consecuencia del
movimiento de cargas eléctricas (Flujo de electricidad), el campo magnético se
trata de un campo que ejerce fuerzas (denominadas magnéticas) sobre los
materiales. Al igual que el campo eléctrico también es un campo vectorial, pero
que no produce ningún efecto sobre cargas en reposo (como sí lo hace el
campo eléctrico en dónde las acelera a través de la fuerza eléctrica). Sin
embargo el campo magnético tiene influencia sobre cargas eléctricas en
movimiento.
Si una carga en movimiento atraviesa un campo magnético, la misma sufre
la acción de una fuerza (denominada fuerza magnética). Esta fuerza no
modifica el módulo de la velocidad pero sí la trayectoria. Sobre un conductor
por el cual circula electricidad y que se encuentra en un campo también
aparece una fuerza magnética. El campo magnético está presente en los
imanes. Por otro lado, una corriente eléctrica también genera un campo
magnético. El campo magnético se denomina con la letra B y se mide en Tesla.
En el sistema cegesimal o CGS, la unidad de inducción es
el Gauss.
Un Tesla es la inducción de un campo magnético en el que una carga de
un Coulomb que se desplaza perpendicularmente a las líneas de fuerzas con
una velocidad d 1 m/seg se ve sometida a una fuerza de un newton.
Líneas de Campo magnético y flujo magnético
El flujo magnético se representa por la letra griega fi Φ, es una medida
de la cantidad de magnetismo, y se calcula a partir del campo magnético, la
superficie sobre la cual actúa y el ángulo de incidencia formado entre las líneas
de campo magnético y los diferentes elementos de dicha superficie. La unidad
de flujo magnético en el Sistema Internacional de Unidades es el weber y se
designa por Wb
Cualquier campo magnético se representa usando líneas de campo
magnético. Las líneas de campo magnético no son líneas de fuerzas. La fuerza
sobre una partícula cargada no se ejerce a lo largo de la dirección de una línea
de campo. La dirección de la fuerza magnética depende de la velocidad ,
según se expresa en la ley de la fuerza magnética.
Fuerza magnética sobre un conductor que transporta corriente.
La fuerza magnética es la parte de la fuerza electromagnética total o
fuerza de Lorentz que mide un observador sobre una distribución de cargas en
movimiento. Las fuerzas magnéticas son producidas por el movimiento de
partículas cargadas, como electrones, lo que indica la estrecha relación entre la
electricidad y el magnetismo.
Las fuerzas magnéticas entre imanes y/o electroimanes es un efecto
residual de la fuerza magnética entre cargas en movimiento. Esto sucede
porque en el interior de los imanes convencionales existen micro corrientes que
macroscópicamente dan lugar a líneas de campo magnético cerradas que
salen del material y vuelven a entrar en él. Los puntos de entrada forman un
polo y los de salida el otro polo.
Las fuerzas que hacen que gire son las que ejerce un campo magnético
sobre un conductor que lleva corriente. Las fuerzas magnéticas sobre las
cargas en movimiento en el interior del conductor se transmiten al material del
conductor, el cual en conjunto experimenta una fuerza distribuida en toda su
longitud.
Conductor rectilíneo
La figura muestra un tramo de alambre de longitud l que lleva una
corriente i y que está colocado en una campo magnético B Para simplificar se
ha orientado el vector densidad de corriente j de tal manera que sea
perpendicular a B. La corriente i en un conductor rectilíneo es transportada por
electrones libres, siendo n el número de estos electrones por unidad de
volumen del alambre. La magnitud de la fuerza media que obra en uno de
estos electrones está dada por;
F' = q v B sinӨ = e vd B
por ser Ө = 90º y siendo vd la velocidad de arrastre: (vd = j/n e). Por lo tanto,
F' = e (j/n e) B= j B/n
La longitud l del conductor contiene nAl electrones libres, siendo Al el
volumen de la sección de conductor de sección transversal A qué se está
considerando. La fuerza total sobre los electrones libres en el conductor y, por
consiguiente, en el conductor mismo, es:
F = e (n A l) F' = n A l (j B/n)
Ya que jA es la corriente i en el conductor, se tiene:
F = i l B
Las cargas negativas que se mueven hacia la derecha en el conductor
equivalen a cargas positivas moviéndose hacia la izquierda, esto es, en la
dirección de la flecha verde. Para una de estas cargas positivas, la velocidad v
apuntaría hacia la izquierda y la fuerza sobre el conductor (F = qv x B) apunta
hacia arriba saliendo del plano de la figura. Esta misma conclusión se deduce
si se consideran los portadores de carga negativos reales para los cuales v
apunta hacia la derecha, pero q tiene signo negativo. Así pues, midiendo la
fuerza magnética lateral que obra sobre un conductor con corriente y colocado
en un campo magnético, no es posible saber si los portadores de corriente son
cargas negativas moviéndose en una dirección o cargas positivas que se
mueven en dirección opuesta.
La ecuación anterior es válida solamente si el conductor es
perpendicular a B. Es posible expresar el caso más general en forma vectorial
así:
F = i l x B
siendo l un vector (recorrido) que apunta a lo largo del conductor en el sentido
de la corriente. Esta ecuación es equivalente a la relación (F = qv x B) y
cualquiera de las dos puede tomarse como ecuación de definición de B
Obsérvese que l (no representado en la figura) apunta hacia la izquierda
y que la fuerza magnética (F= i l x B) apunta hacia arriba saliendo del plano de
la figura.
Esto concuerda con la conclusión a que se llegó al analizar las fuerzas
que obran en los portadores de carga individuales
Conductor no rectilíneo
Si se considera solamente un elemento diferencial de un conductor de
longitud dl, la fuerza dF puede encontrarse mediante la expresión
dF = i dl x B
Integrando esta fórmula de la manera apropiada es posible encontrar la
fuerza F sobre un conductor no lineal.
Considérese, por ejemplo, un alambre de la forma mostrada en la figura,
que lleva una corriente i y se encuentra en el seno de un campo magnético
uniforme de inducción magnética B saliendo del plano de la figura tal como lo
muestran los puntos. La magnitud de la fuerza sobre cada tramo recto está
dada por:
F1 = F3 = i l B
y apunta hacia abajo tal como lo muestran los vectores coloreados de
verde. Un segmento de alambre de longitud dl en el arco experimenta una
fuerza dF cuya magnitud es:
dF = i B dl = i B (R dӨ)
y cuya dirección es radial hacia O, que es el centro del arco. Solamente la
componente hacia abajo de esa fuerza es efectiva, porque la componente
horizontal es anulada por una componente directamente opuesta proveniente
del correspondiente segmento de arco a la derecha de O. En consecuencia, la
fuerza total sobre el semicírculo de alambre alrededor de O apunta hacia abajo
y es:
Entonces, la fuerza total será:
F = F1 + F2+F3 = 2 i l B + 2 i B R = 2 i B (l+R)
Fuerza y par de torsión en una espira de corriente.
Los conductores que transportan corriente por lo general forman espiras
cerradas. Momento de Torsión es el trabajo que hace un dispositivo gire cierto
ángulo en su propio eje, oponiendo este una resistencia al cambio de posición.
La fuerza neta sobre una espira de corriente en un campo magnético
uniforme es igual a cero. Sin embargo, el par de torsión neto en general no es
igual a cero.
Campo magnético

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Campo magnético

  • 1. República Bolivariana de Venezuela Instituto Universitario Politécnico “Santiago Mariño” Extensión Barinas - SAIA Integrantes: Luis Martínez Diana Lewis Luis Alberto Añez Paola Lewis Enero, 2016
  • 2. Magnetismo Los fenómenos magnéticos fueron observados por primera vez al menos hace 2500 años, con fragmentos de mineral de hierro magnetizado cerca de la antigua ciudad de Magnesia (hoy Manisa, en Turquía occidental). Esos trozos eran ejemplos de lo que ahora llamamos imanes permanentes. El magnetismo o energía magnética es un fenómeno físico por el cual los objetos ejercen fuerzas de atracción o repulsión sobre otros materiales. Hay algunos materiales conocidos que han presentado propiedades magnéticas detectables fácilmente como el níquel, hierro, cobalto y sus aleaciones que comúnmente se llaman imanes. Sin embargo todos los materiales son influidos, de mayor o menor forma, por la presencia de un campo magnético. El magnetismo también tiene otras manifestaciones en física, particularmente como uno de los 2 componentes de la radiación electromagnética, como por ejemplo, la luz.
  • 3. Campo Magnético Un campo magnético es un campo de fuerza creado como consecuencia del movimiento de cargas eléctricas (Flujo de electricidad), el campo magnético se trata de un campo que ejerce fuerzas (denominadas magnéticas) sobre los materiales. Al igual que el campo eléctrico también es un campo vectorial, pero que no produce ningún efecto sobre cargas en reposo (como sí lo hace el campo eléctrico en dónde las acelera a través de la fuerza eléctrica). Sin embargo el campo magnético tiene influencia sobre cargas eléctricas en movimiento. Si una carga en movimiento atraviesa un campo magnético, la misma sufre la acción de una fuerza (denominada fuerza magnética). Esta fuerza no modifica el módulo de la velocidad pero sí la trayectoria. Sobre un conductor por el cual circula electricidad y que se encuentra en un campo también aparece una fuerza magnética. El campo magnético está presente en los imanes. Por otro lado, una corriente eléctrica también genera un campo magnético. El campo magnético se denomina con la letra B y se mide en Tesla. En el sistema cegesimal o CGS, la unidad de inducción es el Gauss. Un Tesla es la inducción de un campo magnético en el que una carga de un Coulomb que se desplaza perpendicularmente a las líneas de fuerzas con una velocidad d 1 m/seg se ve sometida a una fuerza de un newton.
  • 4. Líneas de Campo magnético y flujo magnético El flujo magnético se representa por la letra griega fi Φ, es una medida de la cantidad de magnetismo, y se calcula a partir del campo magnético, la superficie sobre la cual actúa y el ángulo de incidencia formado entre las líneas de campo magnético y los diferentes elementos de dicha superficie. La unidad de flujo magnético en el Sistema Internacional de Unidades es el weber y se designa por Wb Cualquier campo magnético se representa usando líneas de campo magnético. Las líneas de campo magnético no son líneas de fuerzas. La fuerza sobre una partícula cargada no se ejerce a lo largo de la dirección de una línea de campo. La dirección de la fuerza magnética depende de la velocidad , según se expresa en la ley de la fuerza magnética.
  • 5. Fuerza magnética sobre un conductor que transporta corriente. La fuerza magnética es la parte de la fuerza electromagnética total o fuerza de Lorentz que mide un observador sobre una distribución de cargas en movimiento. Las fuerzas magnéticas son producidas por el movimiento de partículas cargadas, como electrones, lo que indica la estrecha relación entre la electricidad y el magnetismo. Las fuerzas magnéticas entre imanes y/o electroimanes es un efecto residual de la fuerza magnética entre cargas en movimiento. Esto sucede porque en el interior de los imanes convencionales existen micro corrientes que macroscópicamente dan lugar a líneas de campo magnético cerradas que salen del material y vuelven a entrar en él. Los puntos de entrada forman un polo y los de salida el otro polo. Las fuerzas que hacen que gire son las que ejerce un campo magnético sobre un conductor que lleva corriente. Las fuerzas magnéticas sobre las cargas en movimiento en el interior del conductor se transmiten al material del conductor, el cual en conjunto experimenta una fuerza distribuida en toda su longitud. Conductor rectilíneo La figura muestra un tramo de alambre de longitud l que lleva una corriente i y que está colocado en una campo magnético B Para simplificar se ha orientado el vector densidad de corriente j de tal manera que sea
  • 6. perpendicular a B. La corriente i en un conductor rectilíneo es transportada por electrones libres, siendo n el número de estos electrones por unidad de volumen del alambre. La magnitud de la fuerza media que obra en uno de estos electrones está dada por; F' = q v B sinӨ = e vd B por ser Ө = 90º y siendo vd la velocidad de arrastre: (vd = j/n e). Por lo tanto, F' = e (j/n e) B= j B/n La longitud l del conductor contiene nAl electrones libres, siendo Al el volumen de la sección de conductor de sección transversal A qué se está considerando. La fuerza total sobre los electrones libres en el conductor y, por consiguiente, en el conductor mismo, es: F = e (n A l) F' = n A l (j B/n) Ya que jA es la corriente i en el conductor, se tiene: F = i l B Las cargas negativas que se mueven hacia la derecha en el conductor equivalen a cargas positivas moviéndose hacia la izquierda, esto es, en la dirección de la flecha verde. Para una de estas cargas positivas, la velocidad v apuntaría hacia la izquierda y la fuerza sobre el conductor (F = qv x B) apunta hacia arriba saliendo del plano de la figura. Esta misma conclusión se deduce si se consideran los portadores de carga negativos reales para los cuales v apunta hacia la derecha, pero q tiene signo negativo. Así pues, midiendo la fuerza magnética lateral que obra sobre un conductor con corriente y colocado en un campo magnético, no es posible saber si los portadores de corriente son cargas negativas moviéndose en una dirección o cargas positivas que se mueven en dirección opuesta. La ecuación anterior es válida solamente si el conductor es perpendicular a B. Es posible expresar el caso más general en forma vectorial así:
  • 7. F = i l x B siendo l un vector (recorrido) que apunta a lo largo del conductor en el sentido de la corriente. Esta ecuación es equivalente a la relación (F = qv x B) y cualquiera de las dos puede tomarse como ecuación de definición de B Obsérvese que l (no representado en la figura) apunta hacia la izquierda y que la fuerza magnética (F= i l x B) apunta hacia arriba saliendo del plano de la figura. Esto concuerda con la conclusión a que se llegó al analizar las fuerzas que obran en los portadores de carga individuales Conductor no rectilíneo Si se considera solamente un elemento diferencial de un conductor de longitud dl, la fuerza dF puede encontrarse mediante la expresión dF = i dl x B Integrando esta fórmula de la manera apropiada es posible encontrar la fuerza F sobre un conductor no lineal. Considérese, por ejemplo, un alambre de la forma mostrada en la figura, que lleva una corriente i y se encuentra en el seno de un campo magnético uniforme de inducción magnética B saliendo del plano de la figura tal como lo
  • 8. muestran los puntos. La magnitud de la fuerza sobre cada tramo recto está dada por: F1 = F3 = i l B y apunta hacia abajo tal como lo muestran los vectores coloreados de verde. Un segmento de alambre de longitud dl en el arco experimenta una fuerza dF cuya magnitud es: dF = i B dl = i B (R dӨ) y cuya dirección es radial hacia O, que es el centro del arco. Solamente la componente hacia abajo de esa fuerza es efectiva, porque la componente horizontal es anulada por una componente directamente opuesta proveniente del correspondiente segmento de arco a la derecha de O. En consecuencia, la fuerza total sobre el semicírculo de alambre alrededor de O apunta hacia abajo y es: Entonces, la fuerza total será: F = F1 + F2+F3 = 2 i l B + 2 i B R = 2 i B (l+R) Fuerza y par de torsión en una espira de corriente. Los conductores que transportan corriente por lo general forman espiras cerradas. Momento de Torsión es el trabajo que hace un dispositivo gire cierto ángulo en su propio eje, oponiendo este una resistencia al cambio de posición. La fuerza neta sobre una espira de corriente en un campo magnético uniforme es igual a cero. Sin embargo, el par de torsión neto en general no es igual a cero.