Campo magnético
• Unacarga móvil crea en el espacio que le rodea un campo
magnético. Para nuestra determinación del campo magnético,
consideramos la observación opuesta, es decir, que "un campo
magnético ejerce una fuerza sobre una carga que se mueve a través
de él".
3.
• Un campomagnético también puede generarse a partir de la circulación
de corriente por un conductor.
https://www.youtube.com/watch?v=nRDVm5rn_2A
4.
• Todos utilizamosfuerzas magnéticas. Están en el corazón de los
motores eléctricos, cinescopios de televisión, hornos de microondas,
altavoces (bocinas), impresoras y unidades lectoras de discos. Los
aspectos más familiares del magnetismo son aquellos asociados con
los imanes permanentes, que atraen objetos de fierro que no son
magnéticos, y que atraen o repelen otros imanes.
5.
• Ejemplo deesta interacción es la aguja de una brújula que se alinea
con el magnetismo terrestre. No obstante, la naturaleza fundamental
del magnetismo es la interacción de las cargas eléctricas en
movimiento.
• A diferencia de las fuerzas eléctricas, que actúan sobre las cargas
eléctricas estén en movimiento o no, las fuerzas magnéticas sólo
actúan sobre cargas que se mueven.
6.
Origen del campomagnético
• Muchos historiadores creen que la brújula que usaba una aguja
magnética, se utilizó en China por primera vez en el siglo XIII a.C., y que
su invención es de origen árabe o hindú.
• Los antiguos griegos tenían conocimiento del magnetismo desde le año
8000 a.C., ellos descubrieron que ciertas piedras, conocidas ahora como
magnetita, tenían la propiedad de atraer pedazos de hierro. La leyenda
atribuye el nombre de magnetita ya que le pastor Magnes, se le clavan
los clavos de sus zapatos y la punta de su bastón en una campo
magnético mientras pasaba su rebaño.
7.
• Antes de1820, el único magnetismo conocido era el del hierro. Esto
cambió con un profesor de ciencias poco conocido de la Universidad
de Copenhague, Dinamarca, Hans Christian Oersted. En 1820 Oersted
preparó en su casa una demostración científica a sus amigos y
estudiantes.
• Planeó demostrar el calentamiento de un hilo por un corriente
eléctrica y también llevar a cabo demostraciones sobre el
magnetismo, para lo cual dispuso de una aguja de compás montada
sobre una pieza de madera.
8.
Descubrió larelación entre la
electricidad y el magnetismo
Una corriente eléctrica en un
alambre desvía la aguja de
una brújula próxima al
alambre
https://www.youtube.com/watch?v=RwilgsQ9xaM&list=RDCM
UCqkM2MNmBwg7_fnnNeMYisA&index=9
10.
1820’s
Faradayy Henry
Establecen otras conexiones entre la electricidad y el
magnetismo
Un campo magnético variable crea un campo eléctrico
Maxwell
Un campo eléctrico que variable produce un campo
magnético
Una breve Historia del
Magnetismo
11.
Cada imán,sin importar su forma, tiene dos polos
Llamados polo norte y polo sur
Los polos ejercen fuerzas:
Similar a las cargas eléctricas (atracción y
repulsión
Polos semejantes se rechazan: N - N o S - S
Polos diferentes se atraen: N - S
Campos Magnéticos
12.
Los polosrecibieron sus nombres debido a que un
imán se comporta de manera semejante al campo
magnético de la tierra
Si se suspende un imán de barra de modo que
pueda moverse libremente, rotará
El Polo Norte magnético señala hacia el polo norte
geográfico de la tierra
Esto significa que el polo norte geográfico de la tierra es
un polo sur magnético
Campos Magnéticos
14.
La fuerzaentre dos polos varía como el cuadrado inverso
de la distancia entre ellos
Un solo polo magnético nunca se ha aislado
Es decir los polos magnéticos se encuentran siempre
en pares
Hay una cierta base teórica para la existencia de los
monopolos – polos simples
Campos Magnéticos
16.
• Los imanespueden atraer
algunos objetos como los clips.
• Si un objeto es atraído por uno
de los polos, también es
atraído por el otro.
• Algunos materiales como
cobre, aluminio, vidrio y
plástico no experimenta
atracción por los imanes
17.
Líneas de CampoMagnético
La brújula se puede
utilizar para demostrar las
líneas del campo
Las líneas de campo
magnético en un imán,
salen del Polo Norte y
entran al Polo del Sur
18.
Las limadurasdel hierro se utilizan para demostrar el
patrón de las líneas del campo magnético en un imán de
barra
Líneas de Campo Magnético
Para introducir elconcepto de campo magnético de manera adecuada repasaremos nuestra
formulación de las interacciones eléctricas anteriormente, donde introdujimos el concepto
de campo eléctrico. Representamos las interacciones eléctricas en dos etapas:
22.
Campo Magnético
Definición
Elcampo magnético en un cierto punto en el espacio se
puede definir en términos de la fuerza magnética, FB
La fuerza magnética será ejercida en una partícula
cargada que se mueve con una velocidad, v
23.
Magnitud de F
La magnitud de la fuerza magnética en una partícula cargada es:
q es el ángulo más pequeño entre v y B
El FB es cero cuando v y B son paralelos
El FB es un máximo cuando v y B son perpendiculares
B
x
v
q
vBSen
q
FB
q
FB es la fuerza magnética
q es la carga
v es la velocidad del movimiento de la carga
B es el campo magnético
24.
Unidades de Campo
Magnético
La unidad en el SI del campo magnético es el tesla (T)
La unidad en el cgs es un gauss (G)
1 T = 104 G
m
A
N
s
m
C
N
T
/
27.
Regla de laMano Derecha (carga positiva)
Los dedos señalan en la
dirección de v
B sale de su palma
Cierre la mano en la dirección
de B
El pulgar señala en la dirección
de v x B que sea la dirección del
FB
El pulgar
Índice:
velocidad
Los otros dedos (o
la palma de la
mano)
28.
Sugerencia (funciona paralas cargas
positivas)
• Con el dedo índice señale la velocidad (hacia donde se mueve la
carga)
• Con el pulgar señale la dirección de la fuerza
• Con los otros tres dedos señale la dirección del campo magnético
NOTA: Para las cargas negativas use la mano izquierda
29.
Acerca de laDirección
El FB es perpendicular al plano formado por v y B
La partículas con cargas opuestas, dentro de una mismo
campo magnético y dirigidas en la misma dirección,
estarán sujetas a fuerzas en sentido contrario
Un núcleo dehelio (carga positiva) se mueve dirigido
directamente hacia el Oeste. Si éste se desvía hacia el
Sur, ¿cuál es la dirección del campo magnético que lo
desvía?
a) Hacia arriba b) Hacia el Norte c) Hacia el Sur
d) Hacia abajo e) Ni idea
Este
N
Oeste
Sur
Arriba
Abajo
34.
Un núcleo dehelio se mueve dirigido
directamente hacia el Oeste. Si éste se
desvía hacia el Sur, ¿cuál es la dirección
del campo magnético que lo desvía?
Este
Norte
Oeste: velocidad
índice
Sur: Fuerza
Pulgar
Abajo: Campo Magnético
Mano derecha
Velocidad: índice
Fuerza: pulgar
Los otros tres dedos: Campo magnético
35.
Un electrón semueve hacia la derecha del pizarrón,
si sufre una desviación hacia arriba (la parte superior
del pizarrón. ¿Cuál es la dirección del campo
magnético?
a) Al norte b) Sale de la página c) Al sur
d) Entra a la pagina e) No se desvía
36.
Un electrón semueve hacia la derecha del
pizarrón, si sufre una desviación hacia arriba (la
parte superior del pizarrón. ¿Cuál es la dirección del
campo magnético?
Mano izquierda
Velocidad: índice
Fuerza: pulgar
Los otros tres dedos: Campo magnético
38.
Correct Answer: c.Hacia abajo de la página
Derecha: velocidad
Pulgar (apuntando
hacia ustedes):
Fuerza: sale de la página
Campo magnético: La
palma de la mano
queda apuntando hacia
abajo
39.
Un protón queviaja a 23° con respecto a un campo magnético de
2.63mT de intensidad experimenta una fuerza magnética de 6.48
x 10-17N. Calcule: a) la rapidez y b) la energía cinética, en eV del
protón.
Resp: 394km/s; b) 808eV.
40.
Un protón queviaja a 23° con
respecto a un campo magnético
de 2.63mT de intensidad
experimenta una fuerza
magnética de 6.48 x 10-17N.
Calcule: a) la rapidez y b) la
energía cinética, en eV del
protón.
v
s
km
v
s
m
x
v
s
m
v
Sen
T
x
C
x
N
x
v
BSen
q
F
vBSen
q
F
B
B
/
62
.
393
/
10
62
.
393
/
43
.
393621
23
)
10
63
.
2
)(
10
602
.
1
(
10
48
.
6
3
0
3
19
17
q
q
Resp: 394km/s; b) 808eV.
eV
K
J
x
eV
J
x
K
J
x
K
s
m
x
kg
x
K
mv
K
57
.
807
10
602
.
1
1
10
2937
.
1
10
2937
.
1
)
/
10
62
.
393
)(
10
67
.
1
(
19
16
16
2
3
27
2
1
2
2
1
41.
Fuerza magnética enun conductor
que lleva una corriente
Una fuerza se ejerce en un alambre que conduce una
corriente si este esta colocado en un campo magnético
La corriente es una colección de muchas partículas cargadas en
movimiento
La dirección de la fuerza esta dada por la regla de la
mano derecha (índice señala la corriente eléctrica)
42.
Dirección del campomagnético
Los puntos indican que el campo
Magnético sale de la página
Los puntos representan las puntas
de las flechas que vienen hacia
usted
Las cruces indican que el campo
magnético entra en la página
Las cruces representan las colas de
las flechas que se alejan
43.
Fuerza en unalambre
En este caso, no hay corriente,
entonces no hay fuerza magnética
sobre el alambre
Por lo tanto, el alambre sigue
siendo vertical
44.
B estáentrando en la página
La corriente está sobre el plano de
la página (hacia arriba)
La fuerza magnética estaría dirigida
hacia la izquierda
Fuerza en un alambre
45.
B estáentrando en la página
La fuerza está a la derecha
Fuerza en un alambre
La corriente está sobre el plano de
la página (hacia abajo)
46.
La fuerzamagnética se
ejerce en cada carga móvil
en el alambre
F = q vd x B
La fuerza total es el producto
de la fuerza en una carga y
por el número de cargas
F = (q vd x B)nAL
Fuerza en un alambre
Ecuación
47.
En lostérminos de la corriente, esto se convierte
L es un vector en la dirección de la corriente
Su magnitud es la longitud L del segmento
I es la corriente
B es el campo magnético
Fuerza en un alambre
q
ILBsen
LxB
I
F
• Un alambrede 2.6m de longitud conduce una corriente de
5.1A en una región donde un campo magnético uniforme
tiene una magnitud de 0.66T. Calcule la magnitud de la fuerza
magnética sobre el alambre si el ángulo entre el campo
magnético y la corriente es de 64°.
Correct Answer: 7.866 ± 1% (N)
52.
Un alambre de2.6m de longitud
conduce una corriente de 5.1A en una
región donde un campo magnético
uniforme tiene una magnitud de 0.66T.
Calcule la magnitud de la fuerza
magnética sobre el alambre si el ángulo
entre el campo magnético y la corriente
es de 64°.
Correct Answer: 7.866 ± 1% (N)
N
F
sen
T
m
A
F
ILBsen
F
866
.
7
64
)
66
.
0
)(
6
.
2
)(
1
.
5
( 0
q
53.
Ejemplo
• Suponga unalambre uniforme muy largo que tiene una
densidad lineal de masa de 2g/m y que circunda la Tierra
por el ecuador magnético. Suponga que el campo
magnético del planeta es de 78x10-6T horizontalmente
hacia el norte a través de esta región. ¿Cuál es la
magnitud de la corriente en el alambre que lo mantiene
levitando?
Correct Answer: 251.3 ± 1% (A)
54.
Partícula cargada enun
Campo Magnético
Considere una partícula moviéndose
en un campo magnético externo con
su velocidad perpendicular al campo
La fuerza siempre es dirigida hacia
el centro del camino circular
La fuerza magnética causa una
aceleración centrípeta, cambiando
la dirección de la velocidad de la
partícula https://www.youtube.com/watch?v=ZxtPGN8I
pa0
55.
Fuerza en una
partículacargada
Ecuación de fuerzas magnéticas y centrípetas:
Donde r:
r es proporcional al momento (p = mv) de la partícula e
inversamente proporcional al campo magnético
r
mv
ma
qvB
FB
2
qB
mv
r
56.
La velocidadangular de la partícula es:
El período de la partícula es:
m
qB
r
v
v
r
T
2
Fuerza en una
partícula cargada
2
T
El período se refiere al tiempo
que la partícula requiere para
completar un ciclo
57.
El períodode la partícula es:
Fuerza en una
partícula cargada
La frecuencia se refiere al número de ciclos por unidad
de tiempo de la partícula, y esta viene dada por el
inverso del período
La frecuencia es:
T
f
1
2
f
58.
• Un protónse mueve en una órbita circular de radio
53cm perpendicular a un campo magnético uniforme de
valor 385mT. Hallar la energía cinética del protón.
Correct Answer: 319.4 ± 1% (fJ)
59.
Un protón semueve en una órbita
circular de radio 53cm
perpendicular a un campo
magnético uniforme de valor
385mT. Hallar la energía cinética del
protón.
v
s
m
v
kg
x
m
T
x
C
x
v
m
qBr
r
mv
qB
v
v
m
qBr
r
mv
qvB
FB
/
72
.
19574137
10
67
.
1
)
53
.
0
)(
10
385
)(
10
602
.
1
(
/
27
3
19
2
2
Correct Answer: 319.4 ± 1% (fJ)
60.
Un protón semueve en una órbita
circular de radio 53cm
perpendicular a un campo
magnético uniforme de valor
385mT. Hallar la energía cinética del
protón.
fJ
K
J
x
K
J
x
K
s
m
kg
x
K
mv
K
92
.
319
10
92
.
319
10
19927
.
3
)
/
72
.
19574137
)(
10
67
.
1
(
15
13
2
27
2
1
2
2
1
Correct Answer: 319.4 ± 1% (fJ)
61.
• El campomagnético de la Tierra en cierta localidad está dirigido
verticalmente hacia abajo y tiene una magnitud de 76x10-6T. Un
protón se mueve horizontalmente hacia el oeste en este campo a una
rapidez de 5.08x107m/s. ¿Cuál es el radio del arco circular que sigue
este protón?
Correct Answer: 6.979 ± 1% (km)
• Un protónse mueve en una órbita circular de radio 58cm perpendicular
a un campo magnético uniforme de valor 712mT. ¿Cuál es el período
correspondiente a este movimiento?
Correct Answer: 92.14 ± 1% (ns)
64.
Un protón semueve en una órbita
circular de radio 58cm perpendicular a
un campo magnético uniforme de valor
712mT. ¿Cuál es el período
correspondiente a este movimiento?
v
s
m
v
kg
x
m
T
x
C
x
v
m
qBr
r
mv
qB
r
mv
qvB
FB
/
23
.
39614486
10
67
.
1
)
58
.
0
)(
10
712
)(
10
602
.
1
(
27
3
19
2
ns
T
s
x
T
s
x
T
s
m
m
T
v
r
T
99
.
91
10
99
.
91
10
19927
.
9
/
23
.
39614486
)
58
.
0
(
2
2
9
8
Correct Answer: 92.14 ± 1% (ns)
65.
• Los electronesen el haz de un tubo de televisión tienen una energía
cinética de 25.6keV. El tubo está orientado de modo que los
electrones se mueven horizontalmente desde el sur magnético hacia
el norte magnético. El campo magnético de la Tierra apunta hacia
abajo y tiene una magnitud de 311x10-6T. ¿Cuál es la magnitud de la
fuerza magnética que actúa sobre un determinado electrón?
Correct Answer: 4.727 ± 1% (fN)
66.
Los electrones enel haz de un tubo de televisión
tienen una energía cinética de 25.6keV. El tubo
está orientado de modo que los electrones se
mueven horizontalmente desde el sur magnético
hacia el norte magnético. El campo magnético de
la Tierra apunta hacia abajo y tiene una magnitud
de 311x10-6T. ¿Cuál es la magnitud de la fuerza
magnética que actúa sobre un determinado
electrón?
v
s
m
v
kg
x
J
x
v
m
K
mv
K
/
3
.
94885684
10
11
.
9
)
10
101
.
4
(
2
2
31
15
2
2
1
J
x
K
eV
J
x
eV
x
K
15
19
3
10
101
.
4
1
10
602
.
1
10
6
.
25
fN
F
N
x
F
T
x
s
m
C
x
F
qvB
F
B
B
B
B
7274
.
4
10
7274
.
4
)
10
311
)(
/
3
.
94885684
)(
10
602
.
1
(
15
6
19
Correct Answer: 4.727 ± 1% (fN)
67.
• Un electrónse acelera desde el reposo por una diferencia de
potencial de 307V. Luego entra en un campo magnético uniforme de
148mT de magnitud, con el que su velocidad forma un ángulo recto.
Calcule la velocidad del electrón.
Correct Answer: 10.391 ± 1% (Mm/s)
68.
Un electrón seacelera desde el
reposo por una diferencia de
potencial de 307V. Luego entra en un
campo magnético uniforme de
148mT de magnitud, con el que su
velocidad forma un ángulo recto.
Calcule la velocidad del electrón
Correct Answer: 10.391 ± 1% (Mm/s)
s
Mm
v
s
m
x
v
s
m
v
kg
x
V
C
x
v
m
V
q
v
V
q
mv
V
q
K
/
3909
.
10
/
10
3909
.
10
/
88
.
10390973
10
11
.
9
)
307
)(
10
602
.
1
(
2
2
6
31
19
2
2
1
69.
• Un electrónse mueve verticalmente hacia arriba y entra en una
región donde hay un campo magnético dirigido horizontalmente en
dirección Oeste. ¿Hacia dónde se mueven los electrones?
• Elegir untema de la siguiente lista
• 1. Generadores y motores
• 2. Materiales Magnéticos: Ferromagnéticos, Paramagnéticos y Diamagnético
• 3. Superconductores
• 4. Principios físicos de la televisión (¿cómo funciona?)
• 5. Auroras boreales
• 6. Levitación magnética
• 7. Diseñar una actividad/práctica para el tema de inducción electromagnética (Ley de
Faraday)
• https://phet.colorado.edu/en/simulation/faradays-law
• y otra para circuitos eléctricos (Ley de Ohm):
• https://phet.colorado.edu/en/simulation/circuit-construction-kit-dc-virtual-lab
72.
• 8. Siles interesa indagar sobre las medidas de seguridad sobre la
electrostática en las fábricas/industria pueden hacerlo. La idea es que
exploren las causas de la electrostática y los posibles daños que puede
causar.
• El trabajo es individual o en parejas.
• Graban un video en el que expliquen el tema elegido.
• El video debe tener la siguiente estructura:
• 1. Introducción/tema/aplicaciones/conclusiones. Debe tener el volumen
adecuado. Se bajara puntos si leen durante su exposición.
• 2. Un power point con la explicación del tema.
•
73.
• Las diapositivasdeben tener la información adecuada (no
están sobrecargadas), usar colores adecuados (que se pueda leer)
• Máximo de 10 diapositivas
• Usa gráficas o imágenes pertinentes al tema
• 4. Fuentes de consulta (usa el criterio APA)
• El video y la presentación de power point se sube a blackboard.
• Fecha de entrega: 15 de mayo
74.
• Un alambrese dobla como se muestra e la figura y se coloca en un
campo magnético que entra a la página y cuya magnitud es de 4.9T.
Calcular la magnitud de la fuerza magnética sobre este alambre, si x =
57cm y pasa por él una corriente de 4.4A. Indique mediante una
flecha en las tres secciones del alambre la dirección de la fuerza.
Respuesta: 36.87 ± 1% (N)
75.
Se cancelan lassecciones
verticales (una componente
se dirige a la izquierda y la
otra a la derecha)
Un alambre se dobla como se muestra e la
figura y se coloca en un campo magnético
que entra a la página y cuya magnitud es de
4.9T. Calcular la magnitud de la fuerza
magnética sobre este alambre, si x = 57cm y
pasa por él una corriente de 4.4A. Indique
mediante una flecha en las tres secciones del
alambre la dirección de la fuerza.
N
F
T
m
A
F
ILB
F
87
.
36
)
9
.
4
)(
57
.
0
(
3
)
4
.
4
(
F
F
F
76.
En lostérminos de la corriente, esto se convierte
L es un vector en la dirección de la corriente
Su magnitud es la longitud L del segmento
I es la corriente
B es el campo magnético
Fuerza en un alambre
q
ILBsen
LxB
I
F
77.
Considere unsegmento
pequeño del alambre, ds
La fuerza ejercida en este
segmento es
F = I ds x B
La fuerza total es
b
a
B
x
s
d
I
F
Fuerza en un alambre
78.
Torca en uncircuito
cargado
El circuito rectangular conduce
una corriente I en un campo
magnético uniforme
No actúan fuerzas magnéticas
en los lados 1 y 3
Los cables son paralelos al
campo y L x B = 0
79.
Hay unafuerza en los lados 2 y 4,
y son perpendiculares al campo
La magnitud de la fuerza
magnética en estos lados será:
F 2 = F4 = IaB
La dirección de F2 es hacia afuera
de la página
La dirección de F4 es hacia
adentro de la página
Torca en un circuito
cargado
80.
Las fuerzasson iguales y
en direcciones opuestas,
pero no a lo largo de la
misma línea de acción
Las fuerzas producen una
torca alrededor del punto O
Torca en un circuito
cargado
81.
La torcamáxima es hallada por:
El área encerrada por el circuito cerrado es ab,
por lo tanto: tmax = IAB
Este valor máximo ocurre sólo cuando el campo es
paralelo al plano del circuito
IabB
b
IaB
b
IaB
b
F
b
F
T
2
2
2
2
4
2
max
Torca en un circuito
cargado
82.
Asuma queel campo
magnético forma un ángulo
de q < 90o con una línea
perpendicular al plano del
circuito cerrado
El momento, alrededor del
punto O será: t = IAB sen q
Torca en un circuito
cargado
83.
La torcatiene un valor mínimo cuando el campo es
perpendicular a la normal al plano del circuito cerrado.
La torca es máxima cuando el campo es paralelo a la
normal al plano del circuito
t = IA x B donde A es perpendicular al plano del
circuito y tiene una magnitud igual al área del circuito
cerrado
Torca en un circuito
cargado
88.
• Un cableconductor por el que circula una corriente I = 24A tiene la
forma de una espira semicircular de radio R = 30cm situada sobre el
plano xy. Existe un campo magnético uniforme B = (320k)mT
perpendicular al plano de la espira. Determinar la magnitud de la
fuerza magnética sobre la espira.
Correct Answer: 4.608 ± 1% (N)
89.
N
F
T
x
m
A
F
IRB
F
608
.
4
)
10
320
)(
30
.
0
)(
24
(
2
2
2
3
2
2
Un cable conductorpor el que
circula una corriente I = 24A
tiene la forma de una espira
semicircular de radio R = 30cm
situada sobre el plano xy. Existe
un campo magnético
uniforme B = (320k)mT
perpendicular al plano de la
espira. Determinar la magnitud
de la fuerza magnética sobre la
espira.
Correct Answer: 4.608 ± 1% (N)
Magnitud
90.
Inducción electromagnética
• Laley de Faraday sirve para calcular la fem inducida en un circuito
cerrado a partir de una variación de flujo magnético
91.
¿Qué es lainducción electromagnética?
• Consiste en inducir corriente eléctrica en un circuito a partir de una
variación de flujo magnético.
• La variación de flujo magnético induce una diferencia de potencial o
fem lo cual hace que circule corriente eléctrica en el circuito.
92.
Flujo magnético
• Elflujo magnético es el número de líneas de campo magnético que
atraviesan una superficie de área A.
94.
Caso 1: cambiael campo magnético al transcurrir el tiempo pero no cambia el ángulo
θ y el área superficial
96.
Caso 2: cambiael área superficial al transcurrir el tiempo pero el campo magnético y
el ángulo θ no cambian
97.
Caso 2: cambiael área superficial al transcurrir el tiempo pero el campo magnético y
el ángulo θ no cambian