Preuniversitario Esperanza Joven Curso Física Intensivo, Módulo Común. Magnetismo

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Ángela Núñez Carmona
hace 7 años
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Nombre: Campo magnético Preuniversitario Esperanza Joven Curso Física Intensivo, Módulo Común Guía 14 Magnetismo Fecha: Un imán genera en su entorno un campo magnético que es el espacio perturbado

El campo magnético se representa por las líneas de campo magnético que van desde el polo norte hacia el polo sur, la magnitud del campo es máxima en los polos y disminuye al alejarse de ellos y del

1 Nombre: Campo magnético Preuniversitario Esperanza Joven Curso Física Intensivo, Módulo Común Guía 14 Magnetismo Fecha: Un imán genera en su entorno un campo magnético que es el espacio perturbado por la presencia del imán. El campo magnético se representa por las líneas de campo magnético que van desde el polo norte hacia el polo sur, la magnitud del campo es máxima en los polos y disminuye al alejarse de ellos y del imán. Es a través del campo magnético que el imán puede ejercer fuerzas sobre otros cuerpos. Un campo magnético rodea a la Tierra, como si el planeta tuviera un enorme imán en su interior y cuyos polos magnéticos no coinciden con los polos geográficos de su eje. Esto se produce porque las posiciones de los polos magnéticos no son constantes y muestran notables cambios año a año. La teoría sugiere que el núcleo de hierro es líquido (excepto en el mismo centro, donde la presíon solidifica el núcleo) y que las corrientes de convercción crean un gigantesco campo magnético. El vector campo magnético Fig. 1: Las brújula se puede utilizar para trazar las líneas del campo magnético en la región fuera un imán. Si lanzamos, con velocidad v, una partícula electrizada con carga +q sobre una región donde existe un campo magnético B, con la dirección y sentido indicados en Fig. 2(a). Veremos que el campo magnético ejercerá sobre tal carga una fuerza magnética F B (Si la carga es negativa su sentido es contrario, ver Fig. 2(b)) ( F B = q v B ) donde su módulo será F = q v B sen θ, la dirección; F es siempre perpendicular a v y B y el sentido está dado por la regla de la mano derecha. La unidad de medida en el SI del campo magnético es el Tesla (T). Fig. 2: (a) Fuerza magnética sobre una partícula positiva +q, (b) Fuerza magnética sobre una partícula positiva y negativa, (c) Regla de la mano derecha.

2 Campo magnético de un alambre recto y largo Oersted, en 1820, demuestra con claridad que un conductor que transporta corriente produce un campo magnético. Colocando varias brújulas en un plano horizontal cerca de un largo alambre vertical notó que cuando no hay corriente en el alambre, todas las agujas apuntan en la misma dirección. Sin embargo, cuando el alambre transporta corriente las agujas se desvían en direcciones tangentes al circulo. La intensidad de este campo a una distancia a viene dada por B = µ 0 I 2π a donde µ 0 corresponde a la permeabilidad del espacio libre y su valor es 4π 10 7 T m/a. (a) Conductor sin corriente (b) Conductor con corriente I (c) Direcciones de I y B Fig. 3: Campo magnético B generado por un conductor debido a la corriente I que circula por él. Estas observaciones muestran que la dirección de B es congruente con la conveniente regla siguiente: si se sujeta el alambre con la mano derecha, con el pulgar en la dirección de la corriente, como se muestra en la Fig. 3(c), los dedos se curvan en la dirección de B Fuerza magnética sobre un conductor que transporta corriente Considere la situación de la Fig. 1(a)-1(b). Experimentalmente se ha demostrado que al hacer pasar una corriente hacia arriba, el alambre siente una fuerza hacia la izquierda, Fig. 1(c), y al invertir la corriente sentirá una fuerza en sentido contrario, Fig. 1(d). La magnitud de dicha fuerza será F max = B I L esta fuerza será máxima cuando la corriente y el campo sean perpendiculares, en caso contrario F = B I L sin θ. Fig. 4:

3 Fuerza magnética entre dos conductores paralelos Aplicando lo aprendido anteriormente podemos observar la situación de la figura e identificar el valor del campo magnético provocado por el alambre 2 (B 2 = µ 0 I/2πa). Debido a que por el alambre 1 circula una corriente en el mismo sentido podemos deducir que: los conductores paralelos que transportan corriente en el mismo sentido, se atraen uno al otro. La magnitud de la fuerza magnética sobre el alambre 1 en presencia del campo B 2 debido a I 2 es F 2 = µ 0 I 1 I 2 l 2π a La dirección de F 1 es descendente, hacia el alambre 2. Si se considera el campo establecido en el alambre 2 debido al alambre 1, se encuentra que la fuerza F 2 que se ejerce sobre el alambre 2 es igual y opuesta a F 1. Esto es lo que uno esperaría con base en la tercera ley de Newton de acción-reacción. Ley de inducción de Faraday Si un imán se aproxima a la espira, la aguja del galvanómetro se desvía en una dirección, como en la Fig. 2-(a). Si el imán se aleja de la espira, la aguja se desvía en dirección opuesta, como en la Fig. 2-(b). Si el imán se mantiene inmóvil y la espira se aproxima al imán o se aleja de él, la aguja también se desvía. A parti de estas observaciones, se deduce que se establece una corriente en el circuito en tanto existe un movimiento relativo entre el imán y la espira. Estos resultados son extraordinarios, en vista del hecho que el circuito no contiene batería alguna. A esta clase de corriente se le llama corriente inducida porque la produce una FEM inducida. Fig. 5: Ley de Lenz Para determinar el sentido de la corriente inducida, además de la regla de la mano derecha, se utiliza la Ley de Lenz. Esta ley se enuncia de la siguiente forma: El sentido de la corriente eléctrica inducida en un circuito cerrado es tal que por sus efectos electromagnéticos se opone a la variación del flujo que la produce

4 Ejercicios 1) Respecto a la aguja de una brújula es correcto afirmar que A) sólo se mueve con el campo magnético de la Tierra. B) no está imantada. C) se mueve si hay una intensidad de corriente eléctrica cerca, sino es de poca utilidad. D) se orienta con un extremo apuntando hacia el polo sur magnético. E) está hecha de cualquier material. 2) Se tiene un imán como el que muestra la figura, luego es cortado en cuatro trozos, en cada caso el corte se realizó perpendicular a su largo o equivalentemente a lo largo de la línea punteada que se muestra, entonces será correcto decir que el número de polos que habrá después de cortarlo es A) 2 B) 4 C) 8 D) 10 E) 16 3) Respecto al campo magnético del planeta Tierra es correcto decir que I) forma 4 polos magnéticos alrededor de la Tierra que se ubican en el norte, el sur, el este y el oe.ste II) III) sólo sirve de orientación para las distintas especies de vida en el planeta. es fijo y en la vida de la Tierra siempre el norte magnético ha estado donde se encuentra hoy. A) Sólo I B) Sólo II C) Sólo I y II D) Sólo II y III E) Ninguna de ellas 4) Se puede afirmar en forma correcta que un material imantado A) al ser calentado su propiedad magnética crecerá más, B) no puede a su vez imantar a otro. C) puede tener dos polos sur o dos polos norte. D) puede tener un solo polo. E) sentirá atracción si está cerca de una barra de hierro dulce. 5) Un conductor rectilíneo y largo, conduce una corriente eléctrica, I. Se cumple respecto a este conductor que A) sólo si varía su corriente en el tiempo aparecerá un campo magnético a su alrededor. B) al poner cerca de este conductor una brújula, se moverá la aguja de esta. C) a medida que nos alejamos de este conductor el campo magnético mantiene su intensidad. D) si se invierte el sentido de la corriente el polo norte magnético no variará su posición. E) al aumental y al disminuir la intensidad de la corriente eléctrica, la polaridad del campo magnético se invierte.

5 6) Un conductor rectilíneo transporta corriente eléctrica que entra perpendicularmente al plano de la hoja, por lo tanto, es correcto asegurar que el campo magnético, en S, asociado a este conductor tendrá el sentido y la dirección indicada en 7) Respecto al magnetismo se afirma que I) los campos magnéticos se generan por el movimiento de cargas eléctricas. II) III) en el interior de la materia hay microscópicos campos magnéticos o dipolos. no solo el hierro, sino que también el Níquel y el Cobalto pueden ser atraídos por un imán ya que tambien son materiales fácilmente magnetizables. Es(son) correcto(s) A) Sólo I B) Sólo II C) Sólo III D) Sólo I y II E) I, II y III 8) Un conjunto de espiras como se muestra en la figura constituyen una bobina. Al hacer circular corriente eléctrica por esta bobina es correcto asegurar que A) se crean campos magnéticos en distintas direcciones, que al sumarlos resulta cero. B) sólo habrá campo magnético fuera de la bobina. C) se crea un mayor campo magnético en el interior de la bobina. D) se crea un intenso campo magnético perpendicular a lo largo de la bobina. E) este elemento no es capaz de crear un campo magnético debido a su forma.

6 9) Las líneas de fuerza o de campo cumplen que A) son líneas abiertas. B) salen por el polo norte y se dirigen al polo sur y a veces es al revés. C) siempre son curvas. D) sirven para indicar la trayectoria de las cargas que quedan atrapadas en el campo. E) son cerradas. 10) Aplicaciones creadas gracias a la inducción electromagnética de Faraday son I) el motor eléctrico. II) III) el generador eléctrico. la plancha eléctrica. Es(son) correcta(s) A) Sólo I B) Sólo II C) Sólo III D) Sólo I y II E) I, II y III 11) Un conductor rectilíneo transporta corriente eléctrica con el sentido indicado por la flecha, ver figura, y es colocador en una región donde existe un campo eléctrico uniforme. La fuerza sobre este conductor debida al campo tendrá la dirección y sentido indicado en

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