DEPTO. DE FISICA E QUIMICA.- I.E.S. DE AMES ELECTROMAGNETISMO

Transcripción

1 DEPTO. DE FISICA E QUIMICA. I.E.S. DE AMES ELECTROMAGNETISMO 1.INTRODUCCION CAMPOS DE FORZAS CENTRAIS. CARACTERISTICAS. Un tipo especial de forzas conservativas esta constituído polas forzas centrais, nas que as direccións pasan sempre por un punto fixo O (centro de forzas) e con magnitudes que son función da distancia a O. rot F = 0 F = F(r). n; n= vector unitario normal. Atracción : F(r) <0 Repulsión: F(r) >0 Momento angular: L= constante ( en módulo, dirección e sentido). MF= 0 (r e F paralelos) => dl/dt = 0 => L= cte. Traxectoria plana, no plano que contén ó centro de forzas. Si L = cte; r e v deben estar nun plano fixo perpendicular a L. ANALOXIAS CAMPO ELECTRICO/CAMPO GRAVITATORIO * Son campos conservativos: porque a forza central só depende de r. * Son campos centrais : porque a forza central está dirixida cara a carga ou masa que os crea. * A forza central é inversamente proporcional ó cuadrado da distancia: F = k. Q.q/r 2. DIFERENCIAS CAMPO ELECTRICO/CAMPO GRAVITATORIO CAMPO GRAVITATORIO Campo atractivo : F(r) <0 A masa so produce atracción G= 6, N.m 2 /kg 2 Universal Valor moi pequeno Campo Universal CAMPO ELECTRICO Campo atractivo F(r)<0 ou Repulsivo F(r) >0 Cargas do mesmo signo=> repulsión Cargas de distinto signo=> atracción k= 1 / 4 N.m 2 /C 2 Depende do medio (depende de ) Valor mais grande. No vacío Ke= N.m 2 /C 2 Depende da existencia da carga e depende o medio. É máis forte que o gravitatorio

2 DEPTO. DE FISICA E QUIMICA. I.E.S. DE AMES Unha masa en repouso ou en movemento só produce campo gravitatorio Unha carga en repouso produce campo eléctrico. Unha carga en movemento produce un campo eléctrico e un campo magnético asociado. 2. LEI DE COULOMB (Coulomb, 1871) " A forza de interacción entre dúas cargas eléctricas é directamente proporcional ó producto das cargas e inversamente proporcional ó cuadrado da distancia que as separa" F= k. Q.q /r 2. ur 3. INTENSIDADE DE CAMPO ELECTRICO É a forza referida a unidade de carga colocada nese punto. E= F/q = k. Q /r 2. ur CAM PO REPULSIVO CAM PO ATRACTIVO 4. ENERXIA POTENCIAL ELECTRICA Equivale o traballo necesario para trasladar unha carga dende o infinito ata o punto no que se atopa. E o traballo realizado pola forza central o trasladar o seu punto de aplicación dende o infinito, onde a forza é nula, ata dito punto. Ep= (EPB EPA) = F. dr = k. Q. q (1/rB 1/rA) EP= K. Q.q 1/rB Traballo realizado contra o campo: W<0 => Ep >0 No campo eléctrico, si o campo é atractivo, para levar unha carga ata o infinito, compre realizar un traballo contra as forzas do campo, que produce un incremento de enerxía potencial. Si o campo é repulsivo, compre realizar o traballo para levar a carga ata o infinito, que é realizado polas forzas do campo: W>0 => Ep < 0

3 DEPTO. DE FISICA E QUIMICA. I.E.S. DE AMES Ep= G Q.q/R REPULSION ATRACCION r Ep= 0 Ep= G Q.q/R POTENCIAL ELECTRICO: O Potencial representa a Enerxía potencial referida a unidade de carga. Equivale o traballo necesario para trasladar a unidade de carga positiva dende o infinito ata o punto no que se atopa. V= EP/q= K.Q. 1/rB Mídese en J/C= voltios. Si a carga Q é positiva, o potencial é positivo => Campo repulsivo. Si a carga Q é negativa, o potencial é negativo => Campo atractivo. V= G Q/R r V= 0 r V= 0 V= G Q/R RELACION ENTRE CAMPO E POTENCIAL Ep= F. dr => V= E. dr => dv= E. dr => E= dv/dr => E= grad V Si E= 0 => V= constante. 5. TEOREMA DE GAUSS FLUXO DE LIÑAS DE CAMPO LIÑAS DE CAMPO: representación gráfica, sin existencia real, dun campo de forzas. Indican a dirección e sentido da forza central. A intensidade de campo é tanxente a liña de campo en dito punto. O nº de liñas de campo que atravesan unha superficie é o FLUXO. Ø= E. s = E.s. cos Si o campo non é uniforme: Ø= E. ds Unidades : N.m 2 /C; Voltios.m. O fluxo é positivo si as liñas saen dunha superficie pechada (fonte de liñas de campo). O fluxo é negativo si as liñas entran nunha superficie pechada (sumidoiro). FLUXO DUNHA CARGA PUNTUAL: Ø= Q/ 0 TEOREMA DE GAUSS O Fluxo total dun campo eléctrico a través dunha superficie pechada é igual a Q/ 0

4 DEPTO. DE FISICA E QUIMICA. I.E.S. DE AMES APLICACIONS 1. Campo creado por unha esfera conductora uniformemente cargada: a/ No interior: E= 0 b/ No exterior: E=(1/4 ). Q/r 2 2. Campo creado por un plano infinito uniformemente cargado: E= /2 3. Campo creado por un fio infinito uniformemente cargado: E = /2 r 4. Campo creado por unha esfera maciza dieléctrica uniformemente cargada: a/ No interior: E= (1/4 )Q.r /R 3 b/ No exterior: E=(1/4 ). Q/r 2 5. Teorema de Coulomb. Campo eléctrico nun punto próximo á superficie dun conductor cargado en equilibrio: E= / Efecto das puntas: elevado valor de eléctrico. en conductores non esféricos. Explicación do vento 6. CONDENSADORES CARGAS INDUCIDAS SOBRE UN DIELECTRICO Aparecen no conductor metálico por elfecto da inducción electrostática ou influencia. Influencia total: a carga inducida sobre un corpo é igual pero de sentido contrario a do corpo inductor. CARGAS INDUCIDAS SOBRE UN DIELECTRICO. POLARIZACION. * En moléculas polares: En presencia de E os dipolos orientanse. O campo no interior do dipolo non se anula (como nos conductores), pero debilitase, debido a que as cargas de polarización crean un campo de sentido contrario ó das láminas, pero de menor intensidade. * En moléculas apolares: prodúcese a polarización do dieléctrico, orientandose a continuación polas forzas do campo eléctrico. ET= E0 E0/ r CAPACIDADE DUN CONDUCTOR: C= Q/V Unidade: Faradio CAPACIDADE DUN CONDUCTOR ESFERICO: C= 4.r CONDENSADOR: Sistema formado por 2 conductores (armaduras), moi proximos entre sí, separados por un dieléctrico e cargados con cargas iguais, pero de distinto signo. Entre as láminas hai influencia total. O dieléctrico aumenta a capacidade xa que ó debilitarse o campo, disminue tamen VAB. Tensión de ruptura: producese cando o aumentar excesivamente VAB=> aumenta o campo electrico entre armaduras => podese provocar a liberación de electróns no dieléctrico => producense descargas eléctricas e a perforación do dieléctrico.

5 DEPTO. DE FISICA E QUIMICA. I.E.S. DE AMES CAPACIDADE DUN CONDENSADOR PLANO: C=.s/d ENERXIA DUN CONDENSADOR CARGADO: E= 1/2 Q 2 /C = 1/2 Q.V= 1/2 C.V 2 ASOCIACION DE CONDENSADORES a/ En serie: 1/Ce= 1/C1 1/C2... 1/Cn b/ En Paralelo: Ce= C1 C2... Cn

6 DEPTO. DE FISICA E QUIMICA. I.E.S. DE AMES 1.INDRODUCCION O Electromagnetismo e a relación entre o campo magnética e a corrente eléctrica. Oersted, 1820: As correntes elécticas producen campos magnéticos. Faraday, 1832: Un campo magnético variable orixina corrente eléctrica. "As cargas eléctricas en movemento producen forzas magnéticas". 2. CONCEPTOS FUNDAMENTAIS DO CAMPO MAGNETICO MAGNETISMO : Propiedade característica dos imáns. Todo imán presenta dous polos (NorteSur) e unha zona neutra onde non hai atraccións e repulsións. CAMPO MAGNETICO (B): Rexión do espacio na que se poñen de manifesto forzas magnéticas. N S As liñas de forza saen do Norte (Fonte) e entran no Sur (Sumidoiro) Son liñas pechadas debido a imposibilidade de separalos polos. O Nxeográfico está preto do S Magnético. Inversión xeolóxica dos polos ( anos). As liñas de forza producidas por unha correcte rectilínea son circunferencias onde o conductor está no centro. OERSTED/ FARADAY/ AMPERE * Cargas eléctricas en movemento producen unha interacción electromagnética. * Toda carga eléctrica en movemento produce un c. magnético que actúa sobre outra carga, únicamente si esta se atopa en movemento. * Nun punto existe un campo magnético si unha carga móvil colocada nel experimenta unha forza. * As propiedades magnéticas son consecuencia das cargas móveis. * Cúmprese o principio de superposición de campos. 3. CAMPO MAGNETICO CREADO POR UNHA CORRENTE RECTILINEA INDEFINIDA. CAMPO CREADO POR UNHA CARGA MOVIL: LEI DE BIOT SAVART B= ( o/4 ) q.v. sen / r 2 O campo magnético non é radial (depende da distancia e do ángulo formado) CAMPO CREADO POR UN ELEMENTO DE CORRENTE db= ( o/4 ) I.(dl x er)/ r 2 Módulo: db= ( o/4 ) I.dl. sen / r 2 Dirección e sentido: regla da man dereita (Producto vectorial)

7 DEPTO. DE FISICA E QUIMICA. I.E.S. DE AMES CAMPO CREADO POR UN CONDUCTOR RECTILINEO INDEFINIDO: B= ( o/2 )I/d CAMPO CREADO POR UNHA CORRENTE CIRCULAR: B= ( o/2)i/r 4. ACCION DO CAMPO MAGNETICO SOBRE UNHA CARGA MOVIL E SOBRE UNHA CORRENTE. ACCION DE B SOBRE UNHA CARGA MOVIL: LEI DE LORENTZ F= q (v x B) F B v Módulo: F= q.v. B. sen Dirección e sentido: Regla da man esquerda. APLICACIONS: Cálculo de B(Intensidade de c. magnético); B= F/q.v Unidades de B: Tesla (T) ou Weber/m 2 (Wb/m 2 ) Fluxo magnético: = B.s. cos. Partícula eléctrica que penetra perpendicular a B => Movemento circular: R= m.v./q.b ; T= 2.m/q.B => CICLOTRON ACCION DE B SOBRE UN CIRCUITO PLANO: F= I (l x B) 5. FORZAS ENTRE CORRENTES PARALELAS. Dous conductores paralelos e indefinidos polos que circulan correntes no mesmo sentido, atraense. Dous conductores polos que circulan correntes en sentido contrario, repelense. I1 I2 F1 F2 B1 B2 F1= B2. I1. l = ( o/2 )I2. I1. l / d

8 DEPTO. DE FISICA E QUIMICA. I.E.S. DE AMES Definición de AMPERIO: Corrente que circulando por dous conductores paralelos e indefinidos, separados unha distancia de 1 m., no vacío, produce sobre cada conductor unha forza de N por metro de lonxitude de conductor. 6. CARACTER NON CONSERVATIVO DO CAMPO MAGNETICO. LEI DE AMPERE. Lei de Ampere : A circulación do ampo magnético a través dunha liña pechada depende da intensidade da corrente e do medio. B. dl = 0. I APLICACION: Campo magnético creado por un solenoide B = o N. I / l

9 DEPTO. DE FISICA E QUIMICA. I.E.S. DE AMES " A variación dun campo magnético pode producir unha corrente eléctrica" 1. EXPERIENCIAS DE FARADAY. (1832) " Toda variacion de fluxo magnetico que atravesa un circuito pechado produce nel unha corrente inducida" a/ ESPIRA: Características da corrente inducida: N S N S G G Aparece si hai movemento relativo espiraimán. Cesa ó cesar o movemento. Debe orixinarse por unha f.e.m. inducida A f.e.m inducida aparece cando varía a intensidade do campo magnético na espira. Cambia de polaridade ó invertilo sentido do movemento. Nas correntes inducidas hai dous elementos: INDUCTOR (imán) e INDUCIDO (espira). b/ BOBINA DE N ESPIRAS: A corrente inducida é máis intensa => A f.e.m. inducida debe ser directamente proporcional ó nº de espiras. c/ ELECTROIMAN (BOBINA CON XERADOR DE CORRENTE): Inductor: Circuito primario: Campo magnético variable producido por unha intensidade de corrente variable. Inducido: Circuito secundario: " Calqueira variación de corrente no circuito primario orixina unha f.e.m. inducida no secundario. CONSECUENCIA: A variación do fluxo magnético é a causa das correntes inducidas. = B. s = B. s. cos =>Variación de B, s ó => Corrente inducida

10 DEPTO. DE FISICA E QUIMICA. I.E.S. DE AMES 2. LEIS DE FARADAY E LENZ. A inducción electromagnética fundase en 2 principios fundamentais: Toda produce unha corrente inducida. A corrente inducida é instantánea. LEI DE LENZ : "O fluxo producido pola corrente inducia oponse a variación do fluxo inductor" P. de acción e reacción: o sentido da corrente inducida é tal que tende a oporse a causa que o orixina. LEI DE FARADAY: " A corrente inducida é producida por unha f.e.m. inducida que é directamente proporcional á rapidez con que varía o fluxo magnético e directamente proporcional ó nº de espiras do inducido. = N. d / dt 3. FUNDAMENTOS DA CORRENTE ALTERNA. Aplicación da inducción electromagnética: Obtención industrial de Corrente eléctrica. N s S B.S. cos 0 B.S. cos 90 B.S. cos 180 B.S. cos 270 B.S. cos 0 B. S t = B. S. cos = B. S. cos t ==> = d /dt= B. S.. sen t Para N espiras: = N. B. S.. sen t = m. sen t V= Vm. sen t = Vm. sen t A f.e.m. ALTERNA é sinusoidal, é periódica e cambia alternativamente de polaridade => CORRENTE

11 DEPTO. DE FISICA E QUIMICA. I.E.S. DE AMES 4. AUTOINDUCCION. INDUCCION MUTUA. En todo circuito polo que circula unha corrente variable indúcese unha f.e.m debida á variación do seu propio campo magnético. Esta f.e.m. chámase AUTOINDUCIDA. Inductor e inducido son o mesmo. Correntes autoinducidas : Son correntes inducidas nun circuito ó variala intensidade de corrente que circula por él.(contracorrente: ó abrilo circuito e Extracorrente: ó pechalo circuito). F.E.M. AUTOINDUCIDA: varición de I => variación de B => variación de no circuito => orixinase unha f.e.m. autoinducida que se opón a causa que o produce. Nuha autoinducción: d /dt = k. di/dt ; = N. d /dt = k. N. di/dt = L. di/dt L = Coeficiente de autoinducción.unidades S.I. Henrio (H) = L. di/dt => N. = L. I => L = N. / I = N. B. S /I = N 2.. S /l ENERXIA ALMACENADA NUNHA AUTOINDUCCION: E = 1/2. L. I 2 INDUCCION MUTUA: Aparición dunha f.e.m. inducida nun circuito cando se produce unha variación de corrente noutro circuito próximo. Ó modificala corrente que pasa por un circuito PRIMARIO, variará o seu campo magnético e, en consecuencia, tamén variará o fluxo no SECUNDARIO, que a súa vez terá unha corrente que producirá un fluxo que atravesará o circuito primario. TRANSFORMADORES: baseados na inducción mutua entre dúas bobinas. P= NP. d /dt ; S= NS. d /dt => P/ S =Ns/NP (Reductor: P> S; Elevador : P< S)