El alumno comprende el fenómeno producido por los imanes, así como la importancia del estudio del magnetismo.

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1 El alumno comprende el fenómeno producido por los imanes, así como la importancia del estudio del magnetismo. UNIDAD III MAGNETISMO Se cuenta que hace unos dos mil años, unos pastores de Magnesia, en la actual Turquía, cuando conducían a sus corderos, a cierto pasto, sintieron fuerte atracción hacia el suelo debido a la punta metálica de su bastón y a los clavos de su calzado por lo que se les dificultó seguir caminando. Interesados por encontrar la causa, removieron la tierra y descubrieron una roca negra que presentaba la propiedad de atraer al hierro. Esta roca recibe actualmente el nombre de piedra imán o magnetita, químicamente es un mineral de óxido de fierro, cuya fórmula es Fe Oч. Más adelante, la gente descubrió que cuando un pedazo largo y delgado de la roca negra de magnesia se colgaba libremente de un hilo, dando varias vueltas hasta que se detenía y siempre era el mismo extremo al que apuntaba al polo norte geográfico y el otro al polo sur. Ello origino que lo usaran como brújula para orientarse durante sus largos viajes MAGNETISMO Es la propiedad que tienen los cuerpos llamados imanes de atraer al fierro, al níquel y al cobalto. 1

2 Tipos de Imanes Los imanes se clasifican en : Las ferromagnéticas Las paramagnéticas Las diamagnéticas Las ferromagnéticas: Imanes y polos magnéticos Se pueden convertir en imanes por inducción magnética, fuertemente atraídos por las zonas de campo magnético intenso. Se observa en fierro, níquel, cobalto y aleaciones. Las diamagnéticas: no se imantan en el sentido del campo. Son débilmente repelidos por las zonas de campo magnético elevado. Las paramagnéticas Se imantan muy débilmente sin convertirse en imanes, débilmente atraídos por las zonas de campo magnético intenso. Se observa frecuentemente en gases. 2

3 IMANES PERMANENTES Y TEMPORALES La mayoría de los imanes que se utilizan actualmente son artificiales, ello se debe a que se pueden fabricar con una mayor intensidad magnética que los naturales, además de tener mayor solidez y facilidad para ser moldeados según la forma que se necesite. No todos los metales pueden ser imantados y otros, aunque pueden adquirir esta propiedad se desimantan fácilmente, ya sea por efectos externos o en forma espontánea. Muchos imanes se fabrican con níquel y aluminio o de hierro con cromo, cobalto, tungsteno o molibdeno En la industria, una barra de metal se imanta al someterla a la acción de un campo magnético, producido por un solenoide en el que circula una corriente eléctrica. Si la barra es de hierro dulce, se imanta, pero la imantación cesa al momento de interrumpir la corriente, por lo que el imán recibe el nombre de temporal. Cuando la barra es de acero templado, adquiere una imantación que persiste aún después de que la corriente eléctrica se interrumpe por el solenoide, con lo cual se obtiene un imán permanente. Imanes y polos magnéticos La arcilla y las rocas contienen hierro en forma de minerales como la magnetita, cuando son calentadas y luego enfriadas en presencia de un campo externo, adquiera una magnetización remanente térmica que puede proporcionar información de la historia del campo de la tierra 3

4 CAMPO MAGNÉTICO Faraday considero útil el de imaginar que de un imán salían hilos o líneas que se esparcían y las llamo líneas de fuerza magnéticas Líneas de fuerza entre polos del mismo polo N N Espectro magnético de un imán en forma de barra DENSIDAD DE FLUJO MAGNETICO Una sola línea de fuerza equivalente a la unidad del flujo magnético ø en el C.G.S. y recibe el nombre de maxwell que es una unidad muy pequeña, en el S.I. se emplea una unidad mucho mayor llamada weber y cuya equivalencia es: 1 weber = 1x10*8 maxwells 1 maxwell = 1x10*-8 webers 4

5 Densidad de flujo magnético o inducción magnética B La densidad de flujo magnético en una región de un campo magnético equivale al número de líneas de fuerza ( o sea el flujo magnético) que atraviesan perpendicularmente a la unidad de área, y se expresa: Ø = BA Donde: B=densidad del flujo magnético en Wb/m² Ø=flujo magnético, en Wb A=área sobre la que actúa el flujo magnético en m² La unidad de densidad del flujo magnético en el S.I. es el Wb/m² que recibe el nombre de tesla (T), en honor del Físico yugoslavio Nicolás Tesla ( ). En el sistema C.G.S. la unidad usada es el maxwell/cm² que recibe el nombre de gauss (G) y cuya equivalencia con el tesla es la siguiente: 1Wb/m²=1T=1x10^4 maxwell/cm²=1x10^4 G Cuando el flujo magnético no penetra perpendicularmente a una área sino que lo hace con cierto ángulo, se usa: Ø=BA sen θ Θ= ángulo formado por el flujo magnético y la normal a la superficie Ejemplo: 1.- En una placa circular de 3 cm de radio, existe una densidad de flujo magnético de 2 T. Calcular el flujo magnético total a través de la placa, en webers y maxwell Resp x10^-4 Wb 56.52x10^4 maxwell 5

6 2.- Una espira de 15 cm de ancho por 25 cm de largo forma un ángulo de 27º con respecto al flujo magnético. Determinar el flujo magnético que penetra por la espira debido a un campo magnético cuya densidad de flujo es de 0.2 T Resp. 3.4x10*-3 Wb Intensidad de campo magnético PERMEABILIDAD MAGNÉTICA Es el fenómeno que se presenta en algunos materiales, como el hierro dulce, en los que las líneas de fuerza de un campo magnético pasan con mayor facilidad por el material de hierro que por el aire o el vacío Esto provoca que cuando un material permeable se coloca en un campo magnético, concentre un mayor número de líneas de flujo por unidad de área, lo que aumenta el valor de la densidad del flujo magnético. La permeabilidad magnética para diferentes medios se representa por la letra griega (mu)µ. La permeabilidad magnética del vacío µo tiene un valor en el S:I: de: Para fines prácticos la permeabilidad del aire se considera igual a la permeabilidad del vacío. La permeabilidad relativa de una sustancia se calcula con la expresión: r o 7 7 O 4 X 10 Wb/ Am 4 X 10 Tm/ A 6

7 Intensidad del campo magnético Para un medio dado, el vector intensidad del campo magnético es el cociente que resulta de la densidad del flujo magnético entre la permeabilidad magnética del medio: B = μ H B= densidad de flujo magnético en Teslas (T) H= intensidad del campo magnético para un medio dado en A/m µ= permeabilidad magnética del medio Tm/A Ej: Una barra de fierro cuya permeabilidad relativa es de se coloca en una región de un campo magnético en el cual la densidad del flujo magnético es de 0.8 teslas. Cuál es la intensidad del campo magnético originada por la permeabilidad del fierro? H=50.93A/m Una carga de 4µC se proyecta con una velocidad de 5x10*5 m/s y experimenta una fuerza de 6x10*-3 N Calcular B Una carga desconocida se proyecta con una velocidad de 4x10 5 m/s en un campo de 0.4 T. la fuerza de 5x10*-3 N hace que se mueva en círculo calcular el valor de dicha carga Una carga de 8nC se proyecta a 4x10*5m/s en un campo de 0.60T calcular la fuerza Calcular el campo magnético en el aire de un alambre de 6 cm de largo que conduce una corriente eléctrica de 9 A calcular cuantas vueltas tiene Un trozo de alambre de 24 cm de longitud forma un ángulo de 32 por encima de un campo horizontal de 0.44 T. Calcular la corriente necesaria para producir una fuerza de 4N. Cuál es la velocidad de los protones inyectados en un selector de velocidad si tiene un campo magnético de 0.25 T y una fuerza de 4x10*4 7