Slide 1 / 49. Magnetismo

Transcripción

1 Slide 1 / 49 Magnetismo

2 Slide 2 / 49 Materiales Magnéticos Muy pocos materiales exhiben un fuerte magnetismo. Estos materiales se llaman ferromagnéticos. Los ejemplos incluyen hierro, cobalto, níquel y gadolinio.

3 Slide 3 / 49 Imanes Los imanes tienen dos extremos - polos - llamado norte y sur. Polos iguales se repelen; polos opuestos se atraen. Esta atracción o repulsión es la fuerza magnética. Estos son ejemplos de imanes de barra.

4 Slide 4 / 49 Los polos magnéticos Puesto que los imanes tienen dos polos se dice que son dipolos. Ningún imán con un monopolo se ha encontrado, por lo tanto, cuando un imán se corta a la mitad, los dos derivados imanes tienen dos polos.

5 Slide 5 / 49 Los campos magnéticos Los campos magnéticos pueden ser visualizados usando las líneas de campo magnético, que son siempre lazos cerrados. Los campos magnéticos son siempre dibujados saliendo del polo norte y entrando al polo sur. La mas cantidad de líneas por unidad área, mas fuerte será el campo.

6 Slide 6 / 49 Campo magnético de la Tierra El campo magnético de la Tierra es similar al de un imán de barra. Tenga en cuenta dos cosas: Tenga en cuenta que el "polo norte" de la Tierra es en realidad el sur polo magnético ya que el norte extremo de los imanes son atraídos a el. Polo Geográfico Norte ("norte verdadero") Brújula Eje de rotación Declinación Polo Magnético Los polos de la Tierra no se encuentran a lo largo del eje de rotación Polo Magnético Polo Geográfico Sur

7 Slide 7 / 49 Campos Magnéticos Uniforme Un campo magnético uniforme es constante en magnitud y dirección Cómo podemos crear un campo magnético uniforme? La alineación de opuestos polos de dos imanes de barra crea un campo que casi es uniforme. Cual áreas del diagrama no son uniformes?

8 Slide 8 / 49 Definición de B El campo magnético se expresa como B. El campo es un vector y tiene una magnitud y dirección. A menudo, el campo magnético se conoce como "campo-b" La unidad de B es el tesla, T. 1 T = 1 N A m Otra unidad que a veces se usa: el gauss (G). 1 G = 10-4 T Para tener una perspectiva, el campo magnético débil de la Tierra en su superficie es alrededor de 0,5x10-4 T o simplemente 0,5G.

9 Slide 9 / 49 Las corrientes eléctricas producen campos magnéticos Experimentos muestran que una corriente eléctrica produce un campo magnético.

10 Slide 10 / 49 Las corrientes eléctricas producen campos magnéticos La dirección del campo es dada por la regla de la mano derecha. Campo-B moviéndose afuera Campo-B moviéndose adentro Primero, orienta el pulgar de la mano derecha en la dirección de la corriente... Luego envuelve los dedos en la dirección del campo- B.

11 Slide 11 / 49 Dirección de los Campos Magnéticos Porque necesitamos tres dimensiones para describir un campo magnético y nuestro papel es esencialmente de dos dimensiones, tenemos que representar la tercera dimensión de alguna manera. Tenemos: izquierda / derecha: Arriba / Abajo: Cuál es la tercera dimensión?

12 Slide 12 / 49 Los Campos Magnéticos Imagina la línea de campo como una flecha. La punta de la flecha es la dirección del campo. Si el campo magnético es dirigido hacia dentro del papel, podrás ver la cola de la flecha. Si el campo magnético es dirigido hacia fuera del papel, podrás ver el frente de la flecha.

13 Slide 13 / 49 1 Cuál diagrama muestra correctamente el campo magnético (rojo) en torno a un alambre (azul) que lleva una corriente? A C B D

14 Slide 14 / 49 2 Cuál diagrama correctamente muestra el campo magnético (rojo) en torno a un cable(azul) que lleva una corriente? A C B D

15 Slide 15 / 49 3 Cuál diagrama correctamente muestra el campo magnético (negro) alrededor de un alambre (rojo) que lleva una corriente? A B C D

16 Slide 16 / 49 4 Cuál diagrama correctamente muestra el campo magnético dentro y fuera del alambre de lazo que lleva una corriente? A x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x C x x..... x x x..... x x B x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x D

17 Slide 17 / 49 5 Cuál diagrama correctamente muestra el campo magnético en torno a un alambre que lleva una corriente? A B. C D E

18 Slide 18 / 49 6 Cuál diagrama correctamente muestra el campo magnético en torno a un alambre que lleva una corriente? A B C D

19 Slide 19 / 49 Fuerza sobre una corriente eléctrica en un campo magnético, la definición de B Un imán ejerce una fuerza sobre un alambre de corriente. La dirección de la fuerza está dada por otra diferente regla de mano-derecho, vamos a llamar esto la regla del brazo-derecho para evitar confusión. Fuerza arriba Fuerza abajo Regla del Brazo Derecho

20 Slide 20 / 49 Fuerza sobre una corriente eléctrica en un campo magnético, la definición de B La fuerza en un cable depende de la corriente, la longitud del cable, el campo magnético, y su orientación. F B = I L B sin # Esta ecuación define el campo magnético, B. I es la corriente L es la longitud del cable B es el campo magnético

21 Slide 21 / 49 Fuerza sobre una corriente eléctrica en un campo magnético, la definición de B Como se puede ver en la ecuación, la fuerza magnética depende del ángulo entre el campo magnético y la corriente. F B = I L B sin # La fuerza es mayor cuando el campo magnético es perpendicular al corriente y cero cuando es paralelo al corriente.

22 Slide 22 / 49 7 Un cable transporta una corriente de 2A en una dirección perpendicular a un campo magnético de 0,3T. Cual es la magnitud de la fuerza magnética que actúa sobre el cable de 0,5 m? A B C D E 0,8 N 0,5 N 0,3 N 0,1 N 1,23 N

23 Slide 23 / 49 8 Un campo magnético uniforme ejerce una fuerza máxima de 20mN a un cable de 0,25m de largo, con una corriente de 2A. Cuál es la magnitud del campo magnético? A B C D E 0,1 T 0,2 T 0,3 T 0,4 T 0,5 T

24 Slide 24 / 49 9 A fuerza de 0,05 N actúa sobre un alambre de 10 cm como resultado que se encuentra en un campo magnético de 0,3 T, orientado perpendicularmente. Cuál es la corriente eléctrica a través del cable? A B C D E 1,67 A 1,25 A 2,13 A 3,95 A 3,32 A

25 Slide 25 / 49 Fuerza sobre una corriente eléctrica en un campo magnético, la definición de B Para asegurarnos de que tenemos la dirección correcta para B, utilizamos la regla del brazoderecho: Orienta el brazo en la dirección de la corriente. Rota la muñeca hasta que el pulgar se encuentra en la dirección de la fuerza. Dobla los dedos a 90 o para la dirección del campo magnético. Los tres vectores ahora son perpendiculares

26 Slide 26 / Cuál es la dirección de la fuerza sobre el cable con corriente (Verde) en el campo magnético (rojo)? A B C D E F G Cero

31 Slide 31 / 49 Fuerza sobre una carga eléctrica en movimiento en un campo magnético La fuerza sobre una carga en movimiento está relacionada con la fuerza sobre una corriente: F = qvb sin # Una vez más, la dirección está dada por la regla del brazoderecho. Corriente Campo Fuerza

32 Slide 32 / 49 Fuerza sobre una carga en movimiento B v (velocidad) v (velocidad)

33 Slide 33 / 49 F Fuerza sobre una carga en movimiento F B v (velocidad) v (velocidad) F Para las carga negativas, la fuerza es la dirección opuesta.

34 Slide 34 / Un electrón siente una fuerza hacia arriba máxima de 2,8x10 12 N cuando se está moviendo a una velocidad de 5,1x10 6 m/s hacia el norte. Cuál es la dirección y la magnitud del campo magnético? A B C D E 3,43 N oeste 3,43 N este 4,74 N oeste 4,74 N este 6,56 N oeste

35 Slide 35 / Cuál es la dirección de la fuerza sobre el protón que se muestra a continuación? A B C D v E F G Cero

36 Slide 36 / Cuál es la dirección de la fuerza sobre el protón que se muestra a continuación? A B C D v E F G Cero

37 Slide 37 / Cuál es la dirección de la fuerza sobre el electrón que se muestra a continuación? A B C D v E F G Cero

38 Slide 38 / Cuál es la dirección de la fuerza sobre el electrón que se muestra a continuación? A B C D v E F G Cero

39 Slide 39 / 49 Fuerza sobre una carga eléctrica en movimiento en un Campo magnético Si una partícula cargada se mueve perpendicular al campo magnético uniforme, su trayectoria será un círculo. B se dirige dentro del papel Trayectoria del Electrón

40 Slide 40 / 49 Campo magnético debido a un alambre recto Recordando nuestra alambre que lleva corriente, es obvio que el campo es inversamente proporcional a la distancia del cable: La constante μ 0 se llama la permeabilidad del espacio libre, y tiene el valor: μ 0 = 2 x10-7 Tm / A 2#

41 Slide 41 / Un alambre largo y recto lleva una corriente de 12 A hacia el oeste. Cuál es la dirección y magnitud del campo magnético 10cm al sur del alambre? A B C D E 1,2 x 10-5 T fuera de la página 2,4 x 10-5 T dentro de la página 2,4 x 10-5 T fuera de la página 2,9 x T dentro de la página 2,9 x 10-5 T dentro de la página

42 Slide 42 / Un alambre largo y recto lleva una corriente de 30 A hacia el oeste. Cuál es la dirección y magnitud del campo magnético 5m al sur del alambre? A B C D E 1 x 10-6 T dentro de la página 1 x 10-6 T fuera de la página 2,5 x 10-6 T dentro de la página 2,5 x 10-6 T fuera de la página 3 x 10-6 T fuera de la página

43 Slide 43 / 49 La fuerza entre dos alambres paralelos Dos cables que llevan corriente interactuan entre ellos. El campo magnético producido sobre la posición del alambre 2 debido a la corriente en el alambre 1 es: La fuerza de este campo que ejerce sobre una longitud l 2 del alambre 2 es la siguiente:

44 Slide 44 / 49 La fuerza entre dos alambres paralelos Corrientes paralelas en la misma dirección se atraen. Corrientes paralelas en opuesta dirección se repelan.

45 Slide 45 / Cuál es la magnitud y la dirección de la fuerza magnética entre dos alambres paralelos, de 5m de largo y 2 cm de distancia, si cada uno lleva una corriente de 15 A en direcciones opuestas? A B C D E 1,1 x 10-2 F hacia el uno al otro 1,1 x 10-2 F de lejos del uno al otro 1,8 x 10-2 F hacia el uno al otro 1,8 x 10-2 F de lejos del uno al otro 2,6 x 10-2 F hacia el uno al otro

46 Slide 46 / 49 Espectrómetros de Masas Todos los átomos que pasan a través de la segunda rendija tendrán la misma velocidad. F E F B F E = F B qe = qvb E = vb Causado por

47 Slide 47 / 49 Espectrómetro de Masas Los átomos que alcanzan el segundo campo magnético tendrán la misma velocidad, su radio de curvatura dependerá de su masa. F B = ma qvb = mv 2 r qb = mv r qbr = me B m = qrb 2 E Detecta Atomos

48 Resumen Slide 48 / 49 Los imanes tienen polos de norte y sur Los polos iguales se repelen, los diferentes se atraen Unidad del campo magnético: Tesla Las corrientes eléctricas producen campos magnéticos Un campo magnético ejerce una fuerza sobre una corriente eléctrica: F = ILB perpendicular Un campo magnético ejerce una fuerza sobre una carga en movimiento: F = qvb perpendicular Magnitud del campo de un largo y recto alambre con corriente : Corrientes en paralela se atraen; corrientes antiparalela se repelan

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