Slide 1 / 90. Magnetismo

Transcripción

1 Slide 1 / 90 Magnetismo

2 Slide 2 / 90 Material Magnético Muy pocos materiales ehiben un fuerte magnetismo Estos materiales se llaman ferromagnéticos Algunos ejemplos son el hierro, cobalto, níquel, y gadolinio

3 Slide 3 / 90 Imanes Los imanes tienen dos terminaciones (polos) llamados norte y sur Polos iguales se repelen; polos opuestos se atraen Esta atracción o repulsión es la fuerza magnética Se repelen Se repelen Se atraen Estos son ejemplos de barras de imanes

4 Slide 4 / 90 Polos Magnéticos Como los imanes tienen dos polos, se dice que son dipolos Nunca se ha encontrado un imán monopolo, entonces, cuando se corta un imán a la mitad, los dos imanes resultantes tienen dos polos

5 Slide 5 / 90 Campos Magnéticos Los campos magnéticos pueden visualizarse usando líneas de fuerza del campo magnético, que son siempre curvas cerradas Los campos magnéticos se dibujan partiendo desde el polo norte y dirigidas hacia el polo sur Mientras más líneas haya por unidad de área, más fuerte será el campo

6 Slide 6 / 90 EL campo magnético de la Tierra El campo magnético de la Tierra es similar al de un imán Observa dos cosas: El polo "Polo Norte" de la Tierra es en realidad el polo magnético sur ya que los etremos norte de un imán son atraídos a él Los polos de la Tierra no están ubicados en el eje de rotación

7 Slide 7 / 90 Campos magnéticos uniformes Un campo magnético uniforme es constante en magnitud y dirección Cómo podemos crear un campo magnético uniforme? Alinear los polos opuestos de dos barras magnéticas creará un campo que es casi uniforme Qué áreas en el diagrama no son uniformes?

8 Slide 8 / 90 Definición de B EL campo magnético generalmente se epresa como B El campo es un vector y tiene magnitud y dirección Frecuentemente, nos referiremos al campo magnético como "campo-b" La unidad de B es el tesla, T 1T= 1 N Am Otra unidad que se usa a veces es el gauss (G) 1 G = 10-4 T Para tener más perspectiva, el campo magnético débil de la Tierra en su superficie es aproimadamente 0, T o simplemente 0,5 G

9 Slide 9 / 90 Las corrientes eléctricas producen campos magnéticos El eperimento muestra que una corriente eléctrica produce un campo magnético

10 Slide 10 / 90 Las corrientes eléctricas producen campos magnéticos La dirección del campo está dada por la regla de la mano derecha Primero, orienta el pulgar de tu mano derecha en la dirección de la corriente Luego presiona tus dedos en la dirección del campo B

11 Slide 11 / 90 Dirección de los campos magnéticos Ya que necesitamos tres dimensiones para describir el campo magnético y nuestro papel es esencialmente bidimensional, necesitamos de alguna manera representar la tercera dimensión Tenemos izquierda / derecha: Arriba / abajo : Cuál es la tercera dimensión?

12 Slide 12 / 90 Campos magnéticos Dibuja la línea de fuerza del campo como una flecha La punta de la flecha es en la dirección del campo Si el campo magnético es en la hoja, verás la cola de la flecha Si el campo magnético está fuera de la hoja, verás el frente de la flecha

13 Slide 13 / 90 1 Qué diagrama muestra correctamente el campo magnético (en rojo) alrededor de un cable con corriente (en azul)? D

14 Slide 14 / 90 2 Qué diagrama muestra correctamente el campo magnético (en rojo) alrededor de un cable con corriente (en azul)? C

15 Slide 15 / 90 3 Qué diagrama muestra correctamente el campo magnético (en negro) alrededor de un cable con corriente (en rojo)? B

16 Slide 16 / 90 4 Qué diagrama muestra correctamente el campo magnético dentro y fuera de un círculo de un cable con corriente? B

17 Slide 17 / 90 5 Qué diagrama muestra correctamente el campo magnético alrededor de un cable con corriente? B

18 Slide 18 / 90 6 Qué diagrama muestra correctamente el campo magnético alrededor de un cable con corriente? C

19 Slide 19 / 90 7 Qué diagrama muestra el campo magnético dentro y fuera de un círculo de un cable con corriente? B

20 B 8 Qué diagrama muestra correctamente el campo magnético alrededor de un cable con corriente? Slide 20 / 90

21 Slide 21 / 90 Fuerza sobre una corriente eléctrica en un campo magnético - Definición de B Un imán ejerce una fuerza sobre un cable cargado con corriente eléctrica La dirección de la fuerza está dada por otra regla diferente de la mano derecha La llamaremos regla del brazo derecho para evitar confusión

22 Slide 22 / 90 Fuerza sobre una corriente eléctrica en un campo magnético - Definición de B La fuerza en el cable depende de la corriente, el largo del cable, el campo magnético y su orientación FB = I L Bperpendicular Esta ecuación define el campo magnético, B I es la corriente L es el largo del cable B es el campo magnético (perpendicular tanto a la fuerza como a la corriente)

23 Slide 23 / 90 9 Un cable carga una corriente de 2 A en dirección perpendicular a un campo magnético de 0,3 T Cuál es la magnitud de la fuerza magnética que actúa sobre el cable de 0,5 m de largo? Los estudiantes escriben su respuesta aquí FB = ILBperpendicular Respuesta FB = (2 A) (0,3 T) (0,5 m) = 0,3 N

24 Slide 24 / Un campo magnético uniforme ejerce una fuerza máima de 20 N en un cable de 0,25 de largo que carga una corriente de 2 A Cuál es la fuerza del campo magnético? Los estudiantes escriben su respuesta aquí Respuesta (0,2 5 m) 0,0 4 T

25 Slide 25 / Una fuerza de 0,05 N actúa sobre un cable de 10 cm como resultado de estar ubicado en un campo magnético de 0,03 T orientado perpendicularmente Cuál es la corriente eléctrica en el cable? Los estudiantes escriben su respuesta aquí Respuesta 0,0 5 N (0,1 m)(0,3 T) 1,6 7 A

26 Slide 26 / 90 Fuerza sobre una corriente eléctrica en un campo magnético - Definición de B Para asegurarnos de que tenemos la dirección correcta para B, usamos la regla del brazo derecho: Orienta tu brazo en la dirección de la corriente Gira tu muñeca hasta que tu pulgar está en la dirección de la fuerza Dobla tus dedos 90o para la dirección del campo magnético Los tres vectores son ahora perpendiculares

27 Slide 27 / Cuál es la dirección de la fuerza en el cable de corriente (verde) en el campo magnético (rojo)? cero B

29 Slide 29 / Cuál es la dirección de la fuerza en el cable de corriente (verde) en el campo magnético (rojo)? cero A

30 Slide 30 / Cuál es la dirección de la fuerza en el cable de corriente (verde) en el campo magnético (rojo)? cero G

31 Slide 31 / Cuál es la dirección de la fuerza en el cable de corriente (verde) en el campo magnético (rojo)? cero F

33 Slide 33 / Cuál es la dirección de la fuerza en el cable de corriente (verde) en el campo magnético (rojo)? cero E

34 Slide 34 / Cuál es la dirección de la fuerza en el cable de corriente (verde) en el campo magnético (rojo)? cero C

37 Slide 37 / Cuál es la dirección de la fuerza en el cable de corriente (verde) en el campo magnético (rojo)? cero D

65 Slide 65 / 90 Fuerza en una carga eléctrica moviéndose en un campo magnético La fuerza en una carga móvil está relacionada con la fuerza en la corriente: F = qvbperpendicular Una vez más, la dirección está dada por la regla del brazo derecho

66 Slide 66 / 90 Fuerza en una carga móvil v (velocidad) B v (velocidad)

67 Slide 67 / 90 F Fuerza en una carga móvil F (velocidad) v (velocity) B v(velocidad) (velocity) F Para una carga negativa, hay que negar la fuerza

68 Slide 68 / Un protón moviéndose a una velocidad de m/s horizontalmente hacia la derecha entra en un campo magnético uniforme de 0,05 T que está dirigido verticalmente hacia abajo Halla la dirección y magnitud de la fuerza magnética del protón Los estudiantes escriben su respuesta aquí - 9 C) ( m/ s) ( 0,0 5 T) (1,6 1 0Respuesta N dirigida hacia la hoja

69 Slide 69 / Un electrón eperimenta una fuerza máima hacia arroba de 2, N cuando se mueve a una velocidad de 5,1106 m/s hacia el norte Cuál es la dirección y magnitud del campo magnético? Los estudiantes escriben su respuesta aquí Respuesta 2, N (1, C) (5, m/ s) 3,4 3 T dirigido hacia el este

70 Slide 70 / Cuál es la dirección de la fuerza en el protón que se muestra abajo? v C

71 Slide 71 / Cuál es la dirección de la fuerza en el protón que se muestra abajo? v D

72 Slide 72 / Cuál es la dirección de la fuerza en el electrón que se muestra abajo? v A

73 Slide 73 / Cuál es la dirección de la fuerza en el electrón que se muestra abajo? v G

74 Slide 74 / Cuál es la dirección de la fuerza en el electrón que se muestra abajo? v B

75 Slide 75 / Cuál es la dirección de la fuerza en el electrón que se muestra abajo? v D

76 Slide 76 / 90 Fuerza en una carga eléctrica moviéndose en un campo magnético Si una partícula cargada se mueve de forma perpendicular a un campo magnético uniforme, su trayectoria será un círculo está en la imagen trayectoria del electrón

77 Slide 77 / 90 Campo magnético debido a un cable derecho largo Recordando nuestro cable de corriente, es obvio que el campo es inversamente proporcional a la distancia desde el cable: La constante μ0 se llama permeabilidad del espacio libre y tiene valor: μ0 = Tm/A 2π

78 Slide 78 / Cuál es el campo magnético en un punto a 0,5 m alejado de un cable que carga una corriente de 40 A? Los estudiantes escriben su respuesta aquí Respuesta 0,5 m 1, T

79 Slide 79 / Un cable largo y derecho carga una corriente de 12 A hacia el oeste Cuál es la dirección y la magnitud del campo magnético a 10 cm al sur del cable? Los estudiantes escriben su respuesta aquí Respuesta 0,1 m 2, T dirigida fuera de la hoja

80 Slide 80 / Un cable derecho con una corriente de 50 A está orientado verticalmente Cuál es el campo magnético en un punto a 2 m del cable? Los estudiantes escriben su respuesta aquí Respuesta

81 Slide 81 / Un cable derecho carga una corriente de 30 A hacia el oeste Cuál es la dirección y la magnitud del campo magnético a 5 m al sur del cable? Los estudiantes escriben su respuesta aquí Respuesta 1, T dirigida fuera de la hoja

82 Slide 82 / 90 REALIZA AHORA: Halla la dirección y magnitud de la fuerza en un cable como el de abajo si es de 0,5 m de largo, carga una corriente de 50 A y está pasando por un campo magnético de 4 T B I Respuesta (5 0 A) (0,5 m) (4 T) N dirigida hacia arriba

83 Slide 83 / 90 Fuerza entre dos cables paralelos Dos cables cargando corriente van a interactuar entre ellos El campo magnético producido en la posición del cable 2 debido a la corriente del cable 1 es: La fuerza que ejerce este campo en un largo l2 del cable 2 es: Cable A Cable B

84 Slide 84 / 90 Fuerza entre dos cables paralelos Las corrientes paralelas en la misma dirección se atraen Las corrientes paralelas en dirección opuesta se repelen

85 Slide 85 / Cuál es la magnitud y la dirección de la fuerza magnética entre dos cables parelelos, de 5 m de largo y a 2 cm de distancia, si cada cable lleva una corriente de 15 A en direcciones opuestas? Los estudiantes escriben su respuesta aquí Respuesta 0,0 2 m 1, N se repelen

86 Slide 86 / Dos cables paralelos y con corrientes opuestas, de 5,8 A y 3,2 A, están separados por una distancia de 12 cm El largo de los cables es de 9,6 m Cuál es la magnitud y la dirección de la fuerza entre los cables? Los estudiantes escriben su respuesta aquí Respuesta (5,8 A)(3,2 A) (9,6 m) 0,1 2 m 2, N se repelen

87 Slide 87 / Cuál es la magnitud y la dirección de la fuerza magnética entre dos cables paralelos, de 0,5 m de largo y separados por 1 cm, si cada uno carga una corriente de 0,25 A en la misma dirección? Los estudiantes escriben su respuesta aquí Respuesta (0,2 5 A)(0,2 5 A) (0,5 m) 0,0 1 m 6, N se repelen

88 Slide 88 / 90 Espectrómetro de masas Todos los átomos que pasan por la segunda hendidura tendrán la misma velocidad FE FB FE = FB qe = qvb E = vb causado por

89 Slide 89 / 90 Espectrómetro de masas Los átomos que alcanzan el segundo campo magnético tendrán la misma velocidad; sus radios de curvatura dependerán de sus masas FB = ma qvb = mv2 r qb = mv r qbr = me B m = qrb2 E detecta el átomo

90 Slide 90 / 90 Resumen Los imanes tiene un polo norte y un polo sur Polos iguales se repelen; polos opuestos se atraen Unidad del campo magnético: Tesla Las corrientes eléctricas producen campos magnéticos Un campo magnético ejerce una fuerza sobre una corriente eléctrica: F = ILBperpendicular Un campo magnético ejerce una fuerza sobre una carga móvil: F = qvbperpendicular La magnitud del campo de un cable largo y derecho con corriente: Las corrientes paralelas se atraen; las corrientes antiparalelas se repelen