INTERACCIÓN MAGNÉTICA
INTERACCIÓN MAGNÉTICA 1.- Introducción.- Fuerza magnética sobre una carga en movimiento. Definición del campo magnético 3.- Movimiento de una partícula cargada en un campo magnético 4.- Ejemplos de movimiento de partículas cargadas en campos magnéticos
INTERACCIÓN ELÉCTRICA Interacción entre cargas eléctricas en reposo Campo eléctrico Potencial eléctrico ACCIONES QUE SUFREN LAS CARGAS EN MOVIMIENTO Fuerzas adicional cuando están en presencia de otras cargas en movimiento o de imanes Fuerza magnética Campo vectorial: Campo magnético (B)
INTRODUCCIÓN El origen del conocimiento de la interacción magnética hay que buscarlo varios siglos antes de Cristo. Se observó que ciertos minerales de Fe, Co y Mn tenían la propiedad de atraer pequeños trozos de hierro. A esta propiedad se le dio el nombre de MAGNETISMO. Ciudad de Magnesia (Asia Menor). Minerales: Magnetita. A un material de este tipo se le dio el nombre de IMÁN. Su efecto es más pronunciado en ciertas zonas del imán: Polos magnéticos.
La utilización de una aguja imantada como brújula en navegación se remonta a la Edad Media. Si una varilla imantada se suspende libremente en un punto de la superficie de la Tierra se orienta en la dirección Norte-Sur. Sur geográfico Norte geográfico P. A. Tipler, G. Mosca. Física para la Ciencia y la Ingeniería. Reverté (005). Distinguir los extremos de la varilla o polos magnéticos N y S. La Tierra se comporta como un gran imán.
OERSTED (180) AMPÈRE (180) P. A. Tipler, G. Mosca. Física para la Ciencia y la Ingeniería. Reverté (005).
Nos ocuparemos únicamente de la fuerza que actúa sobre una carga en movimiento cuando está en un campo magnético. Los campos magnéticos serán estacionarios (independientes del tiempo) No nos preocuparemos de cual es la causa de dichos campos (Tema 4.- Corrientes eléctricas y Tema 6.- Campo magnético ). Únicamente diremos que en una región del espacio existe un campo magnético determinado.
Centraremos nuestro interés en: Saber si en una región del espacio existe o no un campo magnético. Estudiar cómo afecta ese campo magnético a las cargas eléctricas que se encuentran en esa región. Mostrar algunos ejemplos de aplicación de la fuerza magnética sobre cargas eléctricas en movimiento.
INTERACCIÓN MAGNÉTICA 1.- Introducción.- Fuerza magnética sobre una carga en movimiento. Definición del campo magnético 3.- Movimiento de una partícula cargada en un campo magnético 4.- Ejemplos de movimiento de partículas cargadas en campos magnéticos
Fuerza sobre una carga en movimiento. Definición de B DEFINICIÓN DEL CAMPO MAGNÉTICO: F = q v B Módulo: l F l = l q l l v l l B l sen θ Dirección: Perpendicular al plano determinado por v y B Sentido: El del producto vectorial teniendo en cuenta el signo de q. θ P. A. Tipler, G. Mosca. Física para la Ciencia y la Ingeniería. Reverté (005).
Fuerza sobre una carga en movimiento. Definición de B UNIDAD DEL CAMPO MAGNÉTICO EN EL S.I.: Tesla (T) Un tesla (T) corresponde al campo magnético que produce una fuerza de un newton sobre una carga de un culombio que se mueve perpendicularmente al campo a razón de un metro por segundo 1 T = 1 kg s -1 C = 1 kg s - A -1 [ B ] = [ M ] [ T ] - [ I ] -1 1 tesla (T) = 10 4 gauss (G)
Fuerza sobre una carga en movimiento. Definición de B ÓRDENES DE MAGNITUD DE CAMPOS MAGNÉTICOS TÍPICOS B (en T) Espacio interestelar < 10-9 Campo magnético de la Tierra (en al superficie) 5 x 10-5 Superficie de las estrellas 10 - a 5 Imanes permanentes 10 - a 1 Electroimán con núcleo de hierro > 3 Imanes superconductores > 0 Bobinas de alta corriente > 0 Bobinas pulsantes (duración 10-1 s) 10 a 30
Fuerza sobre una carga en movimiento. Definición de B P. A. Tipler, G. Mosca. Física para la Ciencia y la Ingeniería. Reverté (005).
INTERACCIÓN MAGNÉTICA 1.- Introducción.- Fuerza magnética sobre una carga en movimiento. Definición del campo magnético 3.- Movimiento de una partícula cargada en un campo magnético 4.- Ejemplos de movimiento de partículas cargadas en campos magnéticos
Movimiento de una carga en un campo magnético FRECUENCIA CICLOTRÓNICA ω = q m B q positiva ω hacia fuera P. A. Tipler, G. Mosca. Física para la Ciencia y la Ingeniería. Reverté (005). q negativa ω hacia dentro
Movimiento de una carga en un campo magnético DESCUBRIMIENTO DEL POSITRÓN (Anderson, 193) M. Alonso, E. J. Finn. Física. Addison-Wesley Iberoamericana. Wilmington (1995). r = mv qb Ec = 1 mv Plomo
Movimiento de una carga en un campo magnético P. A. Tipler, G. Mosca. Física para la Ciencia y la Ingeniería. Reverté (005).
Movimiento de una carga en un campo magnético
Movimiento de una carga en un campo magnético BOTELLA MAGNÉTICA P. A. Tipler, G. Mosca. Física para la Ciencia y la Ingeniería. Reverté (005).
Movimiento de una carga en un campo magnético CINTURONES DE VAN ALLEN protones Tierra electrones P. A. Tipler, G. Mosca. Física para la Ciencia y la Ingeniería. Reverté (005).
Movimiento de una carga en un campo magnético AURORA BOREAL P. A. Tipler, G. Mosca. Física para la Ciencia y la Ingeniería. Reverté (005).
INTERACCIÓN MAGNÉTICA 1.- Introducción.- Fuerza magnética sobre una carga en movimiento. Definición del campo magnético 3.- Movimiento de una partícula cargada en un campo magnético 4.- Ejemplos de movimiento de partículas cargadas en campos magnéticos
Ejemplos ESPECTRÓMETRO DE MASAS (Dempster) hacia fuera Energía cinética: 1 mv = qv v = qv m r Radio: mv qb v r = = r q B m Relación q/m: V Fuente de iones P. A. Tipler, G. Mosca. Física para la Ciencia y la Ingeniería. Reverté (005). q = m V r B
Ejemplos MEDIDA DE LA RELACIÓN q/m PARA EL ELECTRÓN (Thomson, 1897) P. A. Tipler, G. Mosca. Física para la Ciencia y la Ingeniería. Reverté (005). a L
Ejemplos d P. A. Tipler, G. Mosca. Física para la Ciencia y la Ingeniería. Reverté (005). Movimiento en un campo eléctrico (q, m, v) a L qea d = mv L
Ejemplos P. A. Tipler, G. Mosca. Física para la Ciencia y la Ingeniería. Reverté (005). a L
Ejemplos Selector de velocidades P. A. Tipler, G. Mosca. Física para la Ciencia y la Ingeniería. Reverté (005). hacia dentro Se ajusta B para que: qe = qvb v = qea d = mv E B L q m = Ed B La q m e = 1. 7588 10 11 C / kg
Ejemplos CICLOTRÓN (Lawrence, 193) Voltaje alterno de alta frecuencia (ω) V ( t) = V0 sen ωt D V0 10 4 V D1 Velocidad angular: ω = q m B P. A. Tipler, G. Mosca. Física para la Ciencia y la Ingeniería. Reverté (005). Radio: r = mv qb
r = mv qb R = mvmáx vmáx = qb q BR m E 1 c = mvmáx = q m B R
INTERACCIÓN MAGNÉTICA - Introducción general al magnetismo - Fuerza magnética sobre una carga en movimiento: Definir el campo magnético - Movimiento de una partícula cargada en un campo magnético - Ejemplos
BIBLIOGRAFÍA ALONSO, M. y FINN, E. J., Física (Addison-Wesley Iberoamericana, Wilmington, 1995). Cap. : Interacción magnética. TIPLER, P. A., Física para la Ciencia y la Tecnología, Vol. (Reverté, Barcelona, 1999). Cap. 8: El campo magnético. GETTYS, W. E., KELLER, F. J. y SKOVE, M. J., Física Clásica y Moderna (McGraw-Hill, Madrid, 1991). Cap. 6: El campo magnético.
OTROS RECURSOS FRANCO, A., Curso Interactivo de Física por Internet. Movimiento de partículas cargadas en un campo eléctrico y magnético. Campo magnético (http://www.sc.ehu.es/sweb/fisica) Applets: - Espectrómetro de masas - Experimento de Thomson - Ciclotrón STERN, D. P., La Tierra, el Gran Imán. (http://www-spof.gsf.nasa.gov/earthmag/mdmagint.htm) Más allá del universo Mecánico (Arait Multimedia). Videocinta nº 34: Magnetismo, Videocinta nº 35: El campo magnético.
Cinemática Dinámica Trabajo y Energía INTERACCIÓN MAGNÉTICA Campo eléctrico Potencial eléctrico Corriente eléctrica