Download Slide 1 - licimep.org

http://www.licimep.org/Prepas.htm
[email protected]
•Física conceptual (segunda edición). Paul G. Hewitt.
Addison-Wesley Iberoamericana, 1995.
•El mundo de la física. Cargas y campos eléctricos. Ana María
Cetto et al. Editorial Trillas, México, 1979.
•El mundo de la física. Corrientes eléctricas y fenómenos
electromagnéticos. Ana María Cetto et al. Editorial Trillas,
México, 1979.
•Principios de física. Curso de introducción. Virgilio Beltran y
Eliezer Braun. Editorial Trillas, México, 1971.
•Física. Fundamentos y fronteras. Roberto Stollberg y Faith
Fitch Hill. Publicaciones Cultural, México 1994
•Física. Physical Science Study Committee. Segunda edición.
Editorial Reverté, 1967.
•Física. Robert Resnick, David Halliday y Kenneth S. Krane.
CECSA, México, 2005.
•Introducción
•Los imanes. Los polos magnéticos
•El campo magnético
•Las fuerzas magnéticas que se ejercen sobre una partícula
cargada en movimiento
•Las fuerzas magnéticas que se ejercen sobre un alambre
que transporta una corriente eléctrica
•La corriente eléctrica y el campo magnético. El experimento
de Oërsted
•La ley de Biot y Savart
•La ley de Ampere
Los polos iguales se repelen,
.
los polos distintos se atraen
El campo magnético de la tierra es
como una pequeña pero poderosa barra
magnética ubicada cerca del centro de
la tierra y inclinada 11º con respecto al
eje de rotación de la tierra. El
magnetismo en la tierra lo podemos
visualizar como líneas de fuerza del
campo magnético que indican la
presencia de una fuerza magnética en
cualquier punto del espacio. La brújula
esta influida por este campo ya que su
aguja rota y se detiene cuando esta
paralela a las líneas de fuerza en
dirección Norte-Sur.
Si se cuelga un imán de barra de un cordel atado a
la parte central funcionará como una brujula. El
extremo que apunta hacía el norte se llama polo
norte y el que apunta hacía el sur polo sur.
Todo imán tiene un polo norte y un polo sur.
•Hay sustancias que no tiene
.
ninguna propiedad magnética: La
madera, los plásticos, etc.
•Hay sustancias con fuertes
propiedades magnéticas: La
mayoría de los metales, etc.
Las sustancias magnéticas se
.
clasifican en:
•Ferromagnéticas
•Paramagnéticas
•Diamagnéticas
•Ferrimagnéticas
•Antiferromagnéticas
.
Materiales que tienen una
fuerte atracción magnética
cuando son sujetos a un
campo magnético.
.
Materiales que tienen una
respuesta muy débil cuando
son sujetos a un campo
magnético.
.
Materiales que son repelidos
cuando son sujetos a un
campo magnético.
Los polos iguales se repelen, y los distintos se atraen
.
La fuerza con que se atraen o se repelen es similar a
la fuerza entre las cargas eléctricas
0 m1m2
F
rˆ
2
4 r
Newton
0  4  10
2
Ampere
7
La fuerza entre los polos de un imán se
parece
mucho a la fuerza eléctrica, pero ……
.
Si partes un imán, te vuelve a quedar un
nuevo imán, con polo norte y polo sur.
Si lo vuelves a hacer, sucede lo mismo
Y así …..
Hasta llegar a los átomos mismos
ad-infinitum
Al menos, no hasta ahora, …..
La dirección del campo magnético corresponde a la
que indica el polo norte de una brújula en cualquier
punto de su interior. Se determina así las líneas de
campo magnético
Cuando una partícula con carga q
y velocidad v , penetra en una región
donde hay un campo magnético,
sufre una fuerza dada como
F  qv  B
La fuerza magnética F  qv  B es un vector
(como todas las fuerzas), y por tanto, debemos
determinar:
- Una magnitud
- Una dirección
- Un sentido
vB
v

B
La magnitud (el tamaño) de la fuerza magnética
está dado como
F  qv  B  q v B sin 
vB
v

B
La fuerza magnética es perpendicular al plano formado
por la velocidad v y por el campo magnético B
vB
v

B
La dirección de la fuerza magnética está
dada por la regla de la mano derecha
F  qv  B
qv
B
- Cuando una partícula cargada en movimiento
sufre una fuerza se dice que hay un campo magnético
- Su dirección y su sentido quedan definidos por
el producto vectorial (por la regla de la mano derecha)
- Su magnitud queda definida por la fuerza magnética;
F
es decir, la magnitud es B 
qv
F  qv  B
En el sistema internacional de medidas, SI:
- La fuerza F está medida en Newtons
- La carga eléctrica q está medida en Coulombs
- La velocidad v son metros/segundo
- Las unidades del campo magnético B son
TESLAS
Se tiene un campo magnético
con una magnitud de 1 tesla,
cuando una partícula con una
carga de 1 coulomb y que se
mueve a 1 m/s siente una
fuerza de 1 Newton
Newtons
F F FF

B  BB 
B

F
q
v
B q v qqvv
Metros/segundo
Teslas
qv
Coulombs
Nikola Tesla (en cirílico serbio: Никола Тесла)
10 de julio de 1856 al 7 de enero de 1943
Inventor, físico, ingeniero mecánico e ingeniero eléctrico.
Nació en Smiljan, hoy Croacia; etnicamente serbio.
La fuerza magnética es directamente proporcional
a la carga q de la partícula, a la velocidad v de la
misma y al campo magnético B donde la partícula
viaja.
F  qv  B
F  qvB sin 
La magnitud dirección y sentido de la fuerza
magnética que actúa sobre la carga,
depende de la dirección relativa entre la
partícula y el campo magnético
F  qv  B
Si la velocidad de la partícula es paralela a la
dirección del campo magnético, el campo no
ejerce fuerza.
N
S
La fuerza magnética es perpendicular al plano
formado por la velocidad de la partícula y el
campo magnético
F
v
q
Si la partícula es de carga negativa, la fuerza va en
dirección contraria
v
v
F
q
q
F
B
B
Una partícula positiva dentro de un
campo magnético
Una partícula negativa dentro de un
campo magnético
Una partícula con carga q  0.001 coulombs y
una velocidad v  10 m/s entra horizontalmente
de Sur a Norte, en una región del espacio y
sufre una fuerza hacía el Oeste de 0.1 Newtons.
Determinar el campo magnético en dicha región.
Una partícula con carga q  0.001 coulombs y una velocidad v  10 m/s
entra horizontalmente de Sur a Norte, en una región del espacio y sufre
una fuerza hacía el Oeste de 0.1 Newtons.
Determinar el campo magnético en dicha región.
v  10 m/s
F  0.1 N
Una partícula con carga q  0.001 coulombs y una velocidad v  10 m/s
entra horizontalmente de Sur a Norte, en una región del espacio y sufre
una fuerza hacía el Oeste de 0.1 Newtons.
Determinar el campo magnético en dicha región.
v  10 m/s
B
F  0.1 N
Una partícula con carga q  0.001 coulombs y una velocidad v  10 m/s
entra horizontalmente de Sur a Norte, en una región del espacio y sufre
una fuerza hacía el Oeste de 0.1 Newtons.
Determinar el campo magnético en dicha región.
F
B
qv
0.1 N
N
N
B
 10
 10
C
A
m
 0.001C 10 m/s 
m
s
B  10 Tesla
Una partícula con carga q  0.001 coulombs y una velocidad v  10 m/s
entra horizontalmente de Sur a Norte, en una región del espacio y sufre
una fuerza hacía el Oeste de 0.1 Newtons.
Determinar el campo magnético en dicha región.
- El campo magnético tiene una magnitud de 10 Teslas
- Es vertical
-Va de arriba hacía abajo
Un campo magnético uniforme B, con una magnitud
de 1.2 mT, apunta verticalmente hacia arriba en el
volumen del cuarto donde usted está sentado.
Un protón con una energía cinética de 5.3 MeV
se dirige horizontalmente hacia el frente norte,
atravesando cierto punto del cuarto.
¿Qué fuerza magnética de deflexión opera sobre el
protón mientras cruza el punto? El protón tiene una
masa de 1.67  10-27 kg.
B
v
B
v
F  qv  B
K  5.3 MeV,
m  1.67  10-27 kg
1 2
K  mv
2
v
v
2K
m


2 5.3  106 eV 1.6  1019 Joules/eV
1.67  10
27
Kg
  3.2  10
7
m/s
B  1.2 mT,
v  3.2  107 m/s,


q  1.6  10-19 C

F  qvB  1.6  1019 C 3.2  107 m/s 1.2  103 T
F  6.1  10
15
CmT
s
Ns
T=
Cm
CmT CmNs
=
=N
s
sCm
F  6.1  10
15
Newton

B  1.2 mT,
v  3.2  107 m/s,
q  1.6  10-19 C
F  6.1  1015 Newton
La fuerza parece muy pequeña, pero está
siendo ejercida sobre una partícula muy
pequeña. La aceleración que produce es
muy grande
F
6.1  1015 N
12 m
a

 3.7  10
27
2
m 1.67  10 kg
s
•Los “potholes” en el campo magnético alrededor de
nuestra Sistema Solar son de 0.01 nanotesla
•En espacio exterior la densidad magnética del flujo está
entre 0.1 y 10 nanoteslas (10−10 T y 10−8 T)
•En la tierra el campo magnético en la latitud de 50° es de
58 µT (5.8×10−5 T) y en el ecuador de 31 µT (3.1×10−5 T)
•En una mancha solar es de 0.15 T
•Un imán grande de una bocina de 14 kilogramos tendrá
1T
•Un imán moderno tiene una fuerza de cerca de 1.25 T
•Los sistemas médicos de resonancia magnética
utilizan densidades del campo a partir del 1.5 a 3 T
en la práctica, experimental hasta 7 T
•El campo magnético continuo más fuerte
producido en un laboratorio (USA), 45 T
•El campo magnético pulsado más fuerte, obtenido
con técnicas no destructivas en un laboratorio
(USA), 100 T
•El campo magnético pulsado más fuerte, obtenido
siempre con explosivos en un laboratorio, 2800 T
•En una estrella de neutrones de 1 a 100
megateslas (106 T a 108 T)
•En un magnetar, 0.1 a 100 gigateslas (108 T
a 1011 T )
•Fuerza teórica máxima del campo de una
estrella de neutrón, y por lo tanto el límite
superior hasta el momento para cualquier
fenómeno conocido, 10 terateslas (1013 T)
Además de las TESLAS como unidades
para medir la intensidad del campo magnético
se utiliza el Gauss.
Se tiene que
1 Tesla= 10,000 Gauss= 104 Gauss
El Gauss se abrevia G
• Siempre paralela a la
dirección del campo
• Surge por la existencia
de una carga
generadora Q
• Actúa sobre una
partícula cargada
independiente que esté
en reposo
Fe  qE
• Es perpendicular al
plano donde se orienta
el campo magnético
• Actúa sobre una
partícula en movimiento
FB  qv  B
• Realiza trabajo cada
vez que desplaza una
carga
Fe  q E
• No realiza trabajo, ya que
es perpendicular a la
velocidad de
desplazamiento de la
partícula
• La partícula no
incrementa ni disminuye
el módulo de su velocidad
por la presencia de la
fuerza magnética
FB  qv  B
Hasta ahora hemos tratado por separado el campo
eléctrico y el campo magnético, pero es claro que
en muchas situaciones tendremos los dos campos
a la vez, ¿qué sucede en ese caso?
Resulta que los campos eléctricos y magnéticos
tiene la increíble propiedad de superponerse
linealmente; es decir, la acción de los dos a la vez
es como si uno no se diera cuenta de que existe el
otro y viceversa.
Por lo tanto, el resultado es que se suman
vectorialmente.
B
E
v
q
F  qE  qv  B
Por tanto, si tenemos
un campo eléctrico E,
y un campo magnético B,
la fuerza que una partícula
de carga q sentirá es
F  qE  qv  B