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Facultad de Ciencias BQ-202 –Repartido Nº 4 - Campo magnético - electromagnetismo
Campo magnético y
electromagnetismoIntroducción
Conceptos que debemos manejar:
Magnetismo
Campo magnético
Imanes
Materiales magnéticos
Campo magnético terrestre.
Leyes de Biot-Savart y Ampère.
Campos magnéticos creados por
conductores rectilíneos, espiras circulares
y solenoides.
Montajes experimentales:
1) Estudio con imanes.
2) Campo magnético creado
conductor.
3) Ley de inducción de Faraday.
por
un
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Origen de los conocimientos del magnetismo
Magnetismo conocido desde tiempos muy antiguos: por griegos, romanos y
chinos (siglo VI AC)
Piedra imán (magnetita) tiene propiedad de atraer objetos de hierro , abundantes
en Magnesia, región de Asia Menor, perteneciente al reino de Lidia.
Tales de Mileto (630 -545 AC)
Shen Kua (1031-1095) escribe sobre la brújula
Investigadores posteriores:
William Gilbert (1544-1603)
Hans Christian Oersted (1777-1851)
Jean Baptiste Biot (1774-1862)
Félix Savart (1791-1841)
André María Ampère (1775-1836)
Carl Friedrich Gauss (1777- 1855)
Michael Faraday (1791-1867)
James Clerck Maxwell (1831-1879),
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Campo magnético (B)
La región del espacio que rodea una carga en
movimiento o cualquier sustancia magnética incluye
un campo magnético
Se puede definir un campo magnético B en algún
punto del espacio en términos de la fuerza
magnética ejercida sobre una carga q que se
mueve con una velocidad v.
Unidad de campo magnético B en S.I. : Tesla (T)
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Campo magnético (B)
Más fácil de visualizar: decimos que
existe un campo magnético en un
punto del espacio, cuando una brújula
colocada en dicho punto se orienta
según una dirección determinada.
Se define la dirección del vector
campo magnético como la dirección
de la brújula y el sentido, de sur a
norte de la aguja.
El norte de una brújula es el extremo
que apunta aproximadamente hacia el
norte geográfico cuando no se
encuentran objetos magnéticos en la
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cercanía.
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Campo magnético terrestre
El polo norte geográfico
corresponde aprox. a un polo
sur magnético, y polo sur
geográfico corresponde a un
polo norte magnético.
Existe una diferencia entre el
norte geográfico verdadero y el
norte indicado por la brújula, la
cual se denomina declinación
magnética.
Ángulo de inclinación: ángulo
que forma el B terrestre con la
horizontal (en cualquier punto
geográfico)
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Valores de campo magnético
El valor de la componente horizontal del campo magnético terrestre en la
ciudad de Montevideo vale
BTH = (2,00  0,01)  10-5 T.
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Imanes
Cuando se afirma que un imán tiene polos
norte y sur, en realidad lo que afirmamos
es que se tiene un polo “buscador del
norte” y un polo “buscador del sur”
refiriéndonos a los polos norte y sur
geográficos
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Momento dipolar magnético (m)
Torque sobre un m debido a un B
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Fuentes de campo magnético:
experimento de Oersted
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1819: estaba haciendo una clase práctica, acercó una aguja imantada a un cable por el que
circulaba una corriente eléctrica, y ocurrió algo inesperado: la aguja se desvió.
Primera demostración de relación entre el magnetismo y la electricidad (origen del
electromagnetismo)
1820: Publica.
El mismo descubrimiento fue anunciado en 1802 por urista italiano, Gian Domenico Romognosi, pasó inadvertido,
porque fue publicado en un periódico, Gazzeta de Trentino, en lugar de una revista científica.
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Ley de Biot-Savart
m0 es una constante: permeabilidad del vacío.
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Ley de Biot-Savart
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Ley de Biot-Savart –conductor recto infinito
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Ley de Biot-Savart –conductor recto finito
Se puede probar, utilizando la ley de Biot
y Savart, que si por si por un conductor
de longitud finita (L = L1+L2), circula una
corriente I, como se muestra en la figura,
el campo creado a una distancia x vale
I
L1
P
x
m 0 I 
L1
L2
B( x) 

2
2
4 x  x 2  L12
x

L
2





L2
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Ley de Ampère
(Sin corrección de Maxwell)
La circulación del campo magnético en una curva
cerrada C, es igual a m0 multiplicada por la corriente eta
encerrada en la curva.
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Campo magnético de un solenoide
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Materiales magnéticos
Todo material responde a la presencia de un campo magnético y, si se coloca en una región
donde existe un valor de campo B0 (en el vacío), dentro del material se producirá un cambio
del campo, llegando a un valor B, de modo que se define la permeabilidad magnética relativa
del material como
km 
B
B0
Permeabilidad magnética del material:
m = km m0 =(1+c ) m0
Tres tipos de de sustancias: diamagnéticas (km < 1, pero en la mayoría de los
materiales es de unas pocas partes por millón menor a 1), paramagnéticas (km > 1,
pero sólo en unas partes por millón) y ferromagnéticas (km > 1).
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Materiales magnéticos
Diamagnéticos: cobre, oro,
plomo, bismuto, plata,
mercurio, silicio, diamante
Paramagnéticos: aluminio,
calcio, cromo, platino,
tungsteno, oxígeno, magnesio,
litio, niobio.
Material diamagnético dentro de un B externo, las corrientes atómicas circulan dentro del
material de tal modo que se produce un B interno que se opone al B externo.
Materiales paramagnéticos. En estas sustancias los átomos (o moléculas) individuales tienen
momentos magnéticos atómicos, pero los mismos están orientados al azar. Cuando se las
coloca dentro de un campo magnético externo, tienen a alinearse en forma paralela, por lo que
aumenta el campo externo.
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Materiales magnéticos: ferromagnetismo
Materiales ferromagnéticos: momentos magnéticos atómicos
interaccionan tan fuertemente y se alinean espontáneamente.
En hierro o níquel, la magnetización espontánea está confinada en
regiones llamadas dominios magnéticos, macroscópicamente
pequeños pero microscópicamente enormes (del orden de 10-6 a
10-3 m) ya que comprenden millones de momentos magnéticos
individuales. Cuando un material ferromagnético se coloca en un
campo magnético externo, los dominios magnéticos no alineados
inicialmente con el campo externo, giran alineándose y los ya
alineados crecen a expensas de sus dominios vecinos, esto provoca
un aumento muy grande del campo magnético, por lo que km >>1
(del orden de varios cientos, aunque varían con el valor del campo
externo.
Ejemplo: hierro, acero, cobalto, níquel, gadolinio, disprosio y
materiales cerámicos.
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Flujo magnético
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Ley de inducción de Faraday
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Ley de inducción de Faraday
Ley de inducción de Faraday- La fem inducida (e ) en un circuito es igual a
menos la derivada respecto al tiempo del flujo magnético (FB ) a través del
circuito (es decir al negativo de la velocidad con que cambio con el tiempo el
flujo magnético).
Por lo que una fem puede ser inducida por: 1) variando la magnitud B respecto al tiempo; 2) variando el
área del circuito respecto al tiempo, 3) cambiando el ángulo q entre la normal al plano y el campo B, y 4)
mediante cualquier combinación de las anteriores.
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Ley de Lenz
Ley de Lenz- En un circuito conductor cerrado, la corriente inducida aparece en una
dirección tal que ésta se opone al cambio que la produce. El signo de menos en la ley
de Faraday indica esta oposición.
Alternativamente se puede expresar como: La polaridad de la fem inducida es tal que ésta tiende a
producir una corriente que crea un flujo magnético que se opone al cambio en el flujo magnético a
través del circuito.
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Ley de Lenz
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Aplicaciones de la ley de inducción
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Aplicaciones de la ley de inducción
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Procedimiento experimental
Campo magnético – estudio con imanes
Visualizar campo magnético terrestre
mediante el empleo de una brújula.
Efecto distintos materiales magnéticos
sobre brújula.
Identificar polos de un imán y analizar
interacción entre los polos de los
imanes.
Estudio de la dependencia de la fuerza
de repulsión que ejercen dos imanes
entre sí al variar su separación.
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Procedimiento experimental
Electromagnetismo - Efecto Oersted, campo de un conductor rectilíneo
Trazamos dirección del campo magnético
terrestre (dirección norte-sur) y que pase
por el conductor que estará en posición
vertical.
En un punto cualquiera de esta recta, el
campo magnético creado por la corriente
BI  BTH.
La aguja de la brújula se comportan como
un cuerpo de momento magnético m.
En presencia de un campo magnético B,
éste ejerce un torque o par de fuerzas
dado por: t = m x B.
Estudio cuantitativo del campo magnético creado por Se prueba que para el caso de la
experiencia descrita anteriormente, la
un conductor rectilíneo recorrido por una corriente
condición de equilibrio
eléctrica.
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Procedimiento experimental
Electromagnetismo - Efecto Oersted, campo de un conductor rectilíneo
tgq 
BI
BTH
BI = BTH . tg q
Estudio de dependencia del campo BI con la
intensidad de la corriente que circula por el
conductor (para una distancia fija) y para una
corriente fija, la dependencia del campo BI con la
distancia.
Finalmente, para una distancia y corriente dada, se
determinará la componente horizontal del campo
magnético terrestre a partir del ángulo q medido
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Procedimiento experimental
Electromagnetismo - Efecto Oersted, campo de un conductor rectilíneo
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Procedimiento experimental
Electromagnetismo - Efecto Oersted, campo de un conductor rectilíneo
Espira sin corriente, la brújula
indica dirección del campo terrestre
Espira con corriente, la brújula indica
dirección del campo resultante
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Procedimiento experimental
Ley de inducción de Faraday
Reproduciremos experiencias de Faraday: inducción
de corrientes por variaciones flujo campo magnético.
Conectaremos una bobina a un galvanómetro,
moviendo un imán veremos como la aguja del
instrumento indica el pasaje de corriente.
Luego dispositivo consistente dos bobinas, una
(primaria) conectada a una fuente de corriente
continua variable y . como en el caso anterior y la
segunda (secundaria) al galvanómetro .
Se enciende fuente y se verifica con brújula existencia
de un B en bobina secundaria y si circula corriente por
la misma.
Se realizarán variaciones en la tensión de la bobina
primaria y se observará si aparece o no corriente
inducida en la secundaria y que sentido tiene.
Modelo de transformador de corriente.
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Campo creado por una bobina
Bobina sin corriente, la brújula
indica dirección del campo terrestre
Bobina con corriente, la brújula indica
dirección del campo resultante
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Procedimiento experimental
Ley de inducción de Faraday
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