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CAMPO MAGNÉTICO
FUENTES DE CAMPO
MAGNÉTICO
•Se conoce con el nombre de magnetismo
al conjunto de propiedades que poseen los
imanes. Estos cuerpos se encuentran en
estado natural en algunas piedras
denominadas magnetitas.
•Además de su capacidad de atraer
metales, tienen la propiedad de polaridad.
Los imanes tienen dos polos magnéticos
diferentes llamados Norte o Sur. Si
enfrentamos los polos Sur de dos imanes
estos se repelen, y si enfrentamos el polo
sur de uno, con el polo norte de otro se
atraen. Otra particularidad es que si los
imanes se parten por la mitad, cada una de
las partes tendrá los dos polos.
LA EXPERIENCIA DE OERSTED
Una corriente eléctrica
desvía la aguja
imantada de una
brújula.
La aguja tiende a
orientarse en dirección
perpendicular a la
dirección de la corriente.
La desviación es mayor al
aumentar la intensidad de
ésta.
Explicación del magnetismo natural
Los electrones de los átomos
tienen un movimiento alrededor
del núcleo y un movimiento de
giro sobre sí mismos.
Por esta razón, actúan como
pequeñas espiras de metales que
generan un campo magnético. Es
decir, se comportan como imanes
elementales.
En un trozo de hierro no magnético,
los campos magnéticos creados por
las cargas en movimiento se anulan.
El resultado es una carga eléctrica en
reposo, que no crea un campo
magnético
Representación del campo
magnético
El campo magnético es el
único en que las líneas de
fuerza que indican la
dirección del campo son
visibles
Existe el convenio de admitir
que las líneas de fuerza salen
del polo norte del imán y se
introducen por el polo sur
Campo magnético creado por
una carga puntual
Una carga q que se mueve con
velocidad v produce a su
alrededor un campo magnético
B. Su valor en el punto P viene
dado por la expresión siguiente:
EL VECTOR B SE LLAMA INDUCCIÓN MAGNÉTICA Y SE MIDE EN
TESLAS. TAMBIÉN SE MIDE EN GAUSS ( 1 T = 104 G)
Propiedades de B
• Su dirección es perpendicular
al plano creado por v y r.
• Su sentido viene dado por la
regla de la mano izquierda.
(Cuidado con el signo de la
carga)
• Una carga eléctrica siempre
produce una campo eléctrico,
pero solo produce un campo
magnético si está en
movimiento.
• El campo magnético no es
central, sus líneas de campo
son cerradas.
Campos magnéticos creados por
un elemento de corriente
Biot y Savart dedujeron para el campo magnético creado por un
elemento de circuito por el que circula una corriente
estacionaria I la siguiente expresión experimental
 
  0 Idl  u
dB 
2
4 r
 


0 Idl  u
B   dB  
4 r 2
Campo magnético creado por un
hilo recto e indefinido
Las líneas de campo son
circunferencias concéntricas en el
hilo, siendo el valor del campo
 0 I
B
2 R
La dirección del campo magnético se
dibuja perpendicular al plano
determinado por la corriente rectilínea
y el punto, y el sentido se determina
por la regla del sacacorchos o la
denominada de la mano derecha
http://www.sociedadelainformacion.com/departfqtobarra/magnetismo/bi
ot/biot.htm
Campo magnético creado en el centro de una
espira (conductor circular) de radio R por el
que circula una corriente de intensidad I
Una espira es un circuito eléctrico
cerrado, que suele ser rectangular o
circular. El campo magnético en su
centro vale:
 0 I
B
2R
Las líneas de campo penetran por una cara de la espira (
cara sur) y salen por la opuesta (cara norte).
El Teorema de Ampere
La circulación del campo magnético a lo
largo de una línea cerrada no es nula,
sino que viene dada por el Teorema de
Ampere:
La circulación del vector
campo magnético en una
trayectoria cerrada es
proporcional a la
intensidad encerrada.
B creado por un solenoide en su
interior
Un solenoide se comporta como un imán, ya que posee
una cara N en uno de sus extremos y otra S en el otro
Ley de Lorentz (1)
Cuando una carga se mueve a una velocidad en las proximidades
de una imán o de un alambre por el que circula una corriente eléctrica
aparece una fuerza adicional sobre ella que depende de la velocidad
y su dirección.
1. La FUERZA ES PROPORCIONAL al valor de la CARGA
2. La FUERZA ES PROPORCIONAL al MODULO DE LA
VELOCIDAD
3. El VALOR, DIRECCIÓN y SENTIDO de la FUERZA
depende de la DIRECCIÓN y SENTIDO de la VELOCIDAD.
4. Si la VELOCIDAD de la partícula está dirigida a lo largo
de una DETERMINADA LÍNEA del espacio, la FUERZA ES
CERO.
5. Si la VELOCIDAD NO ESTÁ DIRIGIDA a lo largo de esta
línea, existe una fuerza que es PERPENDICULAR A LA
MISMA y es también PERPENDICULAR A LA
VELOCIDAD.
6. Si la VELOCIDAD forma un ángulo f con la esta línea, la
fuerza es PROPORCIONAL al SENO DEL ANGULO f
7. La FUERZA sobre una carga NEGATIVA es opuesta a la
ejercida sobre una carga positiva con la misma
velocidad
Ley de Lorentz (2)
La partícula sólo tiene
aceleración normal: el campo
magnético no modifica la
rapidez de la partícula, sino
sólo su dirección.
El trabajo de la fuerza
magnética es nulo
Movimiento de una partícula cargada
en un campo magnético uniforme
Vídeo que describe el
movimiento
Si tenemos una partícula de carga q con
velocidad v al campo magnético uniforme,
tenemos

 


F  ma  si F  v  F  mac
q v B


a





c


m
F  qv  B  si F  v  F  q  v  B 

El movimiento es circular
uniforme de radio R:
v2 q  v  B
mv
ac 

R
R
m
q B
q B
v
   
R
m
2
1 2m

T  
T
f
q B
Selector de velocidad
El selector de velocidades es
una región en la que existe un
campo eléctrico y un campo
magnético perpendiculares
entre sí y a la dirección de la
velocidad del ión. En esta
región los iones de una
determinada velocidad no se
desvían.
 
E
Fe  Fm  0  q  E  q  v  B  v 
B
Espectrómetro de masas
• El espectrómetro de masas es
un dispositivo que separa
iones que tienen la misma
velocidad. Los iones pasan por
un selector de velocidades,
una región en la que existen
un campo eléctrico y otro
magnético cruzados.
• Los iones que pasan el
selector sin desviarse, entran
en una región donde el campo
magnético les obliga a
describir una trayectoria
circular. El radio de la órbita es
proporcional a la masa, por lo
que iones de distinta masa
impactan en lugares diferentes
de la placa.
mv
R
q B
El ciclotrón
El cicotrón es un acelerador de
partículas, basado en que el
periodo del movimiento circular
de una partícula sometida a un
campo magnético es
independiente de su velocidad.
El ciclotrón consta de dos placas
semicirculares huecas, que se montan
con sus bordes diametrales
adyacentes dentro de un campo
magnético uniforme que es normal al
plano de las placas y se hace el vacío.
A dichas placas se le aplican
oscilaciones de alta frecuencia que
producen un campo eléctrico oscilante
en la región diametral entre ambas.
http://teleformacion.edu.aytolacoruna.es/FISIC
A/document/applets/Hwang/ntnujava/cyclotron/
cyclotron_s.htm
El ciclotrón (2)
Un protón, procedente de una
fuente situada cerca del centro de
las Des, penetra en la D negativa y
describe una semicircunferencia.
En ese tiempo, se invierte la
polaridad de las Des y el protón es
acelerado donde penetra con mayor
velocidad.
El protón continúa así hasta su
salida cuando llega al borde de
una De. El radio de la última
trayectoria coincide con el radio
de las Des.
mv
R
qB
Tubo de un televisor o de rayos
catódicos
Las imágenes que se forman en
un tubo de rayos catódicos se
deben al barrido de un haz de
electrones sobre una pantalla
fluorescente.
Los electrones son acelerados
por una diferencia de potencial
que los enfoca, produciendo un
haz que penetra en la zona
deflectora.
En esta zona hay dos campos magnéticos perpendiculares que desvían
los electrones. De esta manera el haz barre completamente la pantalla.
Un barrido rápido puede producir 30 imágenes por segundo,
Fuerza magnética sobre un
elemento de corriente.
dq  Idt
 


 

dF  dq(v  B)  I (v dt  B)  I (dl  B)
 


F   dF  I  (dl  B)
C
C
Para un hilo rectilíneo situado en un
campo magnético uniforme:
 

F  I (l xB)
Fuerzas entre corrientes paralelas
La atracción o repulsión de corrientes paralelas o antiparalelas fue
descubierta experimentalmente por Ampére.
0 I a
Ba 
2d
F  I blBa
F 0 I a I b

l
2d
Esta fuerza es de atracción si las corrientes son del mismo sentido y de
repulsión si tienen sentidos contrarios
Comportamiento de la materia en
presencia de campos magnéticos
El comportamiento de los
materiales frente a los campos
magnéticos depende de la
estructura interna del material. El
movimiento de los electrones que
forman un material hace que se
induzcan pequeños campos
magnéticos llamados dipolos
magnéticos. En la mayoría de los
casos, estos dipolos se orientan
al azar y sus efectos se cancelan.


Bint   r Bext
Al aplicar un campo magnético al
material los dipolos pueden orientarse
en uno u otro sentido. El campo
magnético en el interior del material
puede ser mayor o menor que el
externo.
Sustancias paramagnéticas y
diamagnéticas
Sustancias paramagnéticas
r  1  Bint  Bext
Sustancias diamagnéticas
r  1  Bint  Bext
•Son débilmente atraídas por un
imán
•Son débilmente repelidas por un
imán
•Una pequeña fracción de los
dipolos atómicos se orientan en
la dirección del campo exterior.
•Una pequeña fracción de los
dipolos atómicos se orientan en
sentido contrario al campo
exterior.
•Ejemplos: oxígeno líquido,
aluminio, platino, paladio…
•Ejemplos: mercurio, plata,
cobre, bismuto, agua…
Sustancias ferromagnéticas
r  1  Bint  Bext
•En estos materiales existen pequeñas
regiones llamadas dominios magnéticos con
todos los dipolos orientados en la misma
dirección.
•Un campo magnético exterior puede orientar
un número muy alto de estos dipolos y el
material se imanta.
•Son fuertemente atraídas por los imanes y
fácilmente imantables: se usan para fabricar
imanes artificiales.
•Ejemplos: hierro, cobalto, níquel y sus
aleaciones.