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Magnetismo Teoría de Acción a distancia Las cargas interactúan a distancia Las cargas interactúan mediante la presencia de un campo Teoría de campos ¿A qué llamamos campo? Llamamos campo a una función que describe el comportamiento de magnitudes que se definen en todo punto de una región del espacio Campo Escalar Campo Vectorial Es una función que asigna un VALOR ÚNICO a alguna variable para cada punto del espacio Es una función que asigna un VECTOR ÚNICO a alguna variable para punto del espacio Mapa de vientos Mapa de temperaturas Tipos de campo Las líneas de campo son una representación de la colección de vectores que constituyen el campo. Una línea de campo es una recta o curva imaginaria trazada de manera tal que siempre sea tangente a la dirección del vector campo en cada punto Líneas de campo o líneas de fuerza Campo Magnético Líneas de campo magnético Características: La dirección del vector campo magnético en un punto es tangente a las líneas de campo El número de líneas por unidad de área es proporcional a la magnitud del campo magnético en una dada región Las líneas de campo no se cruzan Las líneas de campo siempre se cierran sobre sí mismas Campo magnético terrestre ¿Dónde se encuentran el polo norte y el polo sur terrestre? Dipolos magnéticos Al igual que el campo eléctrico, se trata de un campo vectorial. Dentro de un campo magnético, un dipolo magnético experimenta una cupla de fuerzas y una carga en movimiento o corriente experimenta una fuerza. Una carga en movimiento crea un campo magnético Campo Magnético Dirección y sentido En cualquier posición, la dirección de B se define como aquella en la que tiende a apuntar el polo norte de la aguja de una brújula. Campo Magnético Campo Magnético Magnitud Para definir la magnitud del campo magnético en un punto, hay que considerar una carga de prueba (partícula con carga positiva) en movimiento, que se desplaza a una velocidad v. El campo magnético (B) ejercerá sobre la carga una fuerza magnética (F), la cual es perpendicular al plano determinado por los vectores v y B. Campo Magnético ¿Y si la partícula con carga se encuentra en movimiento? ¿Y si el imán se mueve? ¿Y si se mueven ambos? Entonces, una partícula cargada en reposo… ¿se verá afectada por un campo magnético? ? Es proporcional a la magnitud de la carga afectada Es proporcional a la magnitud del campo magnético Es proporcional a la velocidad de la partícula Fuerza magnética sobre cargas en movimiento Tiene dirección perpendicular a la dirección de la velocidad de la carga y del campo magnético. Fuerza magnética sobre cargas en movimiento Fuerza magnética sobre cargas móviles entre módulos: F = q . v . B . sen ¡¡No modifica el módulo de su velocidad, sólo cambia su dirección!! La fuerza que ejerce el campo magnético tiene dirección perpendicular a la dirección de la velocidad de la carga y del campo magnético Fuerza magnética sobre cargas en movimiento Movimiento de partículas cargadas en un campo magnético La frecuencia es independiente de la v Si hay componente de V paralela a B, se conserva y La trayectoria es una hélice Movimiento de partículas cargadas en un campo magnético Movimiento de partículas cargadas en un campo magnético Selector de velocidades Fneta = Fe – Fm = q.E – q.v.B = 0 <==> E = v . B <==> v = E/B Aplicaciones. Espectrómetro de masa Aplicaciones. Ciclotrón La fuerza magnética total sobre el conductor es igual a la suma de fuerzas magnéticas individuales sobre las cargas en movimiento Fuerza magnética sobre conductor que transporta corriente Balanza de corriente Fmag = I . L . B Ejemplo: B = 1 T I = 10 A resulta F = 1 N L = 0,1 m Efecto Hall Los portadores de carga no se desvían más cuando se alcanza la condición Fm = Fe <===>q v B = q Ehall<===>vB = Ehall<===> v B s = DVhall Si se mide DVhall, se puede deducir el signo y la densidad de portadores n: Ejemplo numerico Fmagnetica = Felectrica ==> evB = eE E = v B = (1.11×10-4 m/s)(2 T) = 2.22 × 10-4 V/m ∆VHall = E.s = (2.22×10-4 V/m)(0.02 m) = 4.5×10-6 V Campo magnético creado por una carga puntual Solo hay cuando la, carga (q) se mueve () respecto del observador. En el caso que v << c, resulta: [B] = T (tesla) , Como para vale el principio de superposición, el creado por un elemento de corriente resulta: Ley de Biot-Savart Si se tiene una distribución de corrientes, el campo generado es la suma del generado por cada elemento de corriente Campo magnético de un alambre recto Integrando Campo magnético creado por un conductor largo y recto que transporta corriente Fuerza magnética entre dos cables paralelos Campo magnético de una espira circular En z = 0 es Para z >> R Dipolo magnético Campo dipolo eléctrico en el eje: Campo dipolo magnético en el eje: Con m = I.p.R2 = I. A momento dipolar magnético (si hay N vueltas x N) Un imán en barra produce un campo similar al de un dipolo magnético http://www.sc.ehu.es/sbweb/fisica3/magnetico/solenoide/solenoide.html Campo magnético de un solenoide Si L>>R Bz = m0 I N / L Materiales magnéticos Estructura atómica de imanes El electrón tiene un momento angular intrínseco (spin) y produce un campo magnético orientado en la dirección de su eje de rotación. Para los electrones se define un momento dipolar magnético de spin y orbital. Momento dipolar magnético de spin Desde el punto de vista de la mecánica clásica, un electrón en un campo magnético se comporta como si estuviese girando. Los materiales magnéticos son aquellos que contienen en su estructura dipolos magnéticos, sean permanentes o inducibles. Cuando los dipolos están alineados: M = N𝜇 / AL M: vector momento dipolar magnético por unidad de volumen Ferromagnéticos Paramagnéticos Diamagnéticos A L Según cómo responden los materiales ante un campo magnético, se separan en 3 grupos: Ferromagnetismo Presentan un alineamiento mayor y más fuerte que el resto de los materiales magnéticos. Pueden permanecer alineados sin campo magnético externo. Quedan magnetizados. Ejemplos de materiales ferromagnéticos son el hierro, el cobalto, el níquel y la mayoría de los aceros. IMANES PERMANENTES Paramagnetismo Materiales con momento dipolar magnético permanente que nunca se alinean espontáneamente. En ausencia de un campo magnético externo, están ubicados al azar. Al aplicarse un campo magnético B0 los dipolos experimentan un torque que tiende a alinear 𝛍 con B0, produciendo una magnetización paralela a B0. Ejemplos de materiales paramagnéticos son el aire, aluminio, nitrógeno, titanio y sodio Como por ejemplo la heladera, o los clips de metal cuando se acerca un imán Diamagnetismo Materiales sin momento dipolar magnético permanente. Al aplicarse un campo magnético B0 se inducen momentos dipolares magnéticos en los átomos o moléculas. Sin embargo, los dipolos magnéticos inducidos se oponen a B0 Disminuye el campo magnético total Ejemplos de materiales diamagnéticos son el cobre y el helio, pero también la madera, el agua, el carbono y el hidrógeno. Esta categoría incluye a los principales componentes de un ser humano, somos mayoritariamente diamagnéticos. Torque magnético sobre una espira conductora de corriente F = I .b . B = El torque tiende a alinear con Trabajo para rotar espira desde qi hasta qf: Energía potencial magnética = image1.png image2.png image3.png image4.png image5.png image6.png image7.gif image8.png image9.png image10.jpeg image11.png image12.png image13.png image14.png image15.png image16.png image17.png image18.png image19.png image20.png image21.png image22.png image23.pngimage24.png image25.png image26.png image27.gif image28.png image29.jpeg image30.png image31.gif image32.gif image33.png image34.png image35.png image36.png image37.png image38.jpeg image39.png image40.png image41.png image42.png image43.gif image44.png image45.jpeg image46.png image47.png image48.png image49.png image50.png image51.png image52.png image53.png image54.png image55.jpeg image56.png image57.png image58.png image59.png image60.png image61.png image62.png image63.png image64.png image65.png image66.png image67.png image68.png image69.png image70.png image71.png image72.png image73.jpeg image74.png image75.png image76.png image77.png image78.png image79.png image80.png image81.png image82.png image83.png image84.png image85.png image86.png image87.png image88.png image89.png image90.png image91.jpeg image92.jpeg image93.png image94.jpeg image95.png
