UNIVERSIDAD NACIONAL DE COLOMBIASEDE PALMIRAFUNDAMENTOS DE MAGNETISMOFACULTAD DE INGENIERIA Y ADMINISTRACIONDEPARTAMENTO DE CIENCIAS BASICAS Profesor: CARLOS PITRE

Pero la naturaleza fundamental del magnetismo es la interaccin de cargas elctricas en movimiento. A diferencia de las fuerzas elctricas, que actan sobre cargas elctricas ya sea que estn en movimiento o no, las fuerzas magnticas actan slo sobre cargas en movimiento.Todo el mundo utiliza las fuerzas magnticas. Estn en el corazn de los motores elctricos, cinescopios de televisin, hornos de microondas, altavoces, impresoras de computadora y unidades de disco.

Los aspectos ms conocidos del magnetismo son los que asociamos con los imanes permanentes, los cuales atraen objetos de hierro no magnetizados y tambin atraen o repelen otros imanes.

Una aguja de brjula que se alinea con el magnetismo de la Tierra es un ejemplo de esta interaccin.

MagnetismoSNSNAtraccinSNSNRepulsin

MagnetismoSNSNSNQu ocurrir al cortar este imn?Quedan 2 Imanes, cada uno con su polo Norte y Sur. Hasta ahora no se ha encontrado un monopolo

EL CAMPO MAGNETICO DE LA TIERRA ES SIMILAR AL DE UNA BARRA IMANTADA, INCLINADA 11 GRADOS RESPECTO AL EJE DE GIRO

BrjulaNorte MagnticoSur MagnticoNorte GeogrficoSur GeogrficoCampo Magntico de la TierraEs equivalente el Uso de la Brjula a una Carta Geogrfica?Existen desviaciones respecto del Norte Geogrfico de hasta 25, en uno y otro sentido

DE DONDE PROVIENE EL MAGNETISMO DE LOS MATERIALES?NUEVAMENTE LA EXPLICACION PARTE DE LA ESTRUCTURA ATOMICA DELA MATERIA. LOS ELECTRONES TIENEN TRES MOVIMIENTOS A SABER: - DE TRASLACION - DE ROTACION - DE SPIN

LOS ELECTRONES TIENEN UN COMPORTAMIENTE QUE SUGIERE UN MOVIENTO GIRATORIO PERMANENTE CADA UNO ALREDEDOR DE SU PROPIOEJE. SE CREE QUE ESTA CARGA ROTATORIA CONSTITUYE UNA CORRIENTE YPOR TANTO UN DIPOLO MAGNETICO SUBMICROSCOPICO

EL MOVIMIENTO ORBITOIDE DE UN ELECTRON ALREDEDOR DEL NUCLEODE UN ATOMO CONSTITUYE TAMBIEN UNA CORRIENTE Y PRODUCE ADEMAS UN CAMPO MAGNETICO, AUNQUE MUCHO MAS DEBIL QUE EL CAMPO GIRATORIO. ESTOS DOS MECANISMOS ELECTRONICOS JUNTOS (ORBITOIDE Y GIRATORIO) EXPLICAN EL COMPORTAMIENTO MAGNETICO DE TODAS LASDIVERSAS FORMAS DE MATERIA, PORQUE NO EXISTE EN VERDAD TALCOSA COMO UN MATERIAL NO MAGNETICOMATERIALES MAGNTICOSEn la naturaleza, especialmente en los slidos, cuando se somete un material a un campo magntico aplicado aparecen propiedades diferentes, estas dependen de su estructura, su composicin, las fuerzas inter-atmicas, su anisotropa, etc. Los casos ms comunes son:a. DIAMAGNETICOS: Hay sustancias en donde las fuerzas inter-atmicas son tan pequeas que las propiedades magnticas se pueden calcular tratando los tomos como casi libres. Tal es el caso de los iones raros terrestres o de la mayora de los materiales diamagnticos.

b. PARAMAGNETICOS: Hay otras sustancias en donde los tomos presentan momentos magnticos permanentes pero las fuerzas inter-atmicas entre ellos son muy dbiles.c. FERROMAGNETICOS: En algunos slidos las fuerzas de intercambio tienden a alinear los spines en forma paralela y generar una magnetizacin permanente. Como es el caso del hierro, nquel y cobalto.d. ANTIFERROMAGNETICOS: En el caso en donde las fuerzas de intercambio tengan signo negativo los spines tienden a alinearse en forma antiparalela y destruyen su magnetismo naturale. FERRIMAGNETICOS: Tambin est el caso donde los spines se alinean de forma antiparalela pero sus magnitudes no sean iguales entonces si se produce una magnetizacin neta.

Es posible deducir que una carga en movimiento genera un campo magntico en el espacio que la rodea.Todo fenmeno magntico es producido por cargas elctricas en movimiento. Por ejemplo el campo magntico terrestre se produce por el movimiento de iones en el espacio entre el ncleo metlico de la Tierra y las siguientes capas o estratos lquidos.Luego si esto es as, al interior de un imn existen cargas en movimiento, en efecto, en la estructura atmica del imn existen cargas en movimiento que originan las propiedades magnticas que presenta.campo elctrico (E) cargas elctricas en reposo o en movimientocampo magntico (B) cargas en movimientoPor lo tanto si dos cargas estn en movimiento, se manifiesta, adems de una Fuerza Elctrica, una Fuerza Magntica

Fuerza sobre una carga en movimientoVamos a definir el campo magntico a partir de los efectos magnticos que una corriente o un imn natural producen sobre una carga en movimiento.Caractersticas de la interaccin magntica1.- El mdulo de la fuerza es proporcional al valor de la carga y al mdulo de la velocidad con la que se mueve.2.- La direccin de la fuerza depende de la direccin de dicha velocidad.3.- Si la carga tiene una velocidad a lo largo de una determinada lnea del espacio, la fuerza es nula.4.- Si no estamos en el caso (3), la fuerza es perpendicular a la velocidad y a las direcciones definidas en (3).5.- Si la velocidad forma un ngulo con dichas lneas, la fuerza depende del seno de dicho ngulo.6.- La fuerza depende del signo de la carga.

Representacin vectorialDefinimos el campo magntico dirigido a lo largo de las lneas de fuerza nula de forma que Fuerza de LorentzUnidadesS.I. Tesla (T)C.G.S. Gauss (G)1 T = 104 G

Regla de la Mano Derecha

Otras ObservacionesSi la Carga (q) crece la fuerza FB crece

Si la velocidad (v) aumenta, FB aumenta

Si el Campo Magntico es mayor, FB es mayorNotar que el campo magntico modifica la direccin de la partcula pero no su Energa Cintica

UnidadesDespejando el Campo Magntico B,Tesla [T], Unidad del campo magntico B en el Sistema InternacionalNikola Tesla (1856 1943) yugoeslavo, en 1883 construye el primer motor de induccinProducto vectorial entre los vectores velocidad y campo magntico

De la definicin de producto cruz se deducen varias cosas: 1) para que la partcula experimente fuerza magntica debe estar movindose 2) el Angulo formado por la velocidad y el campo magntico debe ser diferente de 0, 180 3) la direccin de la fuerza es perpendicular al campo y a la velocidad y se determina por la regla de la mano derechaEjemplo: Una partcula alfa ( carga = +2e) se mueve con una velocidad En una regin en la que el campo magntico es

Cul es la magnitud de la fuerza magntica que la partcula alfa experimenta?

SI EN UNA REGION EXISTEN TANTO UN CAMPO MAGNETICO COMO UN CAMPO ELECTRICO UNIFORMES ENTONCES UNA PARTICULA CARGADAQUE VIAJE A TRAVES DE ESTA REGION EXPERIMENTARA UNA FUERZA NETA DADA POR:LLAMADA FUERZADE LORENTZ

Un electrn tiene una velocidad inicial de y una aceleracin constante en una regin donde hay un campo elctrico y magntico constantes. Si , encuentre la magnitud del campo elctrico

Trayectoria de una carga en el seno de un campo Magntico

Si la partcula cargada que posee una componente de la velocidad paralela al campo magntico y otra perpendicular.Trayectoria helicoidalCaso mas general

1. Un Ion de sodio ( ) se mueve a travs de un campo B con una velocidad de 4x104m/s. Cul debe ser la magnitud del campo, si el in debe seguir una trayectoria con radio de 200mm.

Fuerza magntica sobre un Conductor de corriente RectoSupongamos un alambre situado en el interior de un campo magntico.El campo magntico interacciona con cada una de las partculas cargadas cuyo movimiento produce la corriente

Momento magntico sobre una espira de corriente Sobre cada lado recto: no producen ningn par por estar sobre la misma lnea de accinConstituyen un par defuerzas que tienden aprovocar un giro de laespira

Par sobre Espiras: Clculo del Momento

Momento Dipolar MagnticoMomento dipolar magntico de una espira plana:Unidades: (Amperio)(metro cuadrado)Para una espira de N vueltas:Momento del par sobre una espira plana:Es vlida para espiras planas, aunque no sean cuadradasSe cumple para cualquier orientacin del campoEl momento dipolar de una espira tiende a alinearsecon el campo magntico externo existente

Imanes en el interior de campos magnticosMagnitudes que caracterizan un imn

Energa potencial de un dipolo magnticoUn dipolo magntico tiene una energa potencial asociada con su orientacin en un campo magntico externo.Se define esta energa potencial como el trabajo que debe realizar un agente externo para hacer girar el dipolo desde su posicin de energa cero (a = 90) hasta una posicin a.Equilibrio estableEquilibrio inestable

La electricidad produce magnetismoHans Christian Oersted (1777-1851) Fsico y qumico(1820) Experimentos sobre el efecto producido en la aguja magntica por la corriente elctrica oersted: unidad de campo magntico

Oersted observa que la corriente elctrica, producida por una simple pila voltaica, provoca el giro de la aguja de una brjula prxima

Constantes de proporcionalidadFENOMENO ELECTRICO La fuente de campo elctrico es la carga puntual (q)

FENOMENO MAGNETICO La fuente para el campo magntico, es la carga mvil (qv) o un elemento de corriente ( ).

Lneas de campo magntico de una espira de corriente circular

Lneas de campo magntico creado por una corriente rectilnea

PROBLEMASEn la figura el cubo mide 40cm en cada lado. Cuatro segmentos de alambres ab, bc, cd-, y da forman un lazo cerrado que conduce una corriente I= 5A en la direccin mostrada. Un campo magntico B = 0.02T esta en la direccin positiva del eje Y. Determine la magnitud de la fuerza magntica sobre cada segmentoUn Ion positivo con una sola carga tiene una masa de 3.2x10-26Kg. Despus de que es acelerado a travs de una diferencia de potencial de 833V el Ion entra a un campo magntico de 0.92T de magnitud a lo largo de una direccin perpendicular a la direccin del elctrico. Calcule el radio de la trayectoria del Ion en esa regin.

El cubo de la figura tiene 75cm de longitud por lado, est en un campo magntico uniforme de 0.86T paralelo al eje de las x. El alambre abcdef conduce una corriente de 6.58 A en la direccin que se indica. A) encuentre la magnitud y direccin de la fuerza que actua sobre cada uno de los segmentos ab, bc, cd, de, y ef; b) cuales son la magnitud y direccin de la fuerza total que actua sobre el alambre?

Un alambre conductor que porta una corriente I se encuentra en un campo uniforme como muestra la figura. Obtener la fuerza neta sobre el conductor debida a la interaccin magntica

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