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INTERACCIÓN MAGNÉTICA. Introducción Los griegos sabían que la magnetita tenía la propiedad de atraer piezas de hierro En el siglo XII se utilizaban los.

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1 INTERACCIÓN MAGNÉTICA

2 Introducción Los griegos sabían que la magnetita tenía la propiedad de atraer piezas de hierro En el siglo XII se utilizaban los imanes para la navegación 1269: Maricourt descubre que una aguja en libertad en un imán esférico se orienta a lo largo de líneas que pasan por puntos extremos (polos del imán) 1600: Gilbert descubre que la Tierra es un imán natural

3 Campo magnético Un imán altera las propiedades del espacio que lo rodea (ver las limaduras de Fe espolvoreadas a su alrededor). a)Los polos magnéticos no pueden separarse. b) El campo magnético de un imán se representa mediante líneas de fuerza cerradas que salen del polo N y entran por el polo S. c) Para representar la intensidad del campo magnético en un punto se utiliza el vector B. B B B B

4 Diferencias entre las líneas de campo eléctrico y las líneas de campo magnético Las líneas de campo eléctrico empiezan en las cargas positivas y acaban en las negativas, mientras que las del campo magnético son líneas cerradas

5 ESTRELLA POLAR

6 1820: Oersted observa una relación entre electricidad y magnetismo consistente en que cuando colocaba la aguja de una brújula cerca de un alambre por el que circulaba corriente, ésta experimentaba una desviación. Así nació el Electromagnetismo - Una corriente eléctrica (cargas eléctricas en movimiento) produce un campo magnético- - Los imanes y las corrientes eléctricas son fuentes generadoras de campos magnéticos. - Los campos magnéticos son producidos por cargas eléctricas en movimiento + - S N I Experiencia de Oersted

7 Las cargas que se mueven son la fuente del campo magnético - + I=0 I

8 FUENTES DEL CAMPO MAGNÉTICO

9 A Campo magnético creado por cargas puntuales en movimiento Ley de Biot-Savart o k m = o Permeabilidad magnética del vacío = (S.I.) La fuente de campo gravitatorio es la masa (m). La fuente de campo eléctrico es la carga puntual (q), mientras que, para el campo magnético, es la carga en movimiento (qv). (S.I.) + v P E B urur 90º Unidad de B en el S.I. Tesla(T)

10 Analogías y diferencias entre E y B Analogías Ambos decrecen con el cuadrado de la distancia. Tienen una constante de proporcionalidad definida. Diferencias La dirección de es radial, mientras que la de es perpendicular al plano que contiene a qv y r. Comparación entre y 1.- Constante dieléctrica del medio ( ) SI () la interacción eléctrica () 2.- Permeabilidad magnética del medio ( ) SI () la interacción magnética () Actividad: Conocido el valor de o y o en el Sistema Internacional ¿cuánto vale ?

11 - v. B E A B E

12

13 B Campo magnético creado por una corriente rectilínea infinita d

14 REGLA DE LA MANO DERECHA N S N S B

15 espira N S

16 C Campo magnético creado por una espira de corriente en su centro SN ESPIRA=dipolo

17 N S l D Campo magnético creado por un solenoide Se puede considerar como una serie de N espiras circulares situadas paralelamente que transportan la misma corriente (I).

18 Fuerza sobre una carga en movimiento Vamos a estudiar los efectos magnéticos que un imán natural o una corriente I que circula por: un hilo conductor, una espira, un solenoide o un electroimán, producen sobre una carga en movimiento. Características de la interacción magnética 1.- Para determinar si en un punto del espacio existe un capo magnético de intensidad B, utilizaremos una magnitud activa qv. 2.- Por analogía con las interacciones eléctrica y gravitatoria, apareciendo un producto vectorial al ser v y B vectores:

19 Fuerza de Lorentz Cuando una partícula cargada y en movimiento penetra en una región en la que existen un campo eléctrico y otro magnético, estará sometida a dos fuerzas Fuerza de Lorentz generalizada + B v FmFm - B v FmFm

20 Movimiento de cargas en el seno de un campo magnético Partícula cargada que entra perpendicular al campo magnético.- R B aNaN v B F m plano (v,B) MCU FmFm y x z v B FmFm Partícula cargada que entra paralela al campo magnético.- v II B F m = 0 v= cte MRU + v B

21 La partícula cargada posee una componente de la velocidad paralela al campo magnético y otra perpendicular. vyvy vxvx Partícula cargada que entra oblicua al campo magnético. v y x z - vyvy FmFm v./ B MRU + MCU Trayectoria helicoidal

22 Acelerador general de partículas Va Vb 2 Selector de velocidad 3 Espectrómetro de masas F m =|q|vB 1 F E =|q|E B1B1 B2B2 Selector de velocidad R + v RELACIÓN CARGA-MASA EN PARTÍCULAS SUBATÓMICAS

23 Fuerza magnética sobre un elemento de corriente Supongamos un hilo conductor, situado en el interior de un campo magnético B, por el que circula una corriente I. El campo magnético interacciona con cada una de las partículas cargadas cuyo movimiento produce la corriente L B

24 Fuerza entre corrientes paralelas X y x z I1I1 I2I2 d R S B2B2 B1B1 B1B1 I2LI2L F 21 F 12 F 21 - Las corrientes paralelas, en sentidos contrarios, SE REPELEN - Las corrientes paralelas, en el mismo sentido, SE ATRAEN y x z F 12 B2B2 I1LI1L

25 R I a b r DIFERENCIAS ENTRE LA f.e.m. Y LA d.d.p. - Para que las cargas eléctricas circulen a través de un circuito cerrado, se precisa de un generador de corriente. - El generador de corriente transforma energía no eléctrica en energía eléctrica. -Las características de un generador son: La fuerza electromotriz ( ) la resistencia interna (r). -La fuerza electromotriz es la magnitud capaz de mantener una diferencia de potencialdiferencia de potencial entre dos puntos de un circuito y de producir una corriente eléctrica en un circuito cerrado.

26 DIFERENCIAS ENTRE LA f.e.m. Y LA d.d.p (2). - La d.d.p. = al trabajo realizado por la fuerza eléctrica al desplazar una carga positiva entre dos puntos del circuito exterior. - La f.e.m. = al trabajo realizado por un generador – consumiendo energía no eléctrica – al transportar una carga positiva del polo (-) al polo (+), dentro del generador.

27 Ley de Faraday-Henry -A principios de la década de 1830, Faraday en Inglaterra y Henry en U.S.A., descubrieron de forma independiente, que un campo magnético induce un movimiento de cargas (una corriente I) en un conductor, siempre que el campo magnético sea variable. Las fuerzas electromotrices y las corrientes causadas por los campos magnéticos variables, se llaman fem inducidas ( i ) y corrientes inducidas (I i ). - Al proceso se le denomina inducción electromagnética. -El flujo magnético es igual al número de líneas del campo magnético que atraviesan una superficie dada. Unidad S.I. (weber =Wb) 1Wb = 1T.1m 2 Si se trata de una bobina:

28 Enunciado de la ley de Faraday-Henry -Un flujo magnético variable produce una fem inducida en una espira. - La fem inducida ( i ) en un circuito es proporcional a la variación temporal del flujo magnético que lo atraviesa. - La fem inducida i es la magnitud responsable de la corriente inducida (I i ).

29 Ley de Lenz - El sentido de la corriente inducida (I i ) es tal que el campo magnético inducido (B i ) por dicha corriente se opone a la variación del flujo que lo origina. - Es una respuesta de ACCIÓN-REACCIÓN, al campo magnético inductor o externo (B). La corriente inducida se debe al movimiento relativo entre el imán y la espira. Ley de Faraday-Henry_ experiencias de inducción electromagné- 1.failed-conv.flv BiBi BiBi B B En reposo IiIi IiIi

30 SENTIDO DE LA CORRIENTE INDUCIDA

31 Formas de inducir una corriente 1.- Variando la intensidad del campo magnético 2.- Variando el tamaño de la superficie atravesada por líneas de campo. 3.- Variando la orientación de la espira en el campo magnético al hacerla girar a constante (MCU).

32 Fuerza electromotriz inducida al variar el tamaño de la superficie atravesada, siendo B y constantes.- Una varilla conductora se desliza a lo largo de dos conductores que están unidos a una resistencia. El flujo magnético varía porque el área que encierra el circuito también lo hace. L S

33 IiIi L BiBi a) Como S() m () por tanto B i se opone a dicho aumento, creando una I i como indica la figura. b) Dicha I i estará sujeta a una F m : c) La relación entre I i y I i I viene dada: y x z IiLIiL B FmFm FmFm

34 Una bobina girando en el seno de un campo magnético constante puede generar una corriente alterna. Posición relativa de la espira respecto al campo Oscilaciones de la fem y del flujo Fuerza electromotriz inducida al variar la orientación de una espira en un campo magnético uniforme, siendo B y S constantes S t(s) 0 T/4 2T/4 3T/4 4T/4 Una bobina girando en el seno de un campo magnético constante puede generar una corriente alterna.

35 Posición relativa de la espira respecto al campo Oscilaciones de la fem y del flujo S t(s) 0 T/4 2T/4 3T/4 4T/4

36 Corriente alterna con Resistencia (R) La intensidad y la caída de potencial en la resistencia oscilan en fase.

37 El fenómeno de la autoinducción Toda corriente de intensidad variable que circule por un conductor INDUCE una f.e.m. en el propio conductor que se opone a la variación que la produce. El fenómeno se denomina AUTOINDUCCIÓN. Se presenta en dos circunstancias: a) En circuitos de corriente continua, durante el cierre y apertura. b) En circuitos de corriente alterna, en todo instante al variar la intensidad sinusoidalmente en función de t.

38 I t 0 Io cierre apertura Circuito de corriente continua

39 Circuito de corriente alterna Coeficiente de Autoinducción L Existe una relación entre el flujo que atraviesa un circuito y la corriente que recorre el mismo. L: Coeficiente de autoinducción del circuito. Unidad en S.I.: Henrio (H) Si la corriente varía, también lo hace el flujo magnético y por la Ley de Faraday-Lenz aparece una fuerza electromotriz autoinducida Autores Mar Artigao Castillo, Manuel Sánchez Martínez Dpto de Física Aplicada, Escuela Politécnica Superior de Albacete (UCLM)

40 Un solenoide con muchas vueltas posee una gran autoinducción, y en los circuitos se representa como

41 TRANSFORMADORES - Dispositivo encargado de transformar voltajes de mayor a menor o viceversa. -La función del núcleo de Fe es la de guiar las líneas del campo magnético de modo que el flujo que atraviesa las espiras de la bobina primaria N 1 y las de la secundaria N 2 sea el mismo. Bobina primaria Bobina secundaria V2V2

42 - El voltaje inducido en cada una de las bobinas: -Si no hay pérdidas de potencia, y como P=VI:


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