MÓDULO 3 ELECTROMAGNETISMO

Presentación del tema: "MÓDULO 3 ELECTROMAGNETISMO"— Transcripción de la presentación:

1 MÓDULO 3 ELECTROMAGNETISMO
M. Sc. Luz Aída Sabogal Tamayo Semestre 2012_20

2 MÓDULO 3: ELECTROMAGNETISMO
MAGNÉTOSTÁTICA: Fuentes de campo magnético Ley de Biot – Savart Ley de Ampere Fuerzas ejercidas por los campos magnéticos a: Cargas en Movimiento: movimiento de cargas eléctricas en campo magnéticos y aplicaciones a Corrientes eléctricas Momento de Torsión magnético: efecto de rotación producido por fuerzas magnéticas Flujo eléctrico MAGNETODINÁMICA: Ley de Michael Faraday - Joseph Henry Fem de movimiento Campo eléctrico inducido Energía magnética almacenada e Inductores Ley de Ampere Maxwell Leyes fundamentales del Electromagnetismo

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4 FUENTES DE CAMPO MAGNÉTICO
Imanes naturales Corrientes eléctricas “Toda carga en movimiento produce a su alrededor campo magnético” Campos eléctricos variables en el tiempo

5 La Unidad de Camp Magnético en el MKS es la Tesla [T] una T= N/Am
Valores típicos de Campo Magnético: Campo Magnético en Medellín 0,3 X10 -4 T Imán de laboratorio 2.5 T Imán de superconductores 25 T Campo generado por una I de 0,2 A, en una bobina cuadrada de 9 espiras 10 µT Campo generado por una I de 0,2 A, en una bobina circular de 3400 espiras 5,7mT

6 = permeabilidad magnética del vacío
LEY DE BIOT - SAVART Campo producido por una carga en movimiento Donde: q = carga en movimiento = velocidad de la carga = Dirección del vector posición = permeabilidad magnética del vacío

7 mo / 2p = km = 2*10-7 T-m / A Þ mo = 4p*10-7 T-m / A
LEY DE BIOT - SAVART Campo producido por una carga en movimiento dB = km (IdS r) / r2 ^ mo / 2p = km = 2*10-7 T-m / A Þ mo = 4p*10-7 T-m / A dB = (mo/4p) (IdS r) / r2 ^

8 LEY DE BIOT - SAVART Ejercicio de campo magnético generado por una carga eléctrica en movimiento Una carga puntual de 6 μC, se desplaza con velocidad constante de 8x106 m/s en dirección +y. En el instante en que la carga se encuentra en el origen del sistema de referencia. Hallar el vector campo magnético en: a) (0.5, 0,0)m b) (0, -0.5, 0.5)m 1.92x10-5 T ; 6.79x10-6 T

9 LEY DE BIOT - SAVART Campo producido por una corriente eléctrica que circula por una alambre

10 LEY DE BIOT - SAVART Campo magnético generado por una corriente que circula en un alambre recto

11 LEY DE BIOT - SAVART Campo magnético generado por una corriente que circula en un alambre recto de LONGITUD INFINITA

12 LEY DE BIOT - SAVART Campo magnético generado por una corriente que circula en una ESPIRA CUADRADA de lado d La espira cuadrada, se modela como cuatro alambres rectos El alambre recto se toma de LONGITUD FINITA.

13 LEY DE BIOT - SAVART Campo magnético generado por una corriente que circula en una ESPIRA CIRCULAR de radio a

14 LEY DE BIOT - SAVART Campo magnético en un punto sobre el eje de simetría de la espira circular Campo magnético en el centro de la espira circular, esto es para x=0

15 Campo magnético de dos alambres con corriente

16 Ejercicio de comprensión
Un alambre de cobre lleva una corriente de 125 A, a un tanque de galvanoplastia. Encuentre el campo magnético generado por un segmento de 1,0 cm. de este alambre en un punto situado a 1,2 cm. de él, si el punto es a) el punto P1, directamente hacia fuera a un costado del segmento. B) el punto P2 sobre la línea a 30 º del segmento ver figura

17 Campo generado por las Bobinas de Helmholtz
Dos bobinas iguales, separadas una distancia igual a su radio medio

18 FUERZA DE UN CAMPO MAGNÉTICO SOBRE UNA CARGA ELÉCTRICA

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20 FUERZA MAGNÉTICA SOBRE UN CONDUCTOR QUE TRANSPORTA UNA CORRIENTE

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22 MOVIMIENTO DE PARTÍCULAS CON CARGA EN UN CAMPO MAGNÉTICO

23 FUERZA MAGNÉTICA SOBRE UN CONDUCTOR
Un alambre de cobre transporta una corriente de 50A, en una región donde hay un campo magnético hacia el noreste de 1,20T. Encuentre la fuerza sobre una sección de 1m? Cómo se debe orientar para que la fuerza sea máxima. Cuál es la fuerza magnética sobre los 3 segmentos de alambre?

24 TORQUE O MOMENTO DE TORSIÓN SOBRE UNA ESPIRA DE CORRIENTE

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26 MOTOR DE CORRIENTE CONTÍNUA

27 LEY DE AMPERE

28 APLICACIÓN DE LA LEY DE AMPERE
Un conductor cilíndrico de radio R transporta una corriente I. La Corriente se distribuye uniformemente en toda el área o sección transversal del conductor. Halle el campo magnético en función de la distancia r al eje del conductor, en puntos situados en (r<R) y (r> R) Dado que

29 CAMPO MAGNÉTICO EN EL INTERIOR DE UN SOLENOIDE
Hallar el campo magnético en el interior de un solenoide. Se elige un trayecto de integración rectangular abad, el lado ab de longitud L, es paralelo al eje del solenoide, se supone que cd y ad son muy largos

30 Gráfica del campo en un solenoide

31 CAMPO MAGNÉTICO EN UNA BONINA TOROIDAL
La corriente encerrada por la trayectoria 1 es cero entonces el campo magnético es cero La trayectoria tres, cada espira el devanado pasa dos veces a través del área limitada por este trayecto, transportando corrientes iguales en sentidos opuestos, entonces la corriente neta encerrada es cero La corriente encerrada por la trayectoria 2 es:

32 Inducción electromagnética
Flujo Magnético Ley de Faraday – Henry Ley de Lenz y la conservación de la Energía Fem de movimiento Campo eléctrico inducido Corrientes parasitas Inductancia e inductores Energía Magnética

33 LÍNEAS DE CAMPO MAGNÉTICO

34 FLUJO MAGNÉTICO Una superficie plana de 3,0 cm2 en un campo magnético uniforme. Si el flujo magnético a través de esta área es de 0,90 mWb, calcule la magnitud del campo magnético y halle la dirección del vector área

35 LEY DE GAUSS PARA CAMPO MAGNÉTICO

36 INDUCCIÓN ELECTROMAGNÉTICA

37 LEY DE LENZ

38 FEM DE MOVIMIENTO

39 FEM DE MOVIMIENTO ( Ejemplo 29.10) Suponga que la longitud L es de 0,10 m la velocidad v es de 2,5 m/s la resistencia total de la espira es de 0,030Ω y B es 0,60T. Encuentre ε, la corriente inducida y la fuerza que actúa sobre la barra ( Ejemplo 29.12) Suponga que el solenoide tiene 500 espiras por metro y la corriente en sus devanados aumenta a razón de 100 A/s. El área de sección transversal del solenoide es de 4,0 cm2 4,0x10-4 m2. a) Encuentre la magnitud de la fem inducida en la espira de alambre externa al solenoide. B9 Halle la magnitud del campo eléctrico inducido en el interior de la espira si el radio de esta es de 2,0 cm.

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41 Alternador simple

42 Campos Eléctricos Inducidos
Un solenoide tiene 500 espiras por metro y la corriente crece a razón de 100 A/s. El área transversal es del 4 cm2. Encuentre la femi en la espira concéntrica con el solenoide. Calcule la magnitud del campo eléctrico inducido dentro de la espira, si su radio es de 2 cm

43 CAMPOS ELÉCTRICOS INDUCIDOS

44 Dinámo de disco de Faraday
Un disco conductor de radio R yace en el plano xy y gira con una velocidad angular w constante en torno al eje z. El disco está en un campo magnético uniforme y paralelo al eje z. Halle la fem inducida entre el centro y el borde del disco

45 CORRIENTES PARÁSITAS

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47 Corrientes de Eddy Las corrientes de eddy son inducidas en piezas sólidas de metal que se mueven en campos magnéticos En muchos casos las corrientes de eddy son indeseables porque representan una transformación de energía mecánica en energía interna

48 La corriente de Eddy es en sentido antihorario cuando la placa entran al campo.
Van en sentido horario cuando la placa sale del campo. La Corriente inducida de Eddy, produce un campo magnético que frena la fuerza y la placa oscilante se para.

49 Para reducir la energía perdida por las corrientes de eddy, las partes conductoras pueden
Ser un conjunto de capas separadas por un material no conductor Have slots cut in the conducting plate Ambos sistemas evitan grandes corrientes cirulares e incrementan la eficiencia del dispositivo

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51 CORRIENTE DE DESPLAZAMIENTO

52 ECUACIONES DE MAXWELL

53 AUTOINDUCTANCIA

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57 ENERGIA DEL CAMPO MAGNÉTICO
Energía almacenada en un inductor Densidad de energía magnética en el vacío Densidad de energía magnética en un material

58 ¿Qué inductancia sería necesaria para almacenar 1,00 KW
¿Qué inductancia sería necesaria para almacenar 1,00 KW.h de energía en una bobina que conduzca una corriente de 200A? Calcule la inductancia de un solenoide y que tiene núcleo de aíre. Calcule la inductancia si N= 300 vueltas la l es de 25 cm y el área de la sección transversal es de 4,0 cm2. Calcule la femi si la corriente que circula por el solenoide, decrece a razón de 50 A/s. Calcule la femi si la corriente que circula por el solenoide, crece a razón de 30 A/s y qué energía habrá almacenado el solenoide al cabo de 4 segundos?

59 INDUCTANCIA MUTUA

60 INDUCTANCIA INDUCTANCIA MUTUA AUTOINDUCTANCIA

61 INDUCTANCIA En una bobina de tesla, un solenoide de longitud l y área de sección transversal A tiene un devanado compacto de N1espiras de alambre. Una bobina de N2 espiras lo rodea a la altura de su centro. Halle la inductancia mutua. Suponga l=50 cm., A =10 cm2, N1=1000espiras y N2 10 espiras

62 ENERGIA DEL CAMPO MAGNÉTICO

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