LA INTERACCIÓN ELECTROMAGNÉTICA UNIDAD Nº 7: EL CAMPO MAGNÉTICO 7.0.- Introducción. 7.1.- El magnetismo natural. Imanes. 7.1.1- Experimento de Öersted. 7.1.2.- El magnetismo terrestre. 7.2.- El campo magnético. Descripción del campo magnético. 7.2.1.- Vector inducción magnética. Unidades 7.2.2.- Representación del campo magnético. Líneas de campo. 7.3.- Fuentes del campo magnético. 7. 3. 1.- Campo magnético creado por un elemento de corriente. Ley de Biot y Savart. 7. 3. 2.- Circulación del campo magnético. Ley de Ampère. 7. 3. 3.- Campo magnético creado por: un conductor rectilíneo, una espira y un solenoide. 7.4.- Acción de campos magnéticos sobre cargas eléctricas en movimiento. 7.4.1.- Fuerza sobre una carga en movimiento. Ley de Lorentz. Aplicaciones 7.4.2.- Fuerza sobre un elemento de corriente. 7.4.3.- Fuerza sobre un conductor rectilíneo, sobre una espira y sobre una bobina. 7.4.4.- Fuerza entre conductores paralelos. Definición de amperio. 7.5.- Comportamiento de la materia en campos magnéticos. 7.5.1.- Teoría electrónica del magnetismo

MAGNETISMO E IMANES Permanentes Temporales Artificiales Naturales EXPERIMENTO DE OERSTED

EL CAMPO MAGNÉTICO

EL VECTOR INDUCCIÓN MAGNÉTICA “B” Para definir el campo magnético utilizamos la acción de éste sobre una carga, “q” (Analogía con el campo eléctrico). Experimentalmente se comprueba que si la carga permanece en reposo el campo magnético no ejerce ninguna fuerza sobre ella. Sin embargo, cuando la carga se mueve con una velocidad v actúa sobre ella una fuerza, F Las características de dicha fuerza son: Es proporcional al módulo de la velocidad El valor, dirección y sentido de la fuerza dependen de la dirección y sentido de la velocidad Si la velocidad de una partícula está dirigida a lo largo de una determinada dirección la fuerza es nula El módulo de la fuerza depende del ángulo que forman el vector velocidad y el campo magnético. Cuando ambos tienen la misma dirección, la fuerza es nula; por el contrario, la fuerza es máxima cuando son perpendiculares. Si forman un ángulo  la fuerza es proporcional al sen . La fuerza sobre una carga negativa es de sentido opuesto a la ejercida sobre una carga positiva que se mueva con la misma velocidad F B q + q v UNIDADES DE B: B (=) T Tesla

REPRESENTACIÓN DEL CAMPO MAGNÉTICO FUERZA DE LORENTZ REPRESENTACIÓN DEL CAMPO MAGNÉTICO 1.- Campo magnético saliente: 2.- Campo magnético entrante: B B · · · · · x x x x x x x x x x

F = 0 MOVIMIENTO DE CARGAS ELÉCTRICAS EN CAMPOS MAGNÉTICOS (I) 1.- La velocidad “v” y el campo “B” son paralelos: F = 0 La partícula seguirá con un movimiento rectilíneo uniforme B + v

MOVIMIENTOS DE CARGAS ELÉCTRICAS EN CAMPOS MAGNÉTICOS (II) 2.- La velocidad “v” y el campo magnético “B” son perpendiculares B v v F r B F B O x F B F v + v q

MOVIMIENTOS DE CARGAS ELÉCTRICAS EN CAMPOS MAGNÉTICOS (II) B x x x x x x x x x x x F = q v x B; F B F + v v · · · · · · · · · · · · B q < 0 F v F B - v

MOVIMIENTOS DE CARGAS ELÉCTRICAS EN CAMPOS MAGNÉTICOS ( III ) 3.- La velocidad “v” y el campo magnético “B” son oblicuos B vx vz v a F

EXPERIMENTO DE OERSTED

CAMPO MAGNÉTICO CREADO POR: A) Un conductor rectilíneo. Ley de Biot y Savart. I r r Ley de Biot y Savart Ley de Biot y Savart B) Un conductor circular El campo B es perpendicular a todos los elementos de corriente en que podemos descomponer la espira por ser perpendicular al plano que la contiene. I r I

CAMPO MAGNÉTICO CREADO POR: C) UN SOLENOIDE El campo magnético en el interior del solenoide vale: D) UN TOROIDE

Circulación del campo magnético. Ley de Ampère. Ley de Biot y Savart A partir de esta expresión de Biot y Savart Ampère estableció en 1826 una relación general entre el campo magnético B y la intensidad de corriente, independientemente de la forma del conductor Aplicación para el caso del campo creado por una corriente rectilínea: 14

EXPERIMENTO DE J J THOMSON

SELECTOR DE VELOCIDADES x x x x x x x x x x x B + v E Fm B v Fe

EL CICLOTRÓN Oscilador Para media vuelta: Fuente de protones Trayectoria del protón Oscilador Fuente de protones Salida Para media vuelta:

EL ESPECTRÓMETRO DE MASAS

EL ESPECTRÓMETRO DE MASAS

DETERMINACIÓN EXPERIMENTAL DE LA COMPONENTE HORIZONTAL DEL CAMPO MAGNÉTICO TERRESTRE Componente horizontal del campo magnético terrestre a Componente del campo magnético creado por la espira al paso de la corriente BT B a

En cierto laboratorio se quiere determinar la componente horizontal del campo magnético terrestre. Para ello se coloca una brújula que se orienta en la dirección del mismo. En dicho lugar se coloca ahora una bobina circular formada por 20 espiras de 20 cm2 de sección, en un plano vertical, por la que circula una corriente de 0,9 A. Como consecuencia de ello, la dirección indicada por la brújula inicialmente sufre una desviación de 60 º. A partir de estos datos determine la componente horizontal del campo magnético terrestre, suponiendo que la brújula se coloca en su centro.

Acción de un campo magnético sobre un conductor. x x x x x Ley de Laplace: Acción de un campo magnético sobre una espira. I

ACCIONES ENTRE CORRIENTES

DEFINICIÓN DE AMPERIO EN EL SI Un amperio es la intensidad de corriente que, circulando por dos conductores rectilíneos y paralelos, separados entre sí por 1 m de distancia, ejerce sobre cada uno de ellos una fuerza de 2 x 10 -7 N por cada metro de longitud de conductor.

b) Si tienen sentido contrario; Dos conductores rectilíneos, muy largos y paralelos, distantes entre si 10 cm, están recorridos por corrientes eléctricas de 1.5 y 3 A. Hallar la inducción magnética en un punto equidistante de ambos conductores y coplanario con ellos: a) Si ambas corrientes tienen el mismo sentido; b) Si tienen sentido contrario; c) En este último caso calcule la fuerza por unidad de longitud ejercida sobre cada conductor (B= 6 10-6 T; B = 1.8 10-5T ) a) b) Si tienen sentido contrario;

c) En este último caso calcule la fuerza por unidad de longitud ejercida sobre cada conductor

Calcular el valor de la intensidad de campo magnético B, en el punto A , que está situado a 20 cm de cada uno de los dos conductores coplanarios indicados en la figura , por los que circulan, respectivamente, 20 y 30 A. A 30 A A 20 A 20 A 30 A

TEORÍA ELECTRÓNICA DEL MAGNETISMO

TEORÍA ELECTRÓNICA DEL MAGNETISMO Sustancia mr m Cobre Plata 0.99 10-7 12.566 10-7 Cromo Manganeso 1 12.5664 10-7 Hierro Supermalloy 5000 105 62831 10-7 4 p 105 10-7

TIPOS DE SUSTANCIAS SEGÚN SUS PROPIEDADES MAGNÉTICAS Se denomina temperatura de Curie a la temperatura por encima de la cual un cuerpo ferromagnético pierde su magnetismo, comportándose como un material puramente paramagnético.Por ejemplo: Sustancia Tc (K) Cobalto ………….... 1.388 Hierro …………… 1.042 Níquel ………….. 627

La unidad de flujo en el S I es el FLUJO MAGNÉTICO Se denomina flujo magnético al nº de líneas de campo que atraviesan normalmente una superficie Si la superficie no es perpendicular al campo: Para una superficie cualquiera hay que calcular la integral de superficie: La unidad de flujo en el S I es el Weber que es equivalente a un Tesla por metro cuadrado; 1 Wb = 1 T · 1 m2

LEY DE GAUSS PARA EL CAMPO MAGNÉTICO FLUJO MAGNÉTICO LEY DE GAUSS PARA EL CAMPO MAGNÉTICO Si bien habíamos visto la existencia de cargas eléctricas + y – independientes, no existen polos magnéticos aislados. O sea, no hay monopolos magnéticos independientes. Lo anterior implica que las líneas de campo magnético son cerradas, saliendo al exterior del polo norte y entrando por el polo sur. En el interior del imán, van de sur a norte. Por tanto, el flujo neto de líneas de campo que atraviesa una superficie cerrada es siempre cero: Nª de líneas entrantes = Nº de líneas salientes Esto es la ley de Gauss para el magnetismo, que se expresa:

INDUCCIÓN ELECTROMAGNÉTICA EXPERIENCIAS DE FARADAY

v B

Se tiene un conductor en forma de U sobre el que se desliza una varilla metálica, a b, y un campo magnético B = 0,5 T perpendicular al plano del dibujo y hacia adentro. Sabiendo que la anchura de la U es l = 10 cm calcule el valor de la fem inducida en el circuito si la velocidad de la varilla es 1m/s. Determine en qué sentido circula la corriente I v I + I

2º.- Un conjunto de 2000 espiras cuadradas de 3 cm de lado y 42 W de resistencia están situadas verticalmente en el plano YZ. Un campo magnético B las atraviesa perpendicularmente y hacia adentro de su plano (hacia valores negativos del eje X). Si aumenta de 2 T hasta 5 T en 1,5 s, calcule las fem y la intensidad de la corriente inducida. Deduzca el sentido de la corriente. Z Y X · · · + + + + + + + + + + + +

GENERADOR DE CORRIENTE ALTERNA Según la ley de Lenz – Faraday:

AUTOINDUCCIÓN Como el campo magnético es proporcional a la intensidad de la corriente y el flujo magnético es proporcional al campo, el flujo es proporcional a la intensidad de la corriente.

Un conductor recto de longitud, l = 10 cm, está suspendido en posición horizontal de dos muelles iguales y oscila en un plano vertical con u período de 0.2 s y con una amplitud de 1 cm en el seno de un campo magnético uniforme, B = 2 T horizontal y perpendicular al conductor. Determine la expresión de la fem inducida y la fem máxima. l Dy

TRANSFORMADORES Si N2 > N1 ----- V2 > V1 P = I V

Como N2 < N1 ----- V2 < V1 A) 3. 61.-Un transformador consta de una bobina primaria de 200 espiras y una secundaria de 50 espiras; A) ¿Cuál será su función: elevar o reducir el voltaje? B) Si la tensión de entrada es de 125 V, ¿cuál será la de salida? C) si la intensidad de la corriente de entrada es de 50 mA, ¿cuánto valdrá en el secundario? V2 Como N2 < N1 ----- V2 < V1 A) B) C)

PRODUCCIÓN Y TRANSPORTE DE LA CORRIENTE ELÉCTRICA

TIPOS DE CENTRALES ELÉCTRICAS

CENTRAL HIDROELÉCTRICA http://www.unesa.es/graficos.htm

CENTRAL TERMOELÉCTRICA http://www.unesa.es/graficos.htm

CENTRALES DE CICLO COMBINADO http://www.unesa.es/graficos.htm

CENTRAL NUCLEAR http://www.unesa.es/graficos.htm

CENTRAL EÓLICA http://www.unesa.es/graficos.htm

CENTRAL SOLAR http://www.unesa.es/graficos.htm

DISTRIBUCIÓN DE LA ELECTRICIDAD

ECUACIONES DE MAXWELL.

ECUACIONES DE MAXWELL. 1ª .- Ley de Gauss del campo eléctrico. 2ª .- Ley de Gauss del magnetismo 3ª.- Ley de Faraday - Lenz. 4ª .- Ley de Ampere y Maxwell.

La luz como onda electromagnética En el año 1865, J. C. Maxwell propuso una nueva teoría sobre la naturaleza de la luz, al postular que el origen de la luz está en vibraciones eléctricas, no mecánicas. Estas vibraciones dan lugar a ondas electromagnéticas. Las ondas consisten en un campo eléctrico y uno magnético que se propagan en el espacio, mutuamente perpendiculares, y a la velocidad de la luz. Las ecuaciones de dichos campos son: E = c B

La luz como onda electromagnética

El espectro electromagnético