ELECTROMAGNETISMO (II) CAMPO MAGNÉTICO

Corriente eléctrica

Ley de Ohm Aplicamos una diferencia de potencial V A -V B entre dos puntos de un conductor. Las cargas se aceleran, provocando una intensidad de corriente proporcional a la ddp. R = resistencia del conductor

Imanes POLOS DE UN IMÁN Una aguja magnética que puede oscilar libremente sobre su apoyo se orienta siempre en una dirección que aproximadamente corresponde al norte geográfico. Al extremo de la aguja que señala el norte geográfico se la llama POLO NORTE del imán. Al otro extremo, POLO SUR. IMÁN: cuerpo que posee la propiedad de atraer trozos de hierro Imán natural: magnetita Imanes artificiales

Campo magnético creado por un imán Un imán altera el espacio que lo rodea apareciendo una nueva propiedad: los trozos de hierro son atraídos y las limaduras de hierro se orientan siguiendo las líneas de inducción o de campo B. Las limaduras de hierro se van orientando hasta que finalmente quedan dibujadas las líneas del campo magnético Las líneas de B salen del polo N y entran por el polo S. Son líneas cerradas.

Cada vez que partimos un imán, se genera un nuevo imán con su polo N (por donde salen las líneas de B) y su polo S (por donde entran las líneas de B).  No podemos aislar los polos de un imán ¿Qué pasa al partir un imán? 6

¿Por qué no se pueden conseguir imanes con un solo polo? Un material magnético puede considerarse como un conjunto de dipolos magnéticos, cada uno con su polo N y S Microscópicamente, cada dipolo es realmente una espira de corriente que no puede dividirse en polos individuales Una espira siempre tiene un polo N y un polo S: por una cara entra B y por otra sale.  No se puede obtener un polo N o S aislado =Imán elemental correspondiente a un átomo

Las cargas en movimiento: fuentes del campo magnético Tras el experimento de Oersted queda demostrado que lo que origina un campo B son las cargas en movimiento y, por tanto, las corrientes eléctricas. En el interior de la materia existen pequeñas corrientes cerradas debidas al movimiento de los electrones que contienen los átomos, cada una de ellas origina un microscópico imán o dipolo. Cuando estos pequeños imanes están orientados en todas direcciones sus efectos se anulan mutuamente y el material no presenta propiedades magnéticas; en cambio si todos los imanes se alinean actúan como un único imán y en ese caso decimos que la sustancia se ha magnetizado.

Líneas de campo magnético creado por una corriente rectilínea

Campo B creado por una espira circular de corriente En el centro de la espira: Las líneas salen por una cara (cara Norte) y entran por la otra (cara Sur)

Experimento para hacer en casa: caras de una espira Cara SUR de la espiraCara NORTE de la espira Toma una hoja transparente o de papel vegetal. Por una de las caras dibuja una espira, con la corriente girando en una dirección. Después dibuja la espira por el anverso (tal como se transparenta). Depende de por qué lado la mires, verás la cara norte o sur de la espira. Pero nunca podrás obtener una espira que tenga dos caras N o S.

Campo magnético creado por un solenoide Desempeña en el magnetismo un papel análogo al de un condensador de placas paralelas, ya que el campo magnético es un interior es intenso y uniforme. Solenoide: alambre arrollado en forma de hélice con espiras entre sí. Se puede considerar como una serie de espiras circulares muy próximas situadas paralelamente que transportan la misma corriente.

Fuerza de Lorentz Una partícula que se mueve en un campo magnético experimenta una fuerza. El resultado de un producto vectorial es un vector de: módulo igual al producto de los módulos por el seno del ángulo comprendido: F m = q v B sen α dirección perpendicular al plano formado por los vectores velocidad v y campo B el sentido se obtiene por la denominada regla del sacacorchos

Fuerza de Lorentz Para obtener la dirección y el sentido de la fuerza que actúa sobre la carga  "Regla de la mano izquierda" Si colocamos los dedos de la mano izquierda pulgar, índice y medio, abiertos y perpendiculares entre sí, cada uno de ellos señala uno de los vectores:

Movimiento de una carga en un campo B Si la carga se mueve paralela al campo B  F m = 0  La carga sigue con MRU La fuerza magnética que actúa sobre una partícula cargada es siempre perpendicular a la velocidad de la partícula. Por tanto la fuerza magnética modifica la dirección de la velocidad, pero no su módulo. Los campos magnéticos no realizan trabajo sobre las partículas y no modifican su energía cinética. Si la velocidad de la partícula es perpendicular a un campo magnético uniforme, la partícula se mueve describiendo una órbita circular.

Partícula cargada que entra en un campo magnético uniforme con una velocidad que no es perpendicular a B. La velocidad de la partícula puede resolverse en dos componentes, v // paralela a B y v  perpendicular a B. El movimiento debido a la componente perpendicular es el mismo que hemos visto anteriormente. La componente de la velocidad paralela a B no se afecta por el campo magnético, y por tanto, permanece constante. La trayectoria de la partícula es una hélice Movimiento en un campo B

Movimiento en campos E y B cruzados: Desviación nula de la partícula Una carga eléctrica se mueve con velocidad v 0 desconocida a lo largo del eje horizontal X. Buscaremos las intensidades y los sentidos de los campos eléctrico y magnético que hacen que la partícula se mueva a lo largo del eje X sin desviarse. El campo eléctrico ejerce una fuerza F e = q E El campo magnético ejerce una fuerza F m = q (v x B) Las partículas no se desvían si ambas fuerzas son iguales y de sentido contrario: F e = F m q E = q v Bv = E/B

Fuerza sobre un conductor rectilíneo Cuando por un alambre situado en el interior de un campo magnético circula una corriente, existe una fuerza que se ejerce sobre el conductor que es simplemente la suma de las fuerzas magnéticas sobre las partículas cargadas cuyo movimiento produce la corriente.

Fuerza ejercida por un campo B sobre un conductor rectilíneo: Ley de Laplace Fuerza que ejerce el campo magnético B sobre un portador de carga positivo q Fuerza sobre todos los portadores (nSL) de carga contenidos en la longitud L del conducto El vector unitario ut tiene la misma dirección y sentido que el vector velocidad, o el sentido en el que se mueven los portadores de carga positiva.

Fuerzas entre corrientes paralelas Tomando el primer hilo, con una corriente eléctrica I 1, creará en un hilo conductor, situado paralela-mente a una distancia d de él, un campo que será: Este hilo segundo por el cual circula una corriente experimentará una fuerza por estar sometido a este campo. Esta fuerza es: La fuerza por unidad de longitud será:

Conclusión Dos corrientes paralelas por las que circula una corriente se atraerán si las corrientes circulan en el mismo sentido, mientras que si las corrientes circulan en sentidos opuestos se repelen. Definición de amperio Un amperio es la intensidad de corriente que, circulando en el mismo sentido por dos conductores paralelos muy largos separados por un metro (d=1 m), producen una fuerza atractiva mutua de 2·10 -7 N por cada metro de conductor.

En equilibrio, F e = F m qE = qvB ⇒ E =vB Como, E =  V /  x  V= E  x = vBL (fem inducida)  V = vBL