CLASE N°8 MENCIÓN: ELECTRICIDAD Y MAGNETISMO II Fuerza magnética Inducción electromagnética Flujo magnético

OBJETIVOS DE APRENDIZAJE Comprender la corriente eléctrica y su efecto magnético. Comprender el campo magnético y su relación con la corriente eléctrica. Comprender la fuerza magnética sobre una carga en movimiento. Aplicar las fuerzas magnéticas sobre un conductor. Aplicar el concepto de flujo magnético. Comprender leyes de Faraday y Lenz. Comprender el funcionamiento de transformadores.

Magnetismo El magnetismo es la capacidad de algunos cuerpos de atraer o repeler a otros, se manifiesta en ciertas sustancias (hierro, cobalto y principalmente níquel) y se caracteriza por la aparición de fuerzas de atracción o repulsión sobre otros cuerpos.

Imán Un imán es todo cuerpo que posee magnetismo. En el exterior del imán, cada línea del campo magnético se orienta desde el polo norte al polo sur. Las líneas son cerradas, es decir, no se interrumpen en la superficie del imán. El vector de campo magnético en cada punto del espacio es tangente a la línea de campo que pasa por ese punto. .

La cantidad de líneas por unidad de área en la vecindad de un punto, es proporcional a la intensidad de campo en dicho punto. Las líneas nunca se interceptan ni se cruzan en ningún punto del espacio. .

Campo magnético Propiedad física generada en una región del espacio por un imán o una corriente eléctrica, que ejerce una fuerza sobre cuerpos cargados o imantados ubicados en las cercanías. Lámpara encendida Campo eléctrico solamente Campo eléctrico y magnético Cargas en reposo Cargas en movimiento

Permeabilidad magnética en el vacío: Campo magnético creado por una corriente eléctrica En torno a un alambre recto y muy largo, por el cual circula corriente, se producen líneas de inducción, que corresponden a círculos concéntricos al conductor, el campo magnético es tangente a ellas. Permeabilidad magnética en el vacío: 4π∙10-7 [T∙m/A] Unidades para el campo magnético S.I.: Tesla [T] Se utiliza también: 1[Gauss]=10-4[T]

Campo magnético creado por una corriente eléctrica El sentido del campo magnético depende del sentido de circulación de la corriente a través del conductor. Para ello se aplica la regla de Ampere, que establece: “Al situar el dedo pulgar de la mano derecha paralelo al conductor y apuntando en el sentido de la corriente, los cuatro dedos restantes indicarán el sentido de las líneas de inducción y, en consecuencia, el del campo magnético”.

Fuerza magnética Fuerza magnética sobre una carga en un campo magnético En una región del espacio existe un campo magnético creado por un imán o por una corriente eléctrica y en ella situamos una carga de prueba q. Si la carga se mueve con una velocidad v, experimenta una fuerza magnética con las siguientes características: Es proporcional al valor de la carga q. Es proporcional a la velocidad v. Su módulo depende de la dirección de la velocidad. Si v es paralelo a B  Fuerza magnética NULA. Si v es  a B  Fuerza magnética MÁXIMA. Si la carga está en reposo, no actúa ninguna fuerza sobre ella.

En una región del espacio existe un campo magnético creado por un imán o por una corriente eléctrica y en ella situamos una carga de prueba q.

Fuerza magnética sobre una carga en un campo magnético Esta fuerza magnética esta dada por: Donde la magnitud de la fuerza es: Hendrik Lorentz Ángulo entre v y B El conjunto de la fuerza eléctrica mas la fuerza magnética se denomina fuerza de Lorentz Unidades para la fuerza magnética S.I.: Newton [N] C.G.S.: Dina [dyn]

Donde la fuerza esta dada por el dedo pulgar. La dirección de la fuerza magnética siempre es perpendicular a la velocidad y al campo magnético. Su valor será máximo cuando el ángulo entre v y B es 90°. Si la carga q es POSITIVA, el sentido de la fuerza se determina con la regla de la mano derecha. Donde la fuerza esta dada por el dedo pulgar. Si la carga es NEGATIVA, el sentido se invierte. F B V Fuerza = dedo pulgar. Campo magnético (B) = dedo Medio. Rapidez de la carga (v) = dedo Índice

Trayectoria de una carga positiva Si la velocidad es perpendicular al campo magnético, describe una trayectoria circular de radio r y en sentido contrario a las manecillas del reloj. La fuerza Magnética actúa como fuerza centrípeta, apuntando siempre hacia el centro de la circunferencia. B

Trayectoria de una carga negativa Si la velocidad es perpendicular al campo magnético, describe una trayectoria circular de radio r y en sentido es a favor de las manecillas del reloj. La fuerza Magnética actúa como fuerza centrípeta, apuntando siempre hacia el centro de la circunferencia. B

Radio de la trayectoria de una carga Sin importar el signo de la carga, el radio r que describe la trayectoria circular se determina por la siguiente expresión q = carga. v = rapidez de la carga. B = campo magnético. m = masa de la carga.

Fuerza entre conductores rectilíneos Dos conductores de largo (l), portando corrientes eléctricas y próximos entre sí, experimentan: Una fuerza ATRACTIVA cuando las corrientes tienen el mismo sentido. Una fuerza REPULSIVA si las corrientes tienen sentidos opuestos. i2= corriente producida por el conductor 2. L= largo del conductor. B1 = campo magnético del conductor1.

Inducción electromagnética Características Hans Christian Oersted descubrió que el magnetismo podía ser producido por una corriente eléctrica. Este descubrimiento revolucionario llevó a los científicos de la época a formularse la siguiente pregunta: Si una corriente genera un campo magnético, ¿podrá un campo magnético generar una corriente?

Experiencia de Faraday Michael Faraday descubrió el fenómeno de inducción electromagnética, el cual consiste en la generación de corriente eléctrica a partir de un campo magnético variable.

Primera experiencia de Faraday Conectamos los extremos de la bobina a un galvanómetro para poder medir la corriente inducida al introducir y extraer el imán. Si acercamos el imán a la bobina, aparece una corriente inducida durante el movimiento del imán. El sentido de la corriente inducida en la bobina se invierte si alejamos el imán. Con la bobina y el imán fijos, no observamos corriente inducida alguna. La intensidad de la corriente inducida depende de la velocidad con la que movemos el imán (o la bobina), de la intensidad del campo magnético del imán y del número de espiras de la bobina.

Segunda experiencia de Faraday Se enrollan las dos bobinas alrededor de la barra de hierro. La primera bobina se conecta a la batería con un interruptor K. La segunda bobina se conecta a un galvanómetro para medir la corriente inducida al cerrar y abrir el interruptor K. Al conectar el interruptor se induce una corriente eléctrica en la segunda bobina. Las corrientes en las dos bobinas circulan en sentidos contrarios. Al desconectar el interruptor se induce nuevamente una corriente eléctrica, pero con sentido opuesto a la anterior. Se induce corriente en la segunda bobina mientras aumenta o disminuye la intensidad de corriente en la primera bobina, pero no mientras se mantiene constante. La inducción de corriente eléctrica se debe a campos magnéticos variables.

Flujo magnético Corresponde al número de líneas de campo magnético que atraviesan una superficie. Unidad para el flujo magnético S.I.: [Weber]= [T · m2]

Ley de Lenz Sostiene que la f.e.m. inducida crea una corriente que siempre recorre el conductor en un sentido tal de producir un campo magnético interno, cuyo flujo se opone al cambio del flujo externo que la induce. El signo menos indica la oposición de la f.e.m. inducida a la causa que la genera. Unidad para la f.e.m. S.I.: Volt [V]

Una variación de flujo magnético a través de un circuito induce en él una fuerza electromotriz (f.e.m.). Unidad para la f.e.m. S.I.: Volt [V] Número de espiras

La potencia en un transformador ideal es constante. Es una de las aplicaciones de la ley de Faraday. Su función principal es modificar el voltaje entregado por un sistema de generación. Está compuesto por una bobina primaria y otra secundaria, unidas mediante un núcleo de hierro laminado. La potencia en un transformador ideal es constante. Líneas de inducción Bobina primaria

E Pregunta oficial PSU Aplicación Una partícula de masa m y carga positiva , pasa por el origen del sistema rectangular XYZ, con velocidad (en el sentido positivo del eje X, como muestra la figura). En este punto existe un campo magnético , en el sentido positivo del eje Z. ¿Cuál de las siguientes opciones muestra la fuerza magnética que actúa sobre la partícula? Fuente : DEMRE - U. DE CHILE, proceso de admisión 2010. E Aplicación