MOVIMIENTO DE CARGAS EN UN CAMPO MAGNÉTICO NM4 MOVIMIENTO DE CARGAS EN UN CAMPO MAGNÉTICO

OBJETIVO Reconocer las características de los campos magnéticos y sus interacciones con cargas eléctricas. NM4

PIEDRA-IMÁN Magnetita = Óxido de Hierro Todo comienza cuando en la Antigüedad, en Magnesia (Asia Menor) se descubre la “piedra-imán” o “magnetita” Magnetita = Óxido de Hierro NM4

IMANES IMÁN NATURAL: Piedra constituida por Óxido de hierro (magnetita) que presenta la propiedad de atraer a ciertos cuerpos. IMANES ARTIFICIALES: Se construyen utilizando trozos o barras de Hierro. Existen de diversas formas y tamaños. NM4

IMANES NATURAL Y ARTIFICIAL El fenómeno magnético, al igual que el eléctrico, está estrechamente ligado a los átomos y es también una propiedad general de la materia. Unir polos y círculos con flechas. Explicar que (según las ecuaciones de Maxwell) no existen monopolos magnéticos, siempre encontraremos un imán con ambos polos. NM4

POLOS MAGNÉTICOS POLO SUR POLO NORTE El estudio del comportamiento de los imanes pone de manifiesto la existencia en cualquier imán de dos zonas extremas o polos en donde la acción magnética es más intensa. Para distinguir los dos polos de un imán se les denomina polo norte y polo sur, esto sucede en todos los imanes, independiente-mente de la forma que tenga. NM4

Señalar en imán sobre la tierra la orientación (N-S) que va a adoptar debido al campo magnético terrestre. NM4

INTERACCIONES ENTRE IMANES POLOS DE IGUAL NOMBRE: SE REPELEN POLOS DE DISTINTO NOMBRE SE ATRAEN NM4

No podemos encontrar monopolos magnéticos. NM4

IMPOSIBILIDAD DE AISLAR LOS POLOS DE UN IMÁN Es una característica del comportamiento de los imanes: si se corta un imán recto en dos mitades se reproducen otros dos imanes con sus respectivos polos norte y sur. Y lo mismo sucederá si se repite el procedimiento nuevamente con cada uno de ellos. No es posible obtener un imán con un solo polo magnético semejante a un cuerpo cargado con electricidad de un solo signo. NM4

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Hay básicamente dos maneras de lograr esto: una es golpeándolo con un martillo y otra calentándolo.

CAMPO MAGNÉTICO (B) Se representa mediante líneas de fuerza (“Líneas de Inducción Magnética”) - La tangente en cada punto de una línea de inducción indica la dirección del Campo B en dicho punto ( dirección en la que se orientaría una pequeña brújula situada en tal punto) - Por convenio se admite que las líneas de fuerza salen del polo Norte y se dirigen al polo Sur. NM4

Para inspeccionar la forma que tiene el campo magnético en diversos imanes pueden colocarse debajo de una hoja de papel y espolvorear sobre él limaduras de hierro, que hacen las veces de pequeños imanes de prueba. NM4

CAMPO MAGNÉTICO B GENERADO POR UN IMÁN DE BARRA NM4

LÍNEAS DE INDUCCIÓN MAGNÉTICA DEL CAMPO MAGNÉTICO B

CAMPO B GENERADO POR UN IMÁN DE HERRADURA NM4

DIVERSAS CONFIGURACIONES DE CAMPOS MAGNÉTICOS NM4

B GENERADO POR IMÁN ANULAR NM4

CAMPO MAGNÉTICO TERRESTRE NM4

POLOS MAGNETICOS TERRESTRES Las experiencias con brújulas indican que el Polo Sur Magnético Terrestre se encuentra próximo al Polo Norte Geográfico, y viceversa. Por tal motivo, el polo norte de la brújula se orienta hacia el Norte terrestre NM4

CAMPO MAGNÉTICO TERRESTRE NM4

CAMPO MAGNÉTICO TERRESTRE ( fotografía en Ultravioleta ) NM4

CAMPO MAGNÉTICO TERRESTRE NM4

Este modelo consiste en suponer que la materia está conformada por minúsculos imanes. Los átomos deben ser imanes. Si consideramos que átomos y moléculas se encuentran permanentemente en movimiento como consecuencia de la agitación térmica y que ellos en sí son pequeños imanes, entonces la presencia de un imán dificultará este movimiento, lo que debiera traducirse en una reducción de la temperatura. NM4

MODELO MAGNÉTICO DE LA MATERIA BARRA DE HIERRO NO IMANTADA BARRA DE HIERRO IMANTADA NM4

CLASIFICACIÓN DE LAS SUSTANCIAS Según su comportamiento magnético las sustancias se clasifican en: SUSTANCIAS DIAMAGNÉTICAS SUSTANCIAS PARAMAGNÉTICAS SUSTANCIAS FERROMAGNÉTICAS NM4

SUSTANCIAS DIAMAGNÉTICAS Forma muy débil de magnetismo que es no permanente y persiste solo mientras se aplique un campo externo. Es inducido por un cambio en el movimiento orbital de los electrones debido a un campo magnético aplicado. Esquema de los dipolos en un material diamagnético La figura ilustra esquemáticamente las configuraciones del dipolo magnético atómico para un material diamagnético con y sin campo externo. Ejemplos: Agua, Cloruro de Sodio, Alcohol, Oro, Plata, Cobre, Cinc. NM4

SUSTANCIAS PARAMAGNÉTICAS - Para algunos materiales sólidos cada átomo posee un momento dipolar permanente. En ausencia de un campo magnético externo, las orientaciones de esos momentos magnéticos son al azar. -AL APLICARLE UN CAMPO MAGNÉTICO Los dipolos atómicos se alinean en una dirección preferencial, por rotación. Esquema de los dipolos en un material paramagnético La figura ilustra esquemáticamente las configura-ciones del dipolo magnético atómico para un material paramagnético con y sin campo externo. Ejemplos: Estaño, Platino, Oxígeno, Aluminio. NM4

SUSTANCIAS FERROMAGNÉTICAS Ciertos materiales poseen un momento magnético permanente en ausencia de un campo externo y manifiestan magnetizaciones muy largas y permanentes. Esquema de los dipolos en un material ferromagnético - Son atraídas muy intensamente por los imanes. - Sus efectos desaparecen por encima de una temperatura, característica de cada sustancia, llamada “Punto de Curie”: la agitación térmica desalinea DIPOLOS MAGNÉTICOS, y la sustancia pasa a comportarse como paramagnética. Ejemplos: Hierro, Cobalto, Níquel, Gadolinio. NM4

EFECTO DE LA TEMPERATURA A cualquier temperatura por encima de los 0ºK, la energía térmica hace que los dipolos magnéticos de un material ferromagnético se desvíen de su perfecto alineamiento paralelo. Finalmente, al aumentar la temperatura hasta superar la “Temperatura de Curie”, el magnetismo de los materiales ferromagnéticos desaparece completamente y el material se torna paramagnético. Por otra parte, si el material se enfría por debajo de la temperatura de Curie, el material recupera su ferromagnetismo. VALORES DE TEMPERATURA DE CURIE: Cobalto : 1388 K Hierro : 1043 K Níquel : 327 K Gadolinio : 292 K NM4

APLICACIONES DEL MAGNETISMO 1. CINTAS Y DISCOS MAGNÉTICOS 2. MEMORIAS DE BURBUJAS MAGNÉTICAS 3. TRANSDUCTORES MAGNÉTICOS NM4

COMPARACIÓN ENTRE CAMPOS CPO.GRAVIT. TERRESTRE: MAYOR INTENSI-DAD DONDE LAS LÍNEAS DE FUER-ZAS GRAVITACIO-NALES ESTÁN MÁS CERCA. CPO.MAGNÉTICO GENERADO POR UN CONDUCTOR REC-TILÍNEO QUE PORTA CORRIENTE. LÍNEAS DE CAMPO SE SEPARAN CON LA DISTANCIA AL CON-DUCTOR. CAMPO ELÉCTRICO: MAYOR INTENSIDAD DONDE LAS LÍNEAS DE FUERZAS ELÉCTRICAS ESTÁN PRÓXIMAS, A LA CARGA QUE LO GENERA. NM4

1[ T ] = 1[Weber/m2] = 1[V s/m2] Otra unidad: 1[G] Gauss EQUIVALENCIA: UNIDADES DE B: En el S.I.: ( T ) TESLA 1[ T ] = 1[Weber/m2] = 1[V s/m2] Otra unidad: 1[G] Gauss EQUIVALENCIA: 1[ T ] = 104[G] NM4

CONVENCIÓN PARA EL SENTIDO DE CAMPO B PERPENDICULAR AL PLANO SENTIDO SALIENTE  SENTIDO ENTRANTE NM4

CAMPO MAGNÉTICO UNIFORME DIRECCIÓN: PERPENDICULAR AL PLANO SENTIDO: ENTRANTE NM4

CAMPO MAGNÉTICO UNIFORME DIRECCIÓN: PERPENDICULAR AL PLANO SENTIDO: SALIENTE NM4

MOVIMIENTO DE CARGAS EN UN CAMPO MAGNÉTICO UNIFORME Si qo tiene v = 0 B NO EJERCE F Si v es paralela a B F = 0 EN GENERAL: LA FUERZA ES PERPENDICULAR A LA VELOCIDAD DE LA CARGA NM4

LA FUERZA MAGNÉTICA O “FUERZA DE LORENTZ” DEPENDE DE: VALOR DE LA CARGA “qo” VALOR, DIRECCIÓN Y SENTIDO DE SU VELOCIDAD V INTENSIDAD, DIRECCIÓN Y SENTIDO DEL CAMPO B NM4

F = qo ( v x B ) F = qo v B sen  MEDIDA DE LA FUERZA MAGNÉTICA F LO QUE EQUIVALE A: F = qo v B sen  NM4

MEDIDA DE LA FUERZA MAGNÉTICA F De acuerdo con: F = qo v B sen  Si  = 0° F = 0 Si  = 90° F = qov B EN CONSECUENCIA; PARA CARGAS QUE SE MUEVEN PERPENDICULARMENTE AL CAMPO MAGNÉTICO LA INTENSIDAD DE LA FUERZA MAGNÉTICA EQUIVALE A: EL PRODUCTO ENTRE EL VALOR DE LA CARGA, SU RAPIDEZ Y LA INTENSIDAD DEL CAMPO MAGNÉTICO. 1 TESLA = VALOR DE LA INDUCCIÓN MAGNÉTICA DE UN CAMPO QUE EJERCE UNA FUERZA DE 1(N) SOBRE UNA CARGA ELÉCTRICA DE 1(C) QUE SE MUEVE CON UNA VELOCIDAD DE 1 (m/s), PERPENDICULARMENTE AL CAMPO NM4

SENTIDO DE LA FUERZA MAGNÉTICA SE DETERMINA POR: “REGLA DE LA PALMA DE LA MANO DERECHA” NM4

REGLA DE LA PALMA DE LA MANO DERECHA NM4

NM4 Unir términos de la fórmula con flechas. Motivar para que los alumnos investiguen los fenómenos: El cinturón de Van Allen y las auroras. NM4

CARGA POSITIVA MOVIÉNDOSE PERPENDICULARMENTE A UN B ENTRANTE EN ESTE CASO, LA CARGA REALIZA UN MCU, POR LO QUE LA FUERZA MAGNÉTICA F ADQUIERE EL CARÁCTER DE FUERZA CENTRÍPETA NM4

CARGA POSITIVA MOVIÉNDOSE PERPENDICULARMENTE A UN B SALIENTE Para una carga “q”: Como: PERO: POR LO TANTO... NM4

DETERMINACIÓN DEL RADIO De lo anterior, se obtiene: r = m v / B q Expresión que permite determinar el radio de la circunferencia descrita por la partícula cuando se conoce su masa, su velocidad, su carga y la Intensidad de B: PARTÍCULAS RÁPIDAS MAYOR RADIO PARTÍCULAS LENTAS MENOR RADIO NM4

TRAYECTORIA SEGUIDA POR UN CONJUNTO DE IONES POSITIVOS EN UN ESPECTRÓMETRO DE MASA ( ANÁLISIS QUÍM. DE SUSTANCIAS) NM4

ESPECTRÓMETRO DE MASA ( ANÁLISIS QUÍM. DE SUSTANCIAS) Dispositivo que separa iones que tienen la misma velocidad. Después de atravesar las rendijas, los iones pasan por un selector de velocidades, una región en la que existen un campo eléctrico y otro magnético cruzados. Los iones que pasan el selector sin desviarse, entran en una región donde el campo magnético les obliga a describir una trayectoria circular. El radio de la órbita es proporcional a la masa, por lo que iones de distinta masa impactan en lugares diferentes de la placa. NM4

¿CUÁNTO HAS APRENDIDO? ¿ Cuál será la dirección y el sentido de F sobre+Q ? NM4

¿CUÁNTO HAS APRENDIDO? ¿ Cuál será la dirección y el sentido de +Q ? NM4

¿CUÁNTO HAS APRENDIDO? ¿ Cuál será la dirección y el sentido de F sobre+Q ? x x x x x x x x x NM4

¿CUÁNTO HAS APRENDIDO? ¿ Cuál será la dirección y el sentido de F sobre+Q ? • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • NM4