Capítulo 29 – Campos magnéicos Presentación PowerPoint de Paul E. Tippens, Profesor de Física Southern Polytechnic State University © 2007
Magnetismo Desde la antigüedad se sabe que ciertos materiales, llamados imanes, tienen la propiedad de atraer pequeños trozos de metal. Esta propiedad atractiva se llamó magnetismo. N S Imán de barra N S
La magnetita y la brújula La magnetita Esta roca mineral, que contiene hierro, es naturalmente magnética. En otros tiempos los minerales colgaban de una cuerda un trozo de magnetita. También se llama piedra imán. La brújula Se trata de un instrumento de navegación que contiene un pequeño imán libre, denominada aguja gira sobre el pivote hasta que un extremo señala el polo norte magnético de la tierra y el otro el polo sur.
Polos magnéticos La intensidad de un imán se concentra en los extremos, llamados “polos” norte y sur del imán. Imán suspendido: el extremo que busca el N y el extremo que busca el S son los polos N y S. NS N E W S N Brújula Imán de barra S N Limaduras de hierro No es posible separar un polo de otro. Si partimos un imán por la mitad, se formara dos nuevos imanes con sus polos.
Atracción-repulsión magnética N S N N S S NS NS Fuerzas magnéticas: polos iguales se repelen Polos distintos se atraen
DOMINIOS MAGNETICOS Cúmulos de átomos alineados. Esta totalmente magnetizado, y se compone de miles de millones de átomos alineados. NATURALEZA DE UN CAMPO MAGNETICO
¿Cómo puede un imán atraer a un trozo de hierro no magnetizado? Al colocarlos dentro del campo de fuerzas de un imán, algunos materiales se imantan permanentemente o por un tiempo, por los que se considera materiales magnéticos. La diferencia entre un trozo de hierro y un imán de hierro es la alineación de los polos magnéticos. Cuando se acerca un imán a un trozo de hierro, se produce un alineamiento de los dominios magnéticos.
El electroimán Además de los imanes artificiales que mencionamos, existen otro tipos: los electroimanes, formados por una barra de hierro envuelta con una alambre de cobre. La barra así preparada se convierte en un imán cuando se le aplica una corriente eléctrica. Los electros imanes no son un invento nuevo. Los primeros se hicieron en 1825, sin embargo son la base de muchas aplicaciones de electricidad. Resulta indispensables en el funcionamiento de timbres, motores y teléfonos.
Campo magnético Si campo es la región espacial en cuyos puntos se define una magnitud. Y el adjetivo magnético, por su parte, alude a lo que está vinculado al magnetismo (la propiedad que tienen las corrientes de electricidad y los imanes de generar rechazos y atracciones mutuas y otras acciones a distancia). Campo magnético es la región del espacio sobre el cual tiene incidencia un elemento magnético Vamos a definir el campo magnético a partir de los efectos magnéticos que una corriente o un imán natural producen sobre una carga en movimiento.
Fuerza sobre una carga en movimiento Características de la interacción magnética 1.- El módulo de la fuerza es proporcional al valor de la carga y al módulo de la velocidad con la que se mueve. 2.- La dirección de la fuerza depende de la dirección de dicha velocidad. 3.- Si la carga tiene una velocidad a lo largo de una determinada línea del espacio, la fuerza es nula. 4.- Si no estamos en el caso (3), la fuerza es perpendicular a la velocidad y a las direcciones definidas en (3). 5.- Si la velocidad forma un ángulo con dichas líneas, la fuerza depende del seno de dicho ángulo. 6.- La fuerza depende del signo de la carga.
Representación vectorial q>0 q<0 Líneas de fuerza nula q Definimos el campo magnético dirigido a lo largo de las líneas de fuerza nula de forma que Fuerza de Lorentz Unidades S.I. Tesla (T) C.G.S. Gauss (G) 1 T = 10 4 G Regla de la mano derecha
Líneas de campo magnético NS Las líneas de campo magnético se pueden describir al imaginar una pequeña brújula colocada en puntos cercanos. La dirección del campo magnético B en cualquier punto es la misma que la dirección que indica esta brújula. El campo B es fuerte donde las líneas son densas y débil donde las líneas están esparcidas.
La tierra magnética Cinturones de Van Allen E l planeta se comporta como una gigantesca barra imantada con campos magnético y dos polo magnéticos. Estos se encuentran cerca de los polos norte y sur geográficos de la tierra. Es probable que el magnetismo terrestre responda al movimiento del hierro fundido del núcleo.
Aurora Los polos magnéticos de la tierra atraen hacia la atmosfera partículas solares con carga eléctrica. Cuando chocan con los átomos o las moléculas del aire emiten luz coloreada y crean un asombroso espectáculo llamado aurora.
El magnetismo en el espacio El campo magnético de la tierra se extiende mas de km en el espacio. Además de afectar a los objetos de la superficie del planeta, el magnetismo terrestre influye en las partículas con carga eléctrica -como electrones y protones- emitidas por el sol. Este y los restantes planetas del sistema solar también tienen campos magnéticos.
Líneas de campo entre imanes NS NN Polos distintos Polos iguales Salen de N y entran a S Atracción Repulsión
Densidad de las líneas de campo Al campo magnético B a veces se le llama densidad de flujo en webers por metro cuadrado (Wb/m 2 ). NN Densidad de línea AA Campo eléctrico Densidad de línea AA Líneas de flujo de campo magnético NS