Tecnologías Informáticas FUNDAMENTOS FÍSICOS DE LA INFORMÁTICA GRADO I. I. Tecnologías Informáticas Tema 2. Circuitos de corriente continua Prof. Norge Cruz Hernández

Tema 2. Circuitos de corriente continua. (6 horas) 2.1 Introducción 2.2 Densidad e intensidad de corriente eléctrica. 2.3 Ley de Ohm. Resistencias. 2.4 FEM de un generador. Efecto Joule. Relaciones de potencia en un circuito. 2.5 Leyes de Kirchhoff para corriente continua. Circuitos RC.

Bibliografía Clases de teoría: - Física Universitaria, Sears, Zemansky, Young, Freedman ISBN: 970-26-0511-3, Ed. 9 y 11. Clases de problemas: - Boletín de problemas -Problemas de Física General, I. E. Irodov Problemas de Física General, V. Volkenshtein Problemas de Física, S. Kósel Problemas seleccionados de la Física Elemental, B. B. Bújovtsev, V. D. Krívchenkov, G. Ya. Miákishev, I. M. Saráeva. Libros de consulta: Resolución de problemas de física, V.M. Kirílov.

Problemas del boletín F.F.I. Tema 2 (bol2.pdf) Circuitos con condensadores. Problemas 16 y 17

Tecnologías Informáticas FUNDAMENTOS FÍSICOS DE LA INFORMÁTICA GRADO I. I. Tecnologías Informáticas Tema 3. Magnetostática Prof. Norge Cruz Hernández

Tema 3. Magnetostática. (6 horas) 3.1 Introducción 3.2 Fenómenos magnéticos. El campo magnético. 3.3 Fuerza magnética sobre una carga en movimiento. Movimiento de cargas en un campo magnético 3.4 Fuerza magnética sobre un elemento de corriente. 3.5 Acción del campo magnético sobre un circuito plano. Momento magnético de una espira. 3.6 Ley de Biot-Savart. Aplicaciones.

Tema 3. Magnetostática. (8 horas) 3.7 Fuerza entre corrientes paralelas. Definición del amperio. 3.8 Flujo magnético. Ley de Gauss para el magnetismo. 3.9 Ley de Ampere. Aplicaciones. 3.10 Teoría electrónica del magnetismo: dipolo magnético en la materia. 3.11 Paramagnetismo y Diamagnetismo. Magnetización y susceptibilidad magnética. 3.12 Ferromagnetismo. Histéresis magnética.

Bibliografía Clases de teoría: - Física Universitaria, Sears, Zemansky, Young, Freedman ISBN: 970-26-0511-3, Ed. 9 y 11. Clases de problemas: - Boletín de problemas -Problemas de Física General, I. E. Irodov Problemas de Física General, V. Volkenshtein Problemas de Física, S. Kósel Problemas seleccionados de la Física Elemental, B. B. Bújovtsev, V. D. Krívchenkov, G. Ya. Miákishev, I. M. Saráeva. Libros de consulta: Resolución de problemas de física, V.M. Kirílov.

Desde muy antiguo se conoce la existencia de una fuerza en la naturaleza cuyo origen no está ligado a las cargas eléctricas estáticas pero que sin embargo tiene efectos sobre las cargas eléctricas en movimiento. Esta nueva interacción es conocida con el nombre de interacción magnética. Los fenómenos magnéticos se observaron por primera vez hace unos 2500 años, en fragmentos de mineral de hierro magnetizado en la antigua ciudad de Magnesia (actual Manisa en Turquía). Estos fragmentos son los que conocemos como imanes permanentes. 9

Los imanes permanentes tienen la característica de tener dos “polos” y dependiendo de los que se encuentren cercanos, pueden atraerse o repelerse.

Un objeto no imantado, pero que contiene hierro es atraído por cualquiera de los dos polos de un imán permanente.

¿Cómo definir los polos N y S de un imán? - Colocamos un imán (aguja imantada) que se pueda mover libremente, y el polo que apunte al norte geográfico, será el polo norte de de nuestro imán. - Ello significa que el polo sur de la tierra se encuentra en el norte geográfico de la tierra.

no existen los monopolos magnéticos La aguja de una brújula se desvía al acercarse a un conductor que conduce una corriente eléctrica. Hans Cristian Oersted 1819

campo magnético campo magnético: es un campo vectorial, es decir, una magnitud vectorial definida en cada punto del espacio. Definimos la dirección y sentido del vector en cada punto como la dirección y sentido que señala la brújula al colocarla en el campo.

Líneas del campo magnético: son líneas cuya tangente en cada punto tiene la misma dirección que el campo magnético en ese punto. Las limaduras de hierro, como las brújulas tienden a alinearse con las líneas del campo magnético, lo que nos ayuda a visualizarlas.

El campo magnético en cada punto es tangente a las líneas de fuerza.

3. 3 Fuerza magnética sobre una carga en movimiento 3.3 Fuerza magnética sobre una carga en movimiento. Movimiento de cargas en un campo magnético. - ¿Qué origina un campo magnético? - ¿Cómo interactúa una carga eléctrica con un campo magnético? Sea una carga q en movimiento dentro de un campo magnético. Experimentalmente

3. 3 Fuerza magnética sobre una carga en movimiento 3.3 Fuerza magnética sobre una carga en movimiento. Movimiento de cargas en un campo magnético. - ¿Cómo interactúa una carga eléctrica con un campo magnético? El valor de F depende del valor de q, de la velocidad y del campo magnético. Es siempre perpendicular al plano formado por y El sentido viene dado por la regla de la mano derecha si la carga es q>o y sentido opuesto si q<0

3. 3 Fuerza magnética sobre una carga en movimiento 3.3 Fuerza magnética sobre una carga en movimiento. Movimiento de cargas en un campo magnético. - ¿Qué origina un campo magnético? - ¿Cómo interactúa una carga eléctrica en un campo magnético? Cuando una carga se mueve siguiendo las líneas del campo magnético, no existe fuerza sobre la carga eléctrica. Cuando una carga se mueve formando un ángulo con la dirección del campo, aparece una fuerza perpendicular al campo y a la velocidad.

La fuerza es máxima cuando la velocidad es perpendicular al campo magnético.

DIFERENCIAS Y ANALOGÍAS ENTRE EL CAMPO ELÉCTRICO Y EL MAGNÉTICO. La fuerza eléctrica siempre actúa en la dirección del campo eléctrico, mientras que la fuerza magnética es siempre perpendicular al campo magnético. La fuerza eléctrica siempre actúa sobre una partícula cargada mientras que el campo magnético sólo lo hará si la partícula cargada está en movimiento. Las líneas de campo eléctrico comienzan en las cargas positivas y terminan en las negativas mientras que las líneas de campo magnético son lazos cerradas. La fuerza eléctrica realiza un trabajo al actuar sobre la carga pero la magnética no. Al ser la fuerza perpendicular a la velocidad, el producto escalar de ambos vectores es cero. Un campo magnético no puede suministrar energía a una partícula cargada o lo que es igual no puede variar su energía cinética, lo que significa que no puede cambiar el módulo del vector velocidad sólo su dirección.

El campo magnético en el SI tiene la unidad tesla (T): (en honor a Nikola Tesla 1857-1943) Una carga de 1 culombio que se mueve con una velocidad de 1m/s en un campo de 1T experimenta una fuerza de 1N. El tesla es una unidad muy grande por lo que también se utiliza la unidad gauss :

¿Qué ocurre si sobre la partícula además de actuar un campo magnético actúa un campo eléctrico? Si existe campo eléctrico: fuerza de Lorentz

movimiento de cargas en un campo magnético El movimiento de una partícula cargada en un campo magnético no cambia la velocidad de la partícula. Intentemos determinar el radio del círculo que hace la partícula al entrar en un campo magnético: Calculamos la velocidad angular con la cual la partícula cargada gira en un campo magnético es: frecuencia de ciclotrón

trayectoria helicoidal Movimiento de una partícula cargada con velocidad no perpendicular al campo magnético (uniformes y no uniformes). trayectoria helicoidal botella magnética Las partículas próximas a los extremos intentarán ir al centro de las bobinas. Es una forma de contener gas ionizado con temperaturas del orden de 106 K.

Cinturones de radiación de Van Allen alrededor de la Tierra (1958)

Aurora boreal (tomada en Alaska) Aurora boreal (tomada en Alaska). Ocurre cuando partículas cargadas provenientes del sol se dirigen hacia los polos de la tierra (al sur, aurora austral) y al chocar con la atmósfera emiten luz.

acelerador de partículas (ciclotrón)

Solamente pasarán aquellas que cumplan: selector de velocidad Tenemos una fuente de partículas y queremos seleccionar solamente aquellas que tengan una determinada velocidad. Solamente pasarán aquellas que cumplan:

Experimento de J. Thomson (1856-1940) para medir la relación e/m pasarán aquellas que cumplan:

espectrómetros de masa Francis Aston (1877-1945) construyó la primera familia de los espectrómetros de masa. Los iones positivos (suponiendo que han perdido un electrón) pasan al selector de velocidades. Finalmente entran en una región con un campo magnético realizando un movimiento circular de radio:

3.4 Fuerza magnética sobre un elemento de corriente.

3. 5 Acción del campo magnético sobre un circuito plano 3.5 Acción del campo magnético sobre un circuito plano. Momento magnético de una espira.

momento dipolar magnético o momento magnético momento de torsión sobre una espira

momento dipolar magnético o momento magnético

una espira de forma irregular

dipolo magnético en un campo no uniforme En un campo uniforme la fuerza neta sobre la espira es cero. campo no uniforme

origen del campo magnético creado por un imán. Los electrones que componen el entorno de los átomos de un elemento químico son como pequeñas espiras. Algunos elementos químicos se combinan varios electrones y podemos obtener un momento magnético neto en un determinado material (hierro). movimiento desordenado de los átomos en un material

Colocaremos un material no magnetizado en un campo magnético y sucede …

origen de la atracción de los imanes a materiales con hierro Primero los momentos magnéticos del hierro tienen a alinearse con el campo magnético creado por el imán. En un segundo paso el campo magnético no uniforme atrae al momento magnético originado.