Introducción Un poco de historia Los imanes. Los polos magnéticos El campo magnético Las fuerzas magnéticas que se ejercen sobre una partícula cargada.

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2 Introducción Un poco de historia Los imanes. Los polos magnéticos El campo magnético Las fuerzas magnéticas que se ejercen sobre una partícula cargada en movimiento Las fuerzas magnéticas que se ejercen sobre un alambre que transporta una corriente eléctrica La corriente eléctrica y el campo magnético. El experimento de Oërsted La ley de Biot y Savart La ley de Ampere

3 En Física se conoce como magnetismo a uno de los fenómenos por medio de los cuales los materiales ejercen fuerzas atractivas o repulsivas sobre otros materiales. El magnetismo forma junto con la fuerza eléctrica una de las fuerzas fundamentales de la física, el electromagnetismo.

4 Hay muchas similitudes entre los fenómenos electrostáticos y los fenómenos magnéticos; sin embargo, como veremos más adelante, también hay diferencias fundamentales. La fuerza magnética es más complicada que la fuerza eléctrica

5 La ciencia del magnetismo se originó en la antiguedad. Nació de la observación de que ciertas piedras naturales se atraían entre sí y también a pequeños trozos de metal (el hierro), pero no otros como el oro o la plata. El término "magnetismo" proviene del nombre de una región (Magnesia) en Asia menor, una de las localidades donde se descubrieron esas piedras.

6 La brújula. Los Chinos hacia el año 1000. Petrus Peregrinus. 1269 William Gilbert. 1600 Propuso que la Tierra era un imán gigante John Michell. 1750 Charles Augustin Coulomb. 1780

7 Hoy el descubrimiento del magnetismo tiene aplicaciones prácticas de gran utilidad, desde los imanes pequeños del "refrigerador" hasta la cinta magnética para grabar y los discos de computadora. Los físicos usan el magnetismo de los núcleos del átomo para obtener imágenes de los órganos internos del cuerpo humano. Las naves espaciales han medido el magnetismo de la Tierra y de otros planetas para conocer la estructura interna de éstos.

8 Si se cuelga un imán de barra de un cordel atado a la parte central funcionará como una brujula. El extremo que apunta hacía el norte se llama polo norte y el que apunta hacía el sur polo sur. Todo imán tiene un polo norte y un polo sur.

9 Todo imán posee dos polos, norte y sur, independiente de la forma que tenga el cuerpo. Estos polos ejercen fuerzas entre sí, de manera análoga a lo que ocurre con las cargas eléctricas. El norte geográfico terrestre coincide con el polo sur magnético, y el sur geográfico con el norte magnético

10 El campo magnético de la tierra es como una pequeña pero poderosa barra magnética ubicada cerca del centro de la tierra y inclinada 11º con respecto al eje de rotación de la tierra. El magnetismo en la tierra lo podemos visualizar como líneas de fuerza del campo magnético que indican la presencia de una fuerza magnética en cualquier punto del espacio. La brújula esta influida por este campo ya que su aguja rota y se detiene cuando esta paralela a las líneas de fuerza en dirección Norte-Sur.

11 Solamente dos minerales realmente tiene propiedades magnéticas per se: La magnetita Fe 3 O 4 La pirita magnética Fe 1-x S

12 . Los polos iguales se repelen, los polos distintos se atraen

13 . Hay sustancias que no tiene ninguna propiedad magnética: La madera, los plásticos, etc. Hay sustancias con fuertes propiedades magnéticas: La mayoría de los metales, etc.

14 . Las sustancias magnéticas se clasifican en: Ferromagnéticas Paramagnéticas Diamagnéticas Ferrimagnéticas Antiferromagnéticas

15 . Materiales que tienen una fuerte atracción magnética cuando son sujetos a un campo magnético.

16 . Materiales que tienen una respuesta muy débil cuando son sujetos a un campo magnético.

17 . Materiales que son repelidos cuando son sujetos a un campo magnético.

18 .

19 . La fuerza entre los polos de un imán se parece mucho a la fuerza eléctrica, pero ……

20 Si partes un imán, te vuelve a quedar un nuevo imán, con polo norte y polo sur. Si lo vuelves a hacer, sucede lo mismo Y así ….. Hasta llegar a los átomos mismos ad-infinitum

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23 Al menos, no hasta ahora, …..

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25 Patrón de campo: La dirección del campo magnético corresponde a la que indica el polo norte de una brújula en cualquier punto de su interior. Se determina así las líneas de campo magnético

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32 La fuerza magnética F B es proporcional a la carga q, como a la velocidad de la misma La magnitud dirección y sentido de la fuerza magnética que actúa sobre la carga, depende de la dirección relativa entre la partícula y el campo magnético Si la velocidad de la partícula es paralela a la dirección del campo magnético, el campo no ejerce fuerza. La fuerza magnética es perpendicular al plano formado por la velocidad de la partícula y el campo magnético

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35 Magnitud: Para cuantificar la magnitud del campo magnético, llamada también Inducción Magnética, se utiliza el modelo de una partícula dentro del campo. La existencia del campo en algún punto de espacio, se puede determinar midiendo la fuerza ejercida sobre esa partícula. La partícula se designa como positiva.

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37 Newtons Coulombs Metros/segundo Teslas

38 Nikola Tesla (en cirílico serbio: Никола Тесла) 10 de julio de 1856 al 7 de enero de 1943 Inventor, físico, ingeniero mecánico e ingeniero eléctrico. Nació en Smiljan, hoy Croacia; etnicamente serbio.

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48 Los “potholes” en el campo magnético alrededor de nuestra Sistema Solar son de 0.01 nanotesla En espacio exterior la densidad magnética del flujo está entre 0.1 y 10 nanoteslas (10 −10 T y 10 −8 T) En la tierra el campo magnético en la latitud de 50° es de 58 µT (5.8×10 −5 T) y en el ecuador de 31 µT (3.1×10 −5 T) En una mancha solar es de 0.15 T Un imán grande de una bocina de 14 kilogramos tendrá 1 T Un imán moderno tiene una fuerza de cerca de 1.25 T

49 Los sistemas médicos de resonancia magnética utilizan densidades del campo a partir del 1.5 a 3 T en la práctica, experimental hasta 7 T El campo magnético continuo más fuerte producido en un laboratorio (USA), 45 T El campo magnético pulsado más fuerte, obtenido con técnicas no destructivas en un laboratorio (USA), 100 T El campo magnético pulsado más fuerte, obtenido siempre con explosivos en un laboratorio, 2800 T

50 En una estrella de neutrones de 1 a 100 megateslas (10 6 T a 10 8 T) En un magnetar, 0.1 a 100 gigateslas (10 8 T a 10 11 T ) Fuerza teórica máxima del campo de una estrella de neutrón, y por lo tanto el límite superior hasta el momento para cualquier fenómeno conocido, 10 terateslas (10 13 T)

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52 Martes 31 de julio del 2007

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54 N S La partícula q positiva no se desvía debido a que lleva una dirección paralela al campo magnético

55 N S La partícula experimenta una desviación, como indica la figura. Desde la mecánica se determina que la dirección del cambio de la velocidad, y por ende la aceleración, corresponde a la fuerza resultante aplicada. En este caso la fuerza apunta hacia adentro del plano donde se encuentran el campo y la velocidad de la partícula. Se puede encontrar a través de la regla de la mano derecha.

56 N S Si la carga que se desplaza por el interior del campo magnético es negativa la fuerza que experimenta es inversa a la que experimentaría una positiva en las misma condiciones. En este caso la fuerza apunta saliendo de la pantalla.

57 De la definición operacional de la fuerza magnética, se deduce ésta es perpendicular al plano formado por el campo magnético B y la velocidad v de la partícula. B v F q Una partícula positiva dentro de un campo magnético B v F q Una partícula negativa dentro de un campo magnético

58 Siempre paralela a la dirección del campo Surge por la existencia de una carga generadora Q Actúa sobre una partícula cargada independiente que esté en reposo Es perpendicular al plano donde se orienta el campo magnético Actúa sobre una partícula en movimiento

59 Realiza trabajo cada vez que desplaza una carga No realiza trabajo, ya que es perpendicular a la velocidad de desplazamiento de la partícula La partícula no incrementa ni disminuye el módulo de su velocidad por la presencia de la fuerza magnética

60 Hasta ahora hemos tratado por separado el campo eléctrico y el campo magnético, pero es claro que en muchas situaciones tendremos los dos campos a la vez, ¿qué sucede en ese caso? Resulta que los campos eléctricos y magnéticos tiene la increíble propiedad de superponerse linealmente; es decir, la acción de los dos a la vez es como si uno no se diera cuenta de que existe el otro y viceversa. Por lo tanto, el resultado es que se suman vectorialmente.

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67 Toda carga en movimiento en un campo magnético sufre una fuerza Una corriente eléctrica es un conjunto de cargas eléctricas en movimiento Por lo tanto, es lógico, que una corriente eléctrica en un campo magnético sienta una fuerza.

68 Una corriente eléctrica en un campo magnético siente una fuerza A L

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70 Considerando el aporte de todas las cargas que circulan por el conductor se cumple que: Una corriente eléctrica en un campo magnético siente una fuerza

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72 Las cargas en movimiento en campos magnéticos, sufren una fuerza Las corrientes eléctricas en los campos magnéticos, sienten una fuerza Pero, …. ¿qué produce los campos magnéticos? 1.Los imanes 2.¿Nada más?

73 Hans Christian Ørsted (Oersted) (14 de agosto de 1777- 9 de marzo de 1851) Físico y químico danes

74 La experiencia de Oersted es muy fácil de repetir en el salón de clases: Una brújula Un metro de cable eléctrico delgado Una pila de 1.5 volts

75 ¡Las corrientes eléctricas producen campos magnéticos!

76 Las corrientes eléctricas producen campos magnéticos

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81 r (m) B (T) x 10-8 0.001 2,000.00000 0.010 200.00000 0.100 20.00000 1.000 2.00000 5.000 0.40000 10.000 0.20000 50.000 0.04000 100.000 0.02000 500.000 0.00400 1,000.000 0.00200 10,000.000 0.00020 100,000.000 0.00002

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83 I Se tiene un conductor dispuesto verticalmente por el que circula una corriente I. Un papel se ha colocado horizontalmente y traspasando dicho conductor como indica la figura. Sobre el papel se arrojan limaduras de hierro. Dibuje la forma que se dispondrán las limaduras sobre el papel

84 Los experimentos de Oersted mostraron, por primera vez, que existe una relación entre los fenómenos eléctricos y los fenómenos magnéticos

85 Las cargas eléctricas en movimiento producen campos magnéticos. Las cargas eléctricas en movimiento “sienten” los campos magnéticos.

86 Los descubrimientos de Oersted, de que la corriente eléctrica desvía una brújula, hicieron concluir que el flujo de corriente genera un campo magnético. Jean Baptista Biot y Félix Savart, formularon una expresión para el campo magnético en un punto del espacio, en función de la corriente que produce ese campo.

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97 Miércoles 1 de agosto del 2007

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99 Ya vimos que una corriente en un campo magnético siente una fuerza

100 Una corriente eléctrica en un campo magnético siente una fuerza

101 Ya vimos que una corriente en un campo magnético siente una fuerza Vimos también que una corriente eléctrica produce un campo magnético

102 Las corrientes eléctricas producen campos magnéticos

103 Ya vimos que una corriente en un campo magnético siente una fuerza Vimos también que una corriente eléctrica produce un campo magnético ¡Por tanto, debe de haber una fuerza entre dos corrientes!

104 Todo conductor por el que circula corriente genera un propio campo magnético. Luego dos conductores paralelos por los que circula corriente, se ejercen fuerzas magnéticas mutuas, cumpliendo con la ley de Biot- Savart

105 I1I1 I2I2 d L L Supongamos dos alambres paralelos conductores de largo L cada uno, y por los que circula corriente I 1 y I 2, y que se encuentran separados una distancia d. Supongamos además que las áreas transversales de cada uno son muchísimo menores que d, por lo cual pueden despreciarse.

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111 ¿Qué sucede en este caso? Es decir, las corrientes ahora están en sentidos contrarios

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113 Una corriente eléctrica en un campo magnético siente una fuerza

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115 Todas las fuerzas tienen la misma magnitud

116 La fuerza magnética neta sobre la espira cuadrada de lado l es 0

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119 La fuerza magnética neta sobre la espira cuadrada de lado l es 0. Sin embargo, en este caso notamos, que la espira “podría girar”. La torca sobre ella es diferente de cero.

120 ¡La espira gira!

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141 La circulación del campo magnético es igual a por el flujo de corriente eléctrica a través de cualquiera de las superficies cuyo contorno es C

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155 Jueves 2 de agosto del 2007

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157 Se jala un circuito cerrado de alambre a través de un campo magnético

158 Se jala hacia la izquierda el imán que produce el campo magnético

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160 Nada se mueve, pero se hace variar el campo magnético. Campo magnético que varía con el tiempo

161 Nada se mueve, pero se hace variar el campo magnético.

162 Faraday descubrió que cuando variaba bruscamente un campo magnético en la vecindad de un conductor, se originaba una corriente en este último. Mover un conductor, tal como un alambre de metal, a través de un campo magnético, produce un voltaje. El voltaje resultante es directamente proporcional a la velocidad del movimiento.

163 En los tres casos anteriores se originaba una corriente eléctrica en el circuito. Su conclusión fue: Un campo magnético variable induce una corriente eléctrica

164 Examinemos el primer caso: Se jala un circuito cerrado de alambre a través de un campo magnético

165 Fijémonos sólo en la barra vertical del circuito

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169 Si ahora nos fijamos en todo el circuito Las fuerzas sobre los electrones

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188 Faraday se dio cuenta que lo mismo sucedía en los otros dos casos y enunció su famosa ley: En un circuito la magnitud de la fuerza electromotriz inducida es igual a la rapidez con que el flujo magnético a través de este circuito cambia con el tiempo.

189 En términos matemáticos, se escribe de manera muy simple y muy clara:

190 Es muy importante resaltar el signo menos en esta ley, en esta ecuación. Ese signo menos establece claramente que: El flujo del campo magnético debido a la corriente inducida se opone al cambio de flujo que produce a dicha corriente inducida. Este enunciado se conoce como la ley de Lenz.

191 Campos magnéticos variables inducen campos eléctricos

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215 Lejísimos Ley de Ampere:

216 Lejísimos Ley de Ampere:

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218 ? Lejísimos

219 El campo eléctrico está disminuyendo: El cambio del campo eléctrico genera una “corriente” que mantiene la validez de la ley de Ampere

220 Lejísimos Corriente de desplazamiento

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223 En 1864, James Clerk Maxwell unificó los fenómenos eléctricos y magnéticos, en la teoría electromagnética, mediante la formulación de sus famosas Ecuaciones de Maxwell

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225 Quedó clarísimo que los fenómenos eléctricos y magnéticos son diferentes manifestaciones de una misma cosa, los fenómenos electromagnéticos

226 ¡Ah! Pues lo increíble es, que estudiando sus ecuaciones, Maxwell se dio cuenta que equivalían a una ecuación de ONDA. Que esa onda electromagnética viajaba a la misma velocidad que la velocidad de la luz ….

227 Y se hizo la luz …..

228 Lunes 6 de agosto del 2007

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234 En electrónica, un diodo es una componente que restringe el flujo direccional de los portadores de la carga. Esencialmente, un diodo permite que una corriente eléctrica fluya en una dirección, pero la bloquea en la dirección opuesta. Así, el diodo se puede pensar en como versión electrónica de una válvula de check. Los circuitos que requieren flujo actual en solamente una dirección típicamente incluyen unos o más diodos en el diseño de circuito.

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236 En 1864, James Clerk Maxwell unificó los fenómenos eléctricos y magnéticos, en la teoría electromagnética, mediante la formulación de sus famosas Ecuaciones de Maxwell

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238 ¡Ah! Pues lo increíble es, que estudiando sus ecuaciones, Maxwell se dio cuenta que equivalían a una ecuación de ONDA. Que esa onda electromagnética viajaba a la misma velocidad que la velocidad de la luz ….

239 Y se hizo la luz …..

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241 Una onda es una perturbación de alguna propiedad de un medio, la cual se propaga a través del espacio transportando energía. El medio perturbado puede ser de naturaleza diversa, como el aire, agua, un trozo de metal, etc. Las propiedades que sufren la perturbación pueden ser también variadas, por ejemplo, densidad, presión, campo eléctrico, campo magnético.

242 Una onda es un patrón de movimiento que puede transportar energía sin transportar agua con ella

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248 Distancia Desplazamiento

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250 La frecuencia: El número de veces que oscila por segundo

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256 Longitud de onda Frecuencia de la onda Velocidad de la onda Amplitud de la onda Dirección del movimiento de la onda Dirección del movimiento de la propagación en el medio Ondas transversales Ondas longitudinales

257 Reflexión Refracción Difracción Interferencia

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259 Era tan “oscuro” que Hemholtz, en 1871, le encargo a Heinrich Hertz clarificar sus estudios, pero sobre todo demostrar que las “ondas electromagnéticas” de la teoría de Maxwell se propagaban a la velocidad de la luz

260 En 1887 Hertz verifica experimentalmente que Existen ondas electromagnéticas La luz es una onda electromagnética

261 La longitud de la onda (ó la frecuencia) determina el color de la luz La amplitud de la onda es la intensidad de la luz La dirección de oscilación de los campos determina la polarización

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263 La luz está caracterizada por una frecuencia y una longitud de onda, que determinan su color. La luz visible va de 0.4 a 0.7 micras Por ejemplo, el color verde corresponde a una longitud de onda de 0.4680 micras y una frecuencia de 6.14x10 14 Hertz

264 Si una estación de radio de AM transmite a 1250 KHz, ¿cuál es la longitud de las ondas que emite?

265 Luz visible Infrarrojo Ultravioleta Rayos X Rayos Gama Microondas Ondas de radio

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268 La explicación de Maxwell de que la luz es una onda electromagnética, permitió entender profundamente las leyes de la óptica geométrica y los fenómenos de interferencia y difracción. En efecto, los fenómenos de reflexión, refracción, interferencia y difracción son comunes a todas las ondas, y siendo la luz una onda electromagnética, se entiende perfectamente que los presente.

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275 Efectivamente Hertz, y muchisima gente posteriormente, han mostrado que la luz es una onda electromagnética. Pero, ahí no acaba la historia ….

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