1
Download magnetismo_fuerza_magnetica1
Document related concepts
Transcript
ELECTROMAGNETISMO El magnetismo y la electricidad IDEAS PREVIAS 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. CAMPO MAGNÉTICO y ELÉCTRICO… Algunas diferencias Las cargas eléctricas pueden aislarse. Un electrón puede estar separado del átomo y por ende del protón. Los polos magnéticos siempre están presentes en parejas. No pueden separarse, aún cuando el imán se corte reiteradas veces, siempre aparece un polo norte y otro sur. CAMPO MAGNÉTICO y ELÉCTRICO… Algunas diferencias v Si la carga se pone en movimiento, surge y se adiciona otro campo, el campo magnético. La brújula se desvía. N O E S CAMPO MAGNÉTICO B DEFINICIÓN: Indica la fuerza aplicada sobre una carga eléctrica en movimiento o bien fuerza magnética aplicada por cada unidad de carga en movimiento. DEFINICIÓN OPERACIONAL A partir de la definición anterior se deduce que la expresión general para el campo magnético es: BF q v CAMPO MAGNÉTICO unidades de medida A partir de la expresión anterior, se tiene que: F B qv 1 Weber/m2 = 1 (T) 1 Wb/ m2= 1 (T) 1T = 1 104 Gauss (G) N 1 N/ A m = 1 Tesla (T) C m/s CAMPO MAGNÉTICO características 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. B CAMPO MAGNÉTICO características 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 del espacio, se puede determinar midiendo la fuerza ejercida sobre esa partícula. La partícula se designa como positiva. v B FUERZA MAGNÉTICA La fuerza magnética FB 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. FUERZA MAGNÉTICA N La partícula q positiva no se desvía debido a que lleva una dirección paralela al campo magnético S 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 de 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. Un campo entrante se designa por el símbolo X. Representa la cola de una flecha. FUERZA MAGNÉTICA 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. Una fuerza saliente se designa por un punto que representa la punta de una flecha. el símbolo es: N S FUERZA MAGNÉTICA A partir de las observaciones y definiciones anteriores se puede concluir que la expresión para la fuerza magnética esta dada por: FB qv B Fuerza magnética, campo y velocidad 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. v v F q q F B Una partícula positiva dentro de un campo magnético B Una partícula negativa dentro de un campo magnético Fuerza eléctrica y magnética Siempre paralela dirección del campo. a la Surge por la existencia de una carga generadora Q. Actúa sobre una partícula cargada independiente que esté en reposo. Realiza trabajo cada vez que desplaza una carga. Fe E q0 Es perpendicular al plano donde se orienta el campo magnético. Actúa sobre una partícula en movimiento. No realiza trabajo, ya que es perpendicular a la velocidad de desplazamiento de la partícula. Luego K = 0 La partícula no incrementa ni disminuye el módulo de su velocidad por la presencia de la fuerza magnética. FB q0 v B Movimiento de una partícula en un campo magnético Supongamos una partícula positiva moviéndose dentro de un campo magnético uniforme B, de tal modo que la velocidad de la partícula es perpendicular al ese campo. Supongamos que el campo magnético posee dirección entrando a la página. Dada estas condiciones la partícula experimenta una fuerza magnética FB radial como muestra la figura. v v ××××××××××××× ××××××××××××× ××××××××××××× ××××××××××××× F v ××××××××××××× ××××××××××××× ××××××××××××× ××××××××××××× v ××××××××××××× ××××××××××××× Movimiento de una partícula en un campo magnético Se puede apreciar que la fuerza magnética es una fuerza radial y por lo tanto cumple con la definición 2 de fuerza centrípeta, es decir: FB m v r m v2 qvB r mv r qB Reemplazando por rapidez angular w Radio de giro dentro del campo magnético v r qB w m 2m T qv Frecuencia de giro. Se conoce Como frecuencia del ciclotrón Período del movimiento circular dentro del campo magnético APLICACIÓN Suponga que en la región P, existe un campo magnético finito. Una partícula positiva describe la trayectoria que se señala, debido a la influencia de la fuerza magnética. Dibuje la dirección del campo magnético para que se cumpla la condición señalada. P APLICACIÓN Un protón se mueve en una órbita circularen un radio de 14 cm, en un campo magnético uniforme de 0,350 T y con dirección perpendicular a la velocidad de esa partícula. Determine la rapidez de traslación del protón. Masa del protón 1,6710-27 kg, carga 1,610-19 C ¡Muchas gracias!
