Magnetismo

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Magnetismo
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Material Magnético
Muy pocos materiales exhiben un fuerte magnetismo. Estos
materiales se llaman ferromagnéticos.
Algunos ejemplos son el hierro, cobalto, níquel, y gadolinio.
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Imanes
Los imanes tienen dos
terminaciones (polos)
llamados norte y sur.
Polos iguales se
repelen; polos
opuestos se atraen.
Esta atracción o
repulsión es la fuerza
magnética.
Se repelen
Se repelen
Se atraen
Estos son ejemplos de barras de imanes.
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Polos Magnéticos
Como los imanes tienen dos polos, se dice que son dipolos.
Nunca se ha encontrado un imán monopolo, entonces,
cuando se corta un imán a la mitad, los dos imanes
resultantes tienen dos polos.
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Campos Magnéticos
Los campos magnéticos pueden visualizarse usando
líneas de fuerza del campo magnético, que son siempre
curvas cerradas.
Los campos magnéticos
se dibujan partiendo desde
el polo norte y dirigidas
hacia el polo sur.
Mientras más líneas haya
por unidad de área, más
fuerte será el campo.
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EL campo magnético de la Tierra
El campo magnético de la Tierra es similar al de un imán.
Observa dos cosas:
· El polo "Polo Norte" de
la Tierra es en realidad el
polo magnético sur ya
que los extremos norte
de un imán son atraídos a
él.
· Los polos de la Tierra
no están ubicados en el
eje de rotación.
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Campos magnéticos uniformes
Un campo magnético uniforme es constante en magnitud y
dirección.
¿Cómo podemos crear un campo magnético uniforme?
Alinear los polos
opuestos de dos barras
magnéticas creará un
campo que es casi
uniforme.
¿Qué áreas en el diagrama
no son uniformes?
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Definición de B
EL campo magnético generalmente se expresa como B. El
campo es un vector y tiene magnitud y dirección.
Frecuentemente, nos referiremos al campo magnético como
"campo-B".
La unidad de B es el tesla, T.
1T= 1 N
Am
Otra unidad que se usa a veces es el gauss (G).
1 G = 10-4 T
Para tener más perspectiva, el campo magnético débil de la
Tierra en su superficie es aproximadamente 0,5 x 10-4 T o
simplemente 0,5 G.
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Las corrientes eléctricas producen campos
magnéticos
El experimento muestra que una corriente
eléctrica produce un campo magnético.
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Las corrientes eléctricas producen campos
magnéticos
La dirección del campo
está dada por la regla de
la mano derecha.
Primero, orienta el pulgar
de tu mano derecha en la
dirección de la
corriente...
Luego presiona tus
dedos en la dirección del
campo B.
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Dirección de los campos magnéticos
Ya que necesitamos tres dimensiones para
describir el campo magnético y nuestro papel es
esencialmente bidimensional, necesitamos de
alguna manera representar la tercera dimensión.
Tenemos izquierda / derecha:
Arriba / abajo :
¿Cuál es la tercera dimensión?
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Campos magnéticos
Dibuja la línea de fuerza del campo como una flecha. La punta de la
flecha es en la dirección del campo.
Si el campo magnético es en la hoja, verás la cola de la flecha.
Si el campo magnético está fuera de la hoja, verás el frente de la
flecha.
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1 ¿Qué diagrama muestra
correctamente el campo
magnético (en rojo) alrededor de
un cable con corriente (en azul)?
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D
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2 ¿Qué diagrama muestra
correctamente el campo
magnético (en rojo)
alrededor de un cable con
corriente (en azul)?
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3 ¿Qué diagrama muestra
correctamente el campo
magnético (en negro)
alrededor de un cable con
corriente (en rojo)?
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B
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4 ¿Qué diagrama muestra
correctamente el campo
magnético dentro y fuera
de un círculo de un cable
con corriente?
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5 ¿Qué diagrama muestra
correctamente el campo
magnético alrededor de un
cable con corriente?
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6 ¿Qué diagrama muestra
correctamente el campo
magnético alrededor de un
cable con corriente?
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C
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7 ¿Qué diagrama muestra el
campo magnético dentro y
fuera de un círculo de un
cable con corriente?
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8 ¿Qué diagrama muestra
correctamente el campo
magnético alrededor de un
cable con corriente?
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Fuerza sobre una corriente eléctrica en un
campo magnético - Definición de B
Un imán ejerce una fuerza sobre un cable cargado
con corriente eléctrica. La dirección de la fuerza
está dada por otra regla diferente de la mano
derecha. La llamaremos regla del brazo derecho
para evitar confusión.
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Fuerza sobre una corriente eléctrica en un
campo magnético - Definición de B
La fuerza en el cable depende de la
corriente, el largo del cable, el campo
magnético y su orientación.
FB = I L Bperpendicular
Esta ecuación define el campo magnético, B.
I es la corriente
L es el largo del cable
B es el campo magnético (perpendicular tanto a
la fuerza como a la corriente)
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9 Un cable carga una corriente de 2
A en dirección perpendicular a un
campo magnético de 0,3 T.
¿Cuál es la magnitud de la fuerza
magnética que actúa sobre el
cable de 0,5 m de largo?
Los estudiantes escriben su respuesta aquí
FB = ILBperpendicular
Respuesta
FB = (2 A) (0 ,3 T) (0 ,5 m) = 0 ,3 N
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10 Un campo magnético uniforme
ejerce una fuerza máxima de 20 N
en un cable de 0,25 de largo que
carga una corriente de 2 A. ¿Cuál
es la fuerza del campo
magnético?
Los estudiantes escriben su respuesta aquí
Respuesta
(0 ,2 5 m)
0 ,0 4 T
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11 Una fuerza de 0,05 N actúa sobre
un cable de 10 cm como resultado
de estar ubicado en un campo
magnético de 0,03 T orientado
perpendicularmente. ¿Cuál es la
corriente eléctrica en el cable?
Los estudiantes escriben su respuesta aquí
Respuesta
0 ,0 5 N
(0 ,1 m)(0 ,3 T)
1 ,6 7 A
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Fuerza sobre una corriente eléctrica en un
campo magnético - Definición de B
Para asegurarnos de que tenemos la dirección
correcta para B, usamos la regla del brazo derecho:
Orienta tu brazo en la dirección de la corriente.
Gira tu muñeca hasta que tu pulgar está en la
dirección de la fuerza.
Dobla tus dedos 90o para la dirección del campo
magnético.
Los tres vectores son ahora perpendiculares.
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12 ¿Cuál es la dirección de la fuerza
en el cable de corriente (verde) en
el campo magnético (rojo)?
cero
B
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13 ¿Cuál es la dirección de la fuerza
en el cable de corriente (verde) en
el campo magnético (rojo)?
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14 ¿Cuál es la dirección de la fuerza
en el cable de corriente (verde) en
el campo magnético (rojo)?
cero
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15 ¿Cuál es la dirección de la fuerza
en el cable de corriente (verde) en
el campo magnético (rojo)?
cero
G
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16 ¿Cuál es la dirección de la fuerza
en el cable de corriente (verde) en
el campo magnético (rojo)?
cero
F
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17 ¿Cuál es la dirección de la fuerza
en el cable de corriente (verde) en
el campo magnético (rojo)?
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cero
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18 ¿Cuál es la dirección de la fuerza
en el cable de corriente (verde) en
el campo magnético (rojo)?
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cero
E
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19 ¿Cuál es la dirección de la fuerza
en el cable de corriente (verde) en
el campo magnético (rojo)?
cero
C
Slide 35 / 90
20 ¿Cuál es la dirección de la fuerza
en el cable de corriente (verde) en
el campo magnético (rojo)?
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cero
G
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21 ¿Cuál es la dirección de la fuerza
en el cable de corriente (verde) en
el campo magnético (rojo)?
cero
A
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22 ¿Cuál es la dirección de la fuerza
en el cable de corriente (verde) en
el campo magnético (rojo)?
cero
D
Slide 38 / 90
23 ¿Cuál es la dirección de la fuerza
en el cable de corriente (verde) en
el campo magnético (rojo)?
cero
B
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24 ¿Cuál es la dirección de la fuerza
en el cable de corriente (verde) en
el campo magnético (rojo)?
cero
E
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25 ¿Cuál es la dirección de la fuerza
en el cable de corriente (verde) en
el campo magnético (rojo)?
cero
G
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26 ¿Cuál es la dirección de la fuerza
en el cable de corriente (verde) en
el campo magnético (rojo)?
cero
D
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27 ¿Cuál es la dirección de la fuerza
en el cable de corriente (verde) en
el campo magnético (rojo)?
cero
G
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28 ¿Cuál es la dirección de la fuerza
en el cable de corriente (verde) en
el campo magnético (rojo)?
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cero
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29 ¿Cuál es la dirección de la fuerza
en el cable de corriente (verde) en
el campo magnético (rojo)?
cero
F
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30 ¿Cuál es la dirección de la fuerza
en el cable de corriente (verde) en
el campo magnético (rojo)?
cero
G
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31 ¿Cuál es la dirección de la fuerza
en el cable de corriente (verde) en
el campo magnético (rojo)?
cero
E
Slide 47 / 90
32 ¿Cuál es la dirección de la fuerza
en el cable de corriente (verde) en
el campo magnético (rojo)?
cero
C
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33 ¿Cuál es la dirección de la fuerza
en el cable de corriente (verde) en
el campo magnético (rojo)?
cero
G
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34 ¿Cuál es la dirección de la fuerza
en el cable de corriente (verde) en
el campo magnético (rojo)?
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35 ¿Cuál es la dirección de la fuerza
en el cable de corriente (verde) en
el campo magnético (rojo)?
cero
C
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36 ¿Cuál es la dirección de la fuerza
en el cable de corriente (verde) en
el campo magnético (rojo)?
cero
D
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37 ¿Cuál es la dirección de la fuerza
en el cable de corriente (verde) en
el campo magnético (rojo)?
cero
G
Slide 53 / 90
38 ¿Cuál es la dirección de la fuerza
en el cable de corriente (verde) en
el campo magnético (rojo)?
cero
G
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39 ¿Cuál es la dirección de la fuerza
en el cable de corriente (verde) en
el campo magnético (rojo)?
cero
G
Slide 55 / 90
40 ¿Cuál es la dirección de la fuerza
en el cable de corriente (verde) en
el campo magnético (rojo)?
cero
D
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41 ¿Cuál es la dirección de la fuerza
en el cable de corriente (verde) en
el campo magnético (rojo)?
cero
C
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42 ¿Cuál es la dirección de la fuerza
en el cable de corriente (verde) en
el campo magnético (rojo)?
cero
A
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43 ¿Cuál es la dirección de la fuerza
en el cable de corriente (verde) en
el campo magnético (rojo)?
cero
E
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44 ¿Cuál es la dirección de la fuerza
en el cable de corriente (verde) en
el campo magnético (rojo)?
cero
F
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45 ¿Cuál es la dirección de la fuerza
en el cable de corriente (verde) en
el campo magnético (rojo)?
cero
B
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46 ¿Cuál es la dirección de la fuerza
en el cable de corriente (verde) en
el campo magnético (rojo)?
cero
F
Slide 62 / 90
47 ¿Cuál es la dirección de la fuerza
en el cable de corriente (verde) en
el campo magnético (rojo)?
cero
G
Slide 63 / 90
48 ¿Cuál es la dirección de la fuerza
en el cable de corriente (verde) en
el campo magnético (rojo)?
cero
G
Slide 64 / 90
49 ¿Cuál es la dirección de la fuerza
en el cable de corriente (verde) en
el campo magnético (rojo)?
cero
E
Slide 65 / 90
Fuerza en una carga eléctrica moviéndose en un
campo magnético
La fuerza en una carga móvil está relacionada
con la fuerza en la corriente:
F = qvBperpendicular
Una vez más, la
dirección está dada
por la regla del brazo
derecho.
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Fuerza en una carga móvil
v (velocidad)
B
v (velocidad)
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F
Fuerza en una carga móvil
F
(velocidad)
v (velocity)
B
v(velocidad)
(velocity)
F
Para una carga negativa, hay que negar la fuerza.
Slide 68 / 90
50 Un protón moviéndose a una
velocidad de 75.000 m/s
horizontalmente hacia la derecha
entra en un campo magnético
uniforme de 0,05 T que está dirigido
verticalmente hacia abajo. Halla la
dirección y magnitud de la fuerza
magnética del protón.
Los estudiantes escriben su respuesta aquí
- 9 C) (7 5 .0 0 0 m/ s) ( 0 ,0 5 T)
(1 ,6 x 1 0Respuesta
6 x 1 0 - 1 6 N dirigida hacia la hoja
Slide 69 / 90
51 Un electrón experimenta una fuerza
máxima hacia arroba de 2,8 x10-12 N
cuando se mueve a una velocidad
de 5,1x106 m/s hacia el norte. ¿Cuál
es la dirección y magnitud del
campo magnético?
Los estudiantes escriben su respuesta aquí
Respuesta
2 ,8 x 1 0 - 1 2 N
(1 ,6 x 1 0 - 1 9 C) (5 ,1 x 1 0 6 m/ s)
3 ,4 3 T dirigido hacia el este
Slide 70 / 90
52 ¿Cuál es la dirección de la
fuerza en el protón que se
muestra abajo?
v
C
Slide 71 / 90
53 ¿Cuál es la dirección de la
fuerza en el protón que se
muestra abajo?
v
D
Slide 72 / 90
54 ¿Cuál es la dirección de la
fuerza en el electrón que se
muestra abajo?
v
A
Slide 73 / 90
55 ¿Cuál es la dirección de la
fuerza en el electrón que se
muestra abajo?
v
G
Slide 74 / 90
56 ¿Cuál es la dirección de la
fuerza en el electrón que se
muestra abajo?
v
B
Slide 75 / 90
57 ¿Cuál es la dirección de la
fuerza en el electrón que se
muestra abajo?
v
D
Slide 76 / 90
Fuerza en una carga eléctrica moviéndose
en un campo magnético
Si una partícula cargada
se mueve de forma
perpendicular a un
campo magnético
uniforme, su trayectoria
será un círculo.
está en la imagen
trayectoria del electrón
Slide 77 / 90
Campo magnético debido a un cable
derecho largo
Recordando nuestro cable de corriente, es
obvio que el campo es inversamente
proporcional a la distancia desde el cable:
La constante μ0 se llama permeabilidad del
espacio libre y tiene valor:
μ0 = 2 x10-7 Tm/A
2π
Slide 78 / 90
58 ¿Cuál es el campo magnético
en un punto a 0,5 m alejado
de un cable que carga una
corriente de 40 A?
Los estudiantes escriben su respuesta aquí
Respuesta
0 ,5 m
1 ,6 x 1 0 - 5 T
Slide 79 / 90
59 Un cable largo y derecho carga
una corriente de 12 A hacia el
oeste. ¿Cuál es la dirección y la
magnitud del campo magnético a
10 cm al sur del cable?
Los estudiantes escriben su respuesta aquí
Respuesta
0 ,1 m
2 ,4 x 1 0 - 5 T dirigida fuera de la hoja
Slide 80 / 90
60 Un cable derecho con una
corriente de 50 A está
orientado verticalmente. ¿Cuál
es el campo magnético en un
punto a 2 m del cable?
Los estudiantes escriben su respuesta aquí
Respuesta
Slide 81 / 90
61 Un cable derecho carga una
corriente de 30 A hacia el oeste.
¿Cuál es la dirección y la
magnitud del campo magnético
a 5 m al sur del cable?
Los estudiantes escriben su respuesta aquí
Respuesta
1 ,2 x 1 0 - 6 T dirigida fuera de la hoja
Slide 82 / 90
REALIZA AHORA:
Halla la dirección y magnitud de la fuerza en un cable como
el de abajo si es de 0,5 m de largo, carga una corriente de 50
A y está pasando por un campo magnético de 4 T.
B
I
Respuesta
(5 0 A) (0
,5 m) (4 T)
1 0 0 N dirigida hacia arriba
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Fuerza entre dos cables paralelos
Dos cables cargando
corriente van a interactuar
entre ellos.
El campo magnético
producido en la posición del
cable 2 debido a la corriente
del cable 1 es:
La fuerza que ejerce este
campo en un largo l2 del cable
2 es:
Cable A
Cable B
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Fuerza entre dos cables paralelos
Las corrientes paralelas en la misma dirección se atraen.
Las corrientes paralelas en dirección opuesta se repelen.
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62 ¿Cuál es la magnitud y la
dirección de la fuerza magnética
entre dos cables parelelos, de 5 m
de largo y a 2 cm de distancia, si
cada cable lleva una corriente de
15 A en direcciones opuestas?
Los estudiantes escriben su respuesta aquí
Respuesta
0 ,0 2 m
1 ,1 2 5 x 1 0 - 2 N se repelen
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63 Dos cables paralelos y con
corrientes opuestas, de 5,8 A y
3,2 A, están separados por una
distancia de 12 cm. El largo de
los cables es de 9,6 m. ¿Cuál es
la magnitud y la dirección de la
fuerza entre los cables?
Los estudiantes escriben su respuesta aquí
Respuesta
(5 ,8 A)(3 ,2 A)
(9 ,6 m)
0 ,1 2 m
2 ,9 7 x 1 0 - 4 N se repelen
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64 ¿Cuál es la magnitud y la dirección
de la fuerza magnética entre dos
cables paralelos, de 0,5 m de largo y
separados por 1 cm, si cada uno
carga una corriente de 0,25 A en la
misma dirección?
Los estudiantes escriben su respuesta aquí
Respuesta
(0 ,2 5 A)(0 ,2 5 A)
(0 ,5 m)
0 ,0 1 m
6 ,2 5 x 1 0 - 7 N se repelen
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Espectrómetro de masas
Todos los átomos que
pasan por la segunda
hendidura tendrán la
misma velocidad.
FE
FB
FE = FB
qE = qvB
E = vB
causado por
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Espectrómetro de masas
Los átomos que alcanzan el segundo campo
magnético tendrán la misma velocidad; sus radios de
curvatura dependerán de sus masas.
FB = ma
qvB = mv2
r
qB = mv
r
qBr = mE
B
m = qrB2
E
detecta
el átomo
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Resumen
· Los imanes tiene un polo norte y un polo sur.
· Polos iguales se repelen; polos opuestos se atraen.
· Unidad del campo magnético: Tesla
· Las corrientes eléctricas producen campos magnéticos.
· Un campo magnético ejerce una fuerza sobre una
corriente eléctrica:
F = ILBperpendicular
· Un campo magnético ejerce una fuerza sobre una carga
móvil:
F = qvBperpendicular
La magnitud del campo de un cable largo y derecho con
corriente:
· Las corrientes paralelas se atraen; las corrientes
antiparalelas se repelen.