Departamento de Ciencia y Tecnología Subsector FISICA Profesora

Departamento de Ciencia y Tecnología
Subsector FISICA
Profesora: Tatiana Oliva
GUÍA DE APRENDIZAJE – IV MEDIO
Capacidad: Razonamiento Lógico
Destrezas: Calcular, Expresar, Representar.
Valor: Respeto
Actitud: Autodisciplina
Contenido: Electromagnetismo
MAGNETISMO
El magnetismo es una propiedad que presentan algunas sustancias de atraer hacia ellas objetos que
contengan hierro en su composición. A estas sustancias se les conoce como imanes.
Los imanes son están formados por dos polos, un polo norte y un polo sur. Cuando un imán tiene forma de
barra, los objetos atraídos más fuertemente hacia los extremos del imán, es decir hacia sus polos.
Se cree que la fuente más probable de campo magnético es el movimiento de las cargas eléctricas, vale decir,
al movimiento de los electrones en un átomo. Los electrones poseen dos tipos de movimiento:
- el orbital: en torno al núcleo del átomo
- el de spin: en torno a su propio eje creando un campo magnético
Brújula magnética:
Una barra magnética suspendida por su punto medio se orienta con el campo magnético terrestre, es decir, el
polo norte magnético de la barra es atraído por el polo sur magnético de la Tierra, que a su vez está muy
próximo al polo Norte geográfico, pero no coinciden. Esto quiere decir, que una brújula magnética trabaja
alineando el norte magnético de un pequeño imán en forma de barra con el sur magnético de la Tierra que
está próximo al Norte geográfico. Hay que tener presente entonces que las brújulas no apuntan exactamente
al Norte de la Tierra, esta variación se conoce como declinación magnética.
Características del campo magnético B
Es una vector, tiene magnitud, dirección y sentido. El campo magnético no ejerce fuerzas sobre cargas en
reposo. Las cargas que mueven por un campo magnético experimentan una fuerza magnética
La magnitud de la Fuerza magnética está dada por:
Fmagnética = q v B
La unidad de campo magnético en el SI es la Tesla [T]. Si una carga de 1 [C] se mueve a través de un campo
de 1 [T] con una velocidad de 1 [m/s] perpendicular al campo, experimenta una fuerza magnética de 1 [N].
La fuerza magnética será cero si la carga se mueve paralela a la dirección del campo magnético B, para otros
ángulos irá en aumento y si se mueve en forma perpendicular, será máxima. Estas observaciones se
resuelven en la ecuación
donde θ es el ángulo entre v y B
Fmagnética = q v B senθ
Líneas de campo magnético: Sirven para representar un campo magnético, donde son más próximas el
campo magnético será más intenso.
Convención para representar un campo magnético
Saliendo de la hoja
●
Entrando en la hoja
X
En el plano de la hoja
Regla de la mano derecha: Esta regla es utilizada para determinar la dirección de una fuerza magnética F,
que actúa sobre una carga q que se mueve con una velocidad ven un campo magnético.
Una carga positiva q, se mueve con velocidad v perpendicularmente al campo
magnético B
ESTRETEGIAS DE APRENDIZAJE
I.
Calcular los resultados de los siguientes problemas de magnetismo, registrando datos, desarrollo y
resultado en el Sistema Internacional, con autodisciplina.
.
1. Un protón se mueve hacia el Este, debido al campo magnético de la Tierra, experimenta una fuerza
magnética de 8,8 · 10-19 [N] hacia arriba. En la localidad el campo magnético tiene la magnitud de 5,5 ·
10-5 [T] hacia el norte. Encontrar la magnitud de la velocidad de la partícula. Datos: q = 1,6 · 10-19 [C]
2. Un electrón se mueve con una rapidez de 3 · 104 [m/s] perpendicular a un campo magnético de 0,4 [T].
¿Cuál es la magnitud de la fuerza magnética que experimenta?
3. Hallar la magnitud del campo magnético para una fuerza magnética de 7,2 · 10-18 [N] que se ejerce
sobre un electrón que se mueve perpendicular a un campo magnético con una velocidad de 4,5 · 10 4
[m/s]
4. Un electrón se mueve de izquierda a derecha en un campo magnético dirigido verticalmente hacia
abajo (en el plano de la página). La velocidad del electrón es de 2 · 106 [m/s] y el campo magnético de
0,3 [T]. Encuentre la magnitud y la dirección de la fuerza magnética ejercida sobre electrón.
5. En cierta región del espacio existe un campo magnético constante paralelo al eje Y, cuya intensidad es
de 200 [T]. Una partícula de 1 [C] entra al campo con velocidad de 100 [m/s] y formando un ángulo de
30° en el campo ¿Cuál es la magnitud de la fuerza magnética?
II. Expresar ¿en qué condiciones la fuerza magnética sobre una partícula cargada es igual a cero?
Redacte una respuesta breve, potenciando su autonomía.
Ley de Ampere
En 1819, Hans Oersted había descubierto que una brújula se desviaba cuando se encontraba próxima a un
hilo conductor por el que circulaba corriente. La aguja se orientaba perpendicular al flujo de corriente.
Posteriormente, Jean Biot y Félix Savart concluyeron que también un conductor con una corriente estable
ejercía una fuerza sobre un imán.
Experimento de Oersted
Campo magnético generado
por un conductor
Regla de mano derecha
Pero fue André Marie Ampere quien establece la ley que lleva su nombre y el vínculo entre
electricidad y magnetismo, que es el fundamento del electromagnetismo
Si a un conductor se le hace circular una corriente I, y a su alrededor se colocan pequeñas brújulas, se
puede observar que a medida que se aleja el conductor, el campo magnético que las orienta parece más
débil,
por el contrario, si se acerca, perece que el campo crece en magnitud. De aquí se desprende que si la
intensidad de corriente aumenta también aumenta la intensidad del campo magnético.
La regla de la mano derecha nos ayuda a ver la dirección del campo eléctrico generado por una
corriente.
Movimiento de cargas en un campo magnético
Como se ha visto anteriormente, la fuerza que actúa sobre una carga que se mueve con velocidad v en
un campo magnético B está dada por:
Fmagnética = q v B senθ
De acuerdo a ello, cuando una partícula con carga positiva se mueve en un campo magnético uniforme
perpendicular a su movimiento experimenta una fuerza magnética dirigida siempre hacia el centro, que
considerando el sentido del campo, la obliga a efectuar un movimiento con una trayectoria circular (ver figura).
En caso que la partícula sea negativa, el movimiento ocurrirá en sentido contrario.
Una partícula cargada en presencia de un campo magnético uniforme experimenta una fuerza
magnética (Fuerza de Lorentz) que la obliga a desarrollar un movimiento en trayectoria circular
las X representan el campo magnético B: entrando a la hoja
Fuerza sobre un alambre con corriente en un campo magnético
Debido a que una corriente I es un conjunto de partículas cargadas en movimiento, no es sorprendente
que un alambre por el que se mueve una corriente experimente fuerzas en presencia de una campo
magnético.
Considérese un alambre de longitud L por el que circula una corriente I en presencia de una campo
magnético B. Cuando la corriente y el campo magnético son perpendiculares, la magnitud de la fuerza sobre
el alambre está dada por la expresión:
FMagnética = B i L
La dirección de la fuerza magnética puede obtenerse con la regla de la mano derecha
Debido a que una corriente en un conductor crea su propio campo magnético, es fácil entender que los
conductores portadores de corrientes interactúen a través de sus campos magnéticos. El carácter atractivo o
repulsivo de las fuerzas va a depender del sentido de las corrientes. Se pueden presentar dos situaciones:
A) Dos conductores con el mismo sentido de la corriente, generan fuerzas magnéticas de atracción.
B) Dos conductores en distinto sentido de la corriente, generan fuerzas magnéticas de repulsión.
ESTRATEGIAS DE APRENDIZAJE
III. Calcular la respuesta de los problemas planteados de magnetismo, registrando datos, desarrollo y
resultado en el sistema internacional, trabajando con autodisciplina.
6. Un segmento de alambre recto de 25 cm de longitud conduce una corriente de 5 [A]. Si el alambre se
coloca perpendicular a un campo magnético de 0,6 [T]. ¿Qué magnitud tiene la fuerza magnética sobre
el alambre?
7. Un alambre de 4,5 m de longitud conduce una corriente de 12,5 [A] en sentido norte. Si la fuerza
magnética sobre el alambre debido a un campo magnético uniforme es 1,1 · 103 [N] hacia el este.
¿Cuál es la magnitud y la dirección del campo magnético?
8. Una carga desconocida se proyecta a una velocidad de 4 · 105 [m/s] de derecha a izquierda en un
campo magnético de 0,4 [T] dirigido hacia afuera de la página. La fuerza magnética de 5 · 10-3 [N] hace
que la partícula se mueva en un círculo en el sentido de las manecillas del reloj. Determinar la
magnitud y el signo de la carga.
9. ¿Cuál es la magnitud de la Fuerza de Lorentz sobre el electrón cuya velocidad es de 2 · 106 [m/s] en
un campo magnético de 2 · 10-2 [T] dirigido perpendicularmente sobre la velocidad? ¿Qué intensidad
de campo eléctrico se necesitaría para producir una fuerza igual?
10. Una corriente de 5 [A] fluye por un alambre de 1 [m] de largo. El alambre está colocado perpendicular
a un campo magnético uniforme. Si la fuerza que actúa sobre un alambre es de 0,2 [N] encuentre la
magnitud de la intensidad del campo magnético.
IV.
Representar las situaciones planteadas en cada caso, haciendo un esquema destacando con
lápiz de color lo solicitado, con actitud de autodisciplina.
11. Una corriente que circula por un alambre recto y largo produce un campo magnético ¿Cómo son las
líneas de campo magnético en este caso?
12. Dos alambres rectos y paralelos que conducen corriente eléctrica en el mismo sentido ejercen sobre el
otro una fuerza magnética. Esta fuerza ¿es de atracción o de repulsión?
13. Si un alambre conductor con corriente en un campo magnético experimenta una Fuerza magnética
¿cuál es la dirección de esa fuerza?
14. Un protón se mueve en forma perpendicular a un campo magnético uniforme y se desvía producto de
la acción del campo magnético. Encontrar:
a) La trayectoria que sigue al desviarse
b) La dirección de la fuerza magnética
15. En la siguiente figura, hallar la dirección de la Fuerza magnética sobre el alambre que conduce una
corriente I.