UNIDAD II: CAMPO MAGNÉTICO Gabriela Pérez Pino 1 CONCEPTO CAMPO MAGNÉTICO Campo que ejerce fuerzas (denominadas magnéticas) sobre los materiales. Al igual que el Campo Eléctrico, también es un campo vectorial, pero que no produce ningún efecto sobre cargas en reposo, como sí lo hace el campo eléctrico que las acelera. El campo magnético surge cuando tiene cargas eléctricas en movimiento. Las fuerzas denominadas magnéticas de cargas en movimiento se les llama también Fuerza de Lorentz. Gabriela Pérez Pino 2 Si una carga en movimiento atraviesa un campo magnético, la carga sufre la acción de una fuerza (denominada fuerza magnética). La Fuerza Magnética es producida por el movimiento de partículas cargadas, como los electrones. El Campo Magnético se representa con la letra B. La Fuerza Magnética que actúa sobre una carga en movimiento es: F = q(v x B) La fuerza magnética está en una dirección perpendicular tanto a la velocidad como al campo F: es la fuerza magnética. q: es la carga eléctrica. v: es la velocidad de la carga B: es el campo magnético externo. Gabriela Pérez Pino 3 La magnitud de la Fuerza Magnética está dada por: F = q *v* B* sen Magnitud de la fuerza magnética de una carga en movimiento Es el ángulo entre v y B. Si =90° la fuerza entre v y B F=qvB Gabriela Pérez Pino 4 UNIDADES DE MEDIDA DEL CAMPO MAGNÉTICO Sus Unidades de medida en el S.I. se mide en Tesla Un Tesla es el valor de un campo magnético que provoca una fuerza de un newton sobre una carga de un coulomb que se mueve perpendicularmente a éste, a una velocidad de 1m/s F=qvB B = F/q v Gabriela Pérez Pino 5 Si la partícula se mueve en una región donde existe un campo eléctrico y magnético, la fuerza resultante sobre la partícula cargada se expresa de la forma: FR = q𝑬 + q(v x B) Gabriela Pérez Pino 6 La Fuerza sobre un conductor: Imaginemos un conductor rectilíneo de sección A por el que circula una corriente eléctrica I. La fuerza a la que se ve sometido cuando se encuentra en un campo B uniforme será la suma de la fuerza sobre todas las cargas. El módulo de la fuerza se calcula como: Si el conductor es paralelo al campo magnético, la fuerza es cero. Gabriela Pérez Pino 7 Campo magnético generado por una corriente: Una corriente que circula por un conductor, genera un campo magnético alrededor del mismo. La dirección y el sentido del campo magnético alrededor de un conductor se determinan por la regla de la mano derecha: imaginar al pulgar en el sentido de la corriente y flexionar los otros dedos que son los que indican el sentido del campo magnético alrededor del conductor. Para calcular el campo magnético alrededor de los conductores se aplica la Ley de Ampere y la Ley de Biot- Savart Gabriela Pérez Pino 8 LEY DE AMPERE Relaciona una intensidad de corriente eléctrica con el campo magnético que ésta produce. LEY DE BIOT-SAVART Relaciona los campos magnéticos con las corrientes que los crean. Similar a como la ley de coulomb relaciona los campos eléctricos con las cargas puntuales. Gabriela Pérez Pino 9 El valor del campo magnético creado por una corriente rectilínea en un punto P se obtiene por medio de la siguiente expresión: donde: B : es el valor del campo magnético en el punto P. Su unidad en el S.I. es el Tesla (T). μ0 : es la permeabilidad magnética del vacío. En el S.I. se mide en m·kg/C2. I : es la intensidad de corriente que circula en línea recta. Su unidad en el S.I. es el Amperio (A). R : es la distancia más corta en línea recta desde P hasta la corriente. Su unidad en el S.I. es el metro (m). μ0 : tiene un valor de 4 x 10-7 N/A2 Gabriela Pérez Pino 10 Ejemplo: Una corriente eléctrica rectilínea crea un campo magnético de 4 · 10-4 T en un punto situado a 3 cm de dicha corriente. a)¿Cuál es la intensidad de la corriente eléctrica?. b) ¿Hacia dónde está dirigido el campo magnético en los puntos situados a la derecha y a la izquierda del conductor rectilíneo, si el conductor se encuentra orientado verticalmente y la intensidad asciende hacia arriba? Gabriela Pérez Pino 11 Gabriela Pérez Pino 12 El valor del campo magnético en el centro de una espira circular creado por una corriente eléctrica se obtiene por medio de la siguiente expresión: donde: B : es el valor del campo magnético en el centro de la espira. Su unidad en el S.I. es el Tesla (T). μ0 : es la permeabilidad magnética del vacío. En el S.I. se mide en m·kg/C2. I : es la intensidad de corriente que circula por la espira. Su unidad en el S.I. es el Amperio (A). R : es el radio de la espira. Su unidad en el S.I. es el metro (m). Gabriela Pérez Pino 13 Gabriela Pérez Pino 14 Gabriela Pérez Pino 15 Ejemplo: Una espira de radio R = 5 cm por la que circula una corriente eléctrica en sentido horario de 30 A se encuentra situada en el plano de la pantalla. ¿Cuál es el campo magnético en el centro de la espira? ¿Que cara de la espira estaríamos viendo? Gabriela Pérez Pino 16 Principio de superposición del campo magnético El campo magnético 𝐵 producido por distintos agentes en un punto del espacio es la suma vectorial de los campos magnéticos producidos por cada uno de ellos individualmente de tal forma que: Gabriela Pérez Pino 17 Ejemplo: Dos corrientes rectilíneas y paralelas I1 = 30 A e I2 = 60 A se encuentran en el vacío separadas 6 cm de distancia. Determinar el valor del campo magnético generado en un punto situado en medio de ambas corrientes, si: a) I1 e I2 tienen el mismo sentido. b) I1 e I2 no tienen el mismo sentido. Gabriela Pérez Pino 18 En el caso del término magnético, el origen etimológico del mismo se encuentra en el griego y más concretamente en el vocablo magnetikos que puede definirse como “relativo al imán”. Y es que el mismo está compuesto a partir de la suma de la palabra magnes, que es sinónimo de “imán”, y del sufijo –ico que equivale a “relativo a”. Imán: es un cuerpo que posee un campo magnético significativo. En el caso de los imanes, el movimiento produce líneas de campo magnético que salen y vuelven a entrar al cuerpo, generando el magnetismo. Limadura de hierro Gabriela Pérez Pino 19 Los imanes poseen la cualidad de tener un polo norte y un polo sur Cada polo es un punto donde convergen las líneas de fuerza magnética. Salen por el polo norte y entran al polo sur. Si los polos tienen la misma polaridad, la fuerza del magnetismo hará que estos imanes se rechacen entre sí. Cuando dos imanes se acercan, esta fuerza genera una atracción entre ambos siempre que los polos sean opuestos. Gabriela Pérez Pino 20 CONCEPTO FLUJO MAGNÉTICO Mide la cantidad de campo magnético que atraviesa una superficie. Es una magnitud escalar. Se define de la siguiente forma: Unidad de Flujo magnético: Gabriela Pérez Pino 21 El flujo de campo magnético a través de una superficie cerrada es nulo. El flujo de campo magnético a través de una superficie cerrada es nulo. Gabriela Pérez Pino 22
