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INTERACCIÓN MAGNÉTICA

Augusto Beléndez Vázquez. Interacción magnética.

1.- Introducción

2.- Fuerza magnética sobre una carga en movimiento.

Definición del campo magnético

3.- Movimiento de una partícula cargada en un campo

magnético

4.- Ejemplos de movimiento de partículas cargadas en

campos magnéticos



INTERACCIÓN ELÉCTRICA

Interacción entre cargas eléctricas en reposo

Campo eléctrico

Potencial eléctrico

ACCIONES QUE SUFREN LAS CARGAS EN MOVIMIENTO

Fuerzas adicional cuando están en presencia de otras cargas

en movimiento o de imanes

Fuerza magnética

Campo vectorial: Campo magnético (B)


INTRODUCCIÓN

El origen del conocimiento de la interacción magnética hay que buscarlo varios siglos antes de Cristo.

Se observó que ciertos minerales de Fe, Co y Mn tenían la propiedad de atraer pequeños trozos de hierro.

A esta propiedad se le dio el nombre de MAGNETISMO.

Ciudad de Magnesia (Asia Menor).

Minerales: Magnetita.

A un material de este tipo se le dio el nombre de IMÁN.

Su efecto es más pronunciado en ciertas zonas del imán: Polos magnéticos.


La utilización de una aguja imantada como brújula en navegación se remonta a la Edad Media.

Si una varilla imantada se suspende libremente en un punto de la superficie de la Tierra se orienta en la dirección Norte-Sur.

Norte geográficoSur geográfico

Distinguir los extremos de la varilla o polos magnéticos N y S.

La Tierra se comporta como un gran imán.

P. A. Tipler, G. Mosca. “Física para laCiencia y la Ingeniería”. Reverté (2005).


OERSTED (1820) AMPÈRE (1820)



Nos ocuparemos únicamente de la fuerza que actúa sobre una

carga en movimiento cuando está en un campo magnético.

Los campos magnéticos serán estacionarios (independientes del

tiempo)

No nos preocuparemos de cual es la causa de dichos campos

(Tema 4.- “Corrientes eléctricas” y Tema 6.- “Campo magnético”).

Únicamente diremos que en una región del espacio existe un

campo magnético determinado.


Centraremos nuestro interés en:

Saber si en una región del espacio existe o no un

campo magnético.

Estudiar cómo afecta ese campo magnético a las

cargas eléctricas que se encuentran en esa región.

Mostrar algunos ejemplos de aplicación de la fuerza

magnética sobre cargas eléctricas en movimiento.


1.- Introducción




magnético


campos magnéticos



DEFINICIÓN DEL CAMPO MAGNÉTICO:

Módulo: l F l = l q l l v l l B l sen θ

Dirección: Perpendicular al plano determinado por v y B

Sentido: El del producto vectorial teniendo en cuenta el

signo de q.

Fuerza sobre una carga en movimiento. Definición de B

BvF ×= q

θP. A. Tipler, G. Mosca. “Física para laCiencia y la Ingeniería”. Reverté (2005).


UNIDAD DEL CAMPO MAGNÉTICO EN EL S.I.: Tesla (T)

“Un tesla (T) corresponde al campo magnético que produce una

fuerza de un newton sobre una carga de un culombio que se

mueve perpendicularmente al campo a razón de un metro por

segundo”

1 T = 1 kg ⋅ s-1 ⋅ C = 1 kg ⋅ s-2 ⋅ A-1

[ B ] = [ M ] [ T ]-2 [ I ]-1

1 tesla (T) = 104 gauss (G)



B (en T)

Espacio interestelar < 10-9

Campo magnético de la Tierra (en al superficie) 5 x 10-5

Superficie de las estrellas 10-2 a 5

Imanes permanentes 10-2 a 1

Electroimán con núcleo de hierro > 3

Imanes superconductores > 20

Bobinas de alta corriente > 20

Bobinas pulsantes (duración 10-1 s) 10 a 30

ÓRDENES DE MAGNITUD DE CAMPOS MAGNÉTICOS TÍPICOS



1.- Introducción




magnético


campos magnéticos



Movimiento de una carga en un campo magnético

FRECUENCIA CICLOTRÓNICA Bmq

−=ω

q positiva

ω hacia fuera

q negativa

ω hacia dentroP. A. Tipler, G. Mosca. “Física para laCiencia y la Ingeniería”. Reverté (2005).



DESCUBRIMIENTO DEL POSITRÓN (Anderson, 1932)

qBmvr =

2

21 mvEc =

Plomo

M. Alonso, E. J. Finn. “Física”. Addison-WesleyIberoamericana. Wilmington (1995).



BOTELLA MAGNÉTICA




CINTURONES DE VAN ALLEN

electrones

protones

Tierra




AURORA BOREAL



1.- Introducción




magnético


campos magnéticos



Ejemplos

ESPECTRÓMETRO DE MASAS (Dempster)

hacia fuera

Fuente de iones

r2

2222

mBqrv

qBmvr ==

222

BrV

mq=

V

Energía cinética:

Radio:

Relación q/m:

mqVvqVmv 2

21 22 ==



Ejemplos

MEDIDA DE LA RELACIÓN q/m PARA EL ELECTRÓN (Thomson, 1897)

a L



Ejemplos

Movimiento en un campo eléctrico (q, m, v) LmvqEad 2=

a L

d



a L

Ejemplos



Ejemplos

Se ajusta B para que:BEvqvBqE ==

LmvqEad 2=

LaBEd

mq

2=

Selector develocidades

kgCmq

e/. 111075881 ×=⎟

⎠⎞

⎜⎝⎛

hacia dentroP. A. Tipler, G. Mosca. “Física para laCiencia y la Ingeniería”. Reverté (2005).


Ejemplos

CICLOTRÓN (Lawrence, 1932)

Voltaje alterno de alta frecuencia (ω)

D1

D2

qBmvr =

Bmq

=ω

tVtV ωsen0)( =

VV 40 10≈

Velocidad angular:

Radio:



BRmqv

qBmvR

qBmvr máx

máx ===

222

2

221 RB

mqmvE máxc ==



- Introducción general al magnetismo

- Fuerza magnética sobre una carga en movimiento:

Definir el campo magnético

- Movimiento de una partícula cargada en un campo

magnético

- Ejemplos


BIBLIOGRAFÍA

ALONSO, M. y FINN, E. J., “Física” (Addison-Wesley Iberoamericana,

Wilmington, 1995). Cap. 22: Interacción magnética.

TIPLER, P. A., “Física para la Ciencia y la Tecnología, Vol. 2” (Reverté,

Barcelona, 1999). Cap. 28: El campo magnético.

GETTYS, W. E., KELLER, F. J. y SKOVE, M. J., “Física Clásica y Moderna“

(McGraw-Hill, Madrid, 1991). Cap. 26: El campo magnético.


OTROS RECURSOS

FRANCO, A., “Curso Interactivo de Física por Internet”. Movimiento de

partículas cargadas en un campo eléctrico y magnético. Campo magnético

(http://www.sc.ehu.es/sweb/fisica) Applets: - Espectrómetro de masas

- Experimento de Thomson

- Ciclotrón

STERN, D. P., “La Tierra, el Gran Imán”.

(http://www-spof.gsf.nasa.gov/earthmag/Mdmagint.htm)

“Más allá del universo Mecánico” (Arait Multimedia).

Videocinta nº 34: Magnetismo, Videocinta nº 35: El campo magnético.


Cinemática Dinámica Trabajo y Energía

Campo eléctrico

Potencialeléctrico

Corrienteeléctrica



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