Fuerza y campo magntico Fsica para ingeniera y ciencias Volumen 2, Ohanian y Markett
Fsica para ingeniera y ciencias con fsica moderna Volumen 2, Bauer y Westfall
Alambre recto que conduce una corriente I
de magnitud considerable, la que provoca
que pequeas partculas de hierro formen
figuras circulares.
El fenmeno del magnetismo se
conoce desde hace siglos
Los extremos iguales de dos imanes rectos se repelen; los extremos opuestos se atraen
Si una brjula se acerca al polo sur de un imn recto
Fuerza y campo magntico
La Tierra se comporta como un gran imn recto permanente, con sus polos magnticos casi opuestos a los polos geogrficos
NOTA: Lo anterior no aplica para la brjula de Jack Sparrow)
Un poco de humor, no nos viene mal
Si una brjula se acerca a un alambre que conduce corriente elctrica. La aguja tiende a orientarse en ngulo recto con el alambre (observacin de Oersted)
Fuerza y campo magntico
Direccin de la fuerza magntica para tres direcciones posibles de la velocidad de la carga q (en estos diagramas se supone que q es positiva)
La fuerza magntica
Fuerza magntica ejercida por una corriente en un alambre largo sobre una carga en movimiento
Constante de permeabilidad
La fuerza magntica
Ejemplo: un electrn se mueve (v = 2.0 X106 m/s) en direccin paralela a un alambre que conduce una corriente I =50 A. La distancia entre alambre y electrn es de 0.030m.
La magnitud de la fuerza magntica tiene direccin perpendicular, alejndose de la corriente. Cul es esta magnitud?
La fuerza magntica
Otros ejemplos: dos alambres largos, rectos y paralelos que conducen corrientes:
a) En la misma direccin
b) En direccin contraria
La fuerza magntica
Direccin del Campo magntico alrededor de una corriente en un alambre
El campo magntico
Magnitud del Campo magntico de la corriente en un conductor largo
La regla de la mano derecha indica la direccin del campo magntico de una corriente en un alambre
El campo magntico
Una carga puntual q movindose en cierto ngulo con respecto a la direccin del campo magntico
Fuerza y campo magntico, ecuacin general
Magnitud de la fuerza magntica
Vector fuerza magntica
Esta regla de la mano derecha para la fuerza magntica sobre una carga puntual el movimiento relaciona las direcciones del campo magntico B, la fuerza magntica F y la velocidad v. El vector F siempre es perpendicular al plano formado por los vectores B y v
El campo magntico fuerza
= ---------------------
carga velocidad
N s
= -------- = T = tesla
C m
Lneas de campo magntico que rodean una corriente en un alambre largo y recto
El campo magntico
Lneas de campo magntico circular en torno a una corriente en un alambre largo y recto; se indica por el alineamiento de las brjulas
Alambre recto que conduce una corriente I
de magnitud considerable, la que provoca
que pequeas partculas de hierro formen
figuras circulares.
Lneas de campo magntico de un imn recto, hechas visibles con limaduras de hierro esparcidas sobre una hoja de papel colocada sobre el imn
El campo magntico
Lneas de campo magntico de un imn recto
Superficie cerrada que intercepta lneas de campo
magntico
Ley de Gauss del campo magntico
Las lneas de campo magntico siempre forman ciclos cerrados,
lo cual se expresa matemticamente:
El flujo magntico total B a travs de cualquier superficie
cerrada es cero:
El elemento de corriente Ids contribuye al campo, el vector r apunta desde el elemento de corriente hasta el punto P y el ngulo entre ds y r es
La ley de Biot-Savart La contribucin de dB al campo magntico B debido a
un tramo ds de corriente I se determina con:
donde r es el vector de desplaza-
miento desde el elemento
de corriente hasta el punto P.
La ley de Biot-Savart
A partir de la definicin de producto cruz, sabiendo que
|ds x r| = ds sen r, obtenemos:
Ec. General para calcular la magnitud de la
contribucin al campo magntico de una distribucin
arbitraria de corriente
La cual aplicaremos para varios casos a continuacin:
Aplicacin de la geometra para determinar el campo magntico en el centro de un anillo circular de corriente
Campo magntico en el centro de una espira circular de corriente
Campo magntico en el centro de un arco
Relaciones geomtricas para determinar el campo magntico de un alambre recto finito aplicando la ley de Biot-Savart
Campo magntico de un segmento finito de alambre
Con 1 : ngulo agudo y
2 : ngulo obtuso.
Otro ejemplo de uso de Regla de mano derecha
Tarea 6 parte 1 (entregar martes 29 abril)
Empleando los resultados de Biot y Savart, determine Cul es el campo magntico en el centro de curvatura del arco.de la punta de una sonda magntica que consiste de dos alambres largos separados una distancia R, y un arco de crculo de radio tambien R, cuando el alambre conduce una corriente I?
Tarea 6 parte 2 (entregar martes 29 de abril).
En cada caso ilustre los vectores campo magntico y responda
Tarea 6 parte 3 Slo para investigar, no se entrega
En el texto de Fsica Vol. 2 de su confianza, investigue sobre
la ley de Ampere y fuentes de campo magntico, tales como
solenoides, toroides y electro imanes.
Adicionalmente busque
La definicin formal de la unidad de corriente Ampere,
la cual puede abordar fcilmente ahora que se ha vuelto experto
en corrientes que producen fuerzas magnticas.
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