TEMA 2 CAMPO MAGNÉTICO - ocw.uma.es

1. CAMPO MAGNÉTICO. EL VECTOR INDUCCIÓN MAGNÉTICA2. FUERZA MAGNÉTICA:

2.1. Fuerza magnética sobre una carga puntual. Aplicaciones2.2. Fuerza magnética sobre una corriente eléctrica

3. LEY DE BIOT Y SAVART. APLICACIONES4. LEY DE AMPÈRE. APLICACIONES5. FLUJO MAGNÉTICO. LEY DE GAUSS PARA EL CAMPO MAGNÉTICO6. PROPIEDADES MAGNÉTICAS DE LA MATERIA7. FENÓMENOS DE INDUCCIÓN ELECTROMAGNÉTICA: LEY DE FARADAY

Y LENZ:7.1. Fuerza electromotriz debida al movimiento7.2. Inducción mutua7.3. Autoinducción7.4. Generador de fuerza electromotriz sinusoidal

8. DENSIDAD DE ENERGÍA DEL CAMPO MAGNÉTICO9. DISPOSITIVOS ELÉCTRICOS EN CIRCUITOS:

9.1. Circuitos de corriente continua9.2. Circuitos de corriente alterna

TEMA 2CAMPO MAGNÉTICO

Peula, J.M., Alados, I., Liger, E., Vargas, J.M. (2014) Fundamentos Físicos de la Informática. OCW‐Universidad de Málaga. http://ocw.uma.es.

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B

Conceptos sobre el campo magnético: Campo magnético Vector inducción magnética

Las interacciones eléctricas y magnéticas son dos aspectos diferentes de una misma propiedad de la materia: su carga eléctrica

INTERACCIÓN ELECTROMAGNÉTICA

Líneas de campo magnético

CAMPO MAGNÉTICO. EL VECTOR INDUCCIÓN MAGNÉTICA

CAMPO MAGNÉTICO

Línea de campo magnético y vector inducción magnética

B

Tierra Imán Hilo conductor

B

I

IB

B

NS



FUERZA MAGNÉTICASi se estudia el movimiento de una carga, q, que lleva una velocidad, v, en el interior de un campo magnético, B, se llega a la siguiente expresión para la fuerza magnética:

mF q v B

CAMPO MAGNÉTICO



CAMPO MAGNÉTICO



Fuerza magnética sobre una corriente eléctrica

CAMPO MAGNÉTICO



CAMPO MAGNÉTICO

Fuerza magnética sobre un hilo conductor cerrado



CAMPO MAGNÉTICO

LEY DE BIOT Y SAVART. APLICACIONES



d

I2I1

B1dl2

L1

L2

F21 2

2 22o I IF L

d

1 21 12

o I IF Ld

2 1 1 2

2 1 2oF F I I

L L d

0 11 2

IBd

2 122dF I d B

2 2 2 1dF I d B 1 222

o I I dd

1 22 22

o I IF dd

1 222

o I I dd

1 222

o I I Ld

CAMPO MAGNÉTICO

Definiciones:

Amperio: Es la intensidad de corriente que circulando en un mismo sentido por dos conductores rectilíneos y paralelos, separados en el vacío una distancia de un metro, origina en cada uno de ellos una fuerza atractiva de 2.10-7 N/m

Culombio: Es la carga que atraviesa en el tiempo de un segundo la sección recta de un conductor por el que circula una corriente de un amperio

Fuerza magnética entre corrientes paralelas



I

BB

r

dldr=

dldr=d

dr = rd

2o

rIB ur

dr rd

CAMPO MAGNÉTICO

2o o0

I Id 22 2

Ley de Ampère: La circulación delcampo magnético a lo largo decualquier línea cerrada es proporcionala la intensidad neta de corriente queatraviesa la superficie que delimita.

LEY DE AMPÈRE. APLICACIONES

IldB o

rd

rIrdu

rIrdBldB o

ro

22



BBdS

Ley de Gauss para el campo magnético

El flujo magnético a través de una superficie cerrada cualquiera es cero

SB dS

FLUJO MAGNÉTICO. LEY DE GAUSS PARA EL CAMPO MAGNÉTICO

CAMPO MAGNÉTICO

0 SdB



I ve

e-r Momento magnético

intrínseco (spin)

Momento magnético orbital

CAMPO MAGNÉTICO

PROPIEDADES MAGNÉTICAS DE LA MATERIA

Momento magnéticodel electrón:

Momento magnético neto del átomo: depende de la distribución de los electrones en el átomo

Las corrientes debidas a los movimientos de loselectrones a escala atómica son la causa de suspropiedades magnéticas

Magnetizaciónatm orb spinm m m

momento magnéticoMunidad de volumen

evmrL

SIm

extB

Sustancia no magnetizada

Campo externo

Momento magnético neto



CAMPO MAGNÉTICO

Magnitudes Magnéticas

Tipo de material Se cumple Susceptibilidad Permeabilidad

Diamagnético

Paramagnético

Ferromagnético 0m

0m

10 m

o

o

o

mM H

mM H

mM H

Intensidad de campo magnético

Susceptibilidad PermeabilidadH

m HBext

0

m0

r 1

MHBT

00

Campo magnético totalClasificación de los materialesEn función del comportamiento de sus moléculas frente

a un campo magnético exterior.

HBT



Diamagnéticos

CAMPO MAGNÉTICO

0m 0 M y Bext tienen sentidos opuestos

• Materiales con moléculas individuales sin momento dipolar magnético.• En presencia de un campo externo se induce un pequeño momento dipolar magnético.• El momento magnético inducido se opone al campo externo.• La magnetización es, generalmente, proporcional al campo (materiales lineales).• El efecto diamagnético es muy débil.• Las propiedades diamagnéticas son esencialmente independientes de la temperatura.• Bi, Cu, Ag, Au, Pb,...

Paramagnéticos

• Materiales con átomos que presentan momento dipolar magnético permanente.• Dipolos magnéticos orientados aleatoriamente en ausencia de campo externo. • Orientación de los dipolos magnéticos con el campo externo.• La temperatura dificulta la orientación.• La magnetización es proporcional al campo aplicado e inversamente proporcional a

la temperatura.• Al, Ca, Cr, Li, Mg,...

10 m 0M y B0 tienen sentidos iguales

TBCM





CAMPO MAGNÉTICO

Almacenamiento magnético

Substrato (disco)

Bits

Líneas de campo

Entrehierro

Cabeza de lectura (Magnetoresistencia)

Cabeza de escritura

(inducción)

ieil

MagnetorresistenciaMateriales cuya resistencia es sensible a las variaciones de campo magnético

• Intensidad corriente fija• Detección variación del voltaje• No inducción. Rapidez• Disminución tamaño celda

MR gigante (decenas %)MR colosal (miles %)

Celda de memoria o bitDensidad de bits

Lectura de la magnetización de la celda (0 ó 1)

1956: 10-2 Mb/cm2

2005: 1 Gb/cm2

Materiales ferromagnéticoscon ciclos de histéresis rectangulares y estrechos: Energía consumida pequeña (Fe2O3; CrO2; CoCr, CoNi)

• Celdas pequeñas• Señales pequeñas

• Inducción• Inductancia más grande• Lentitud

Distancia cabeza disco: 10 veces el tamaño atómico



CAMPO MAGNÉTICO



CAMPO MAGNÉTICO



CAMPO MAGNÉTICO



CAMPO MAGNÉTICO

Asociación de autoinducciones



CAMPO MAGNÉTICO

212

U LI

2

os

NL SL

solenoide

os

NB IL

212 s

o

BU SL

21

2Bs o

U BV

Energía almacenada en un inductor: Densidad de energía del campo magnético

L , autoinducción del solenoide : 2

; ;mm o oS

s s

d N NL N BdS N IS L SdI L L

B, Campo magnético en el interior del solenoide: os

NB IL

DENSIDAD DE ENERGÍA DEL CAMPO MAGNÉTICO

( ) ot sen t

( ) ; oo oI t I sen t I

R



V

a

b

I

R+

-

S

CAMPO MAGNÉTICO

DISPOSITIVOS ELÉCTRICOS EN CIRCUITOS

Resistencia en un circuito de corriente continua

Circuitos de corriente continua

Comportamiento de los tres dispositivos básicos: resistencia, condensador, autoinducción

Estado transitorio y estado estacionario

Intensidad de corriente en el estado estacionario

Io= V/R

I

t

RVV

RVIt o 00

RVIt ffinal



CAMPO MAGNÉTICO



CAMPO MAGNÉTICO

Transitorio RC



CAMPO MAGNÉTICO

Transitorio RC



CAMPO MAGNÉTICO

Transitorio RL



t0I I

oR VV

Representación fasorial

~ V(t) R

Circuitos de corriente alterna

CAMPO MAGNÉTICO

Resistencia en un circuito de corriente alterna

En una resistencia la tensión y la corriente están en fase

tsenV)t(V o

R)t(I)t(V)t(V R

tsenI)t(I o

RVI o

o

R)t(ItsenVo

tsenRV)t(I o



~ V(t) C

t/2

0I I

oC VV

Condensador en un circuito de corriente alterna

CAMPO MAGNÉTICO

cos ( )2t sen t

1CX CReactancia capacitiva

o Capacitancia

Representación fasorial En un condensador la tensión se retrasa /2 rad con respecto a la corriente

tsenV)t(V o

C)t(Q)t(V)t(V C

C)t(QtsenVo

tsenCV)t(Q o

tcosVCdt

)t(dQ)t(I o

)t(senXV)t(I

C

o 2

)t(senI)t(I o 2 C

oo X

VI



V(t)~ L

t

/2

0I I

oL VV

Autoinducción en un circuito de corriente alterna

CAMPO MAGNÉTICO

cos ( )2t sen t

LX L

Reactancia inductivao Inductancia

Representación fasorial En una autoinducción la tensión se adelanta /2 rad con respecto a la corriente

tsenV)t(V o

dt)t(dIL)t(V)t(V L

dt)t(dILtsenVo

tcosLVtdtsen

LV)t(I oo

)t(senXV)t(I

L

o 2

)t(senI)t(I o 2 L

oo X

VI



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