Semana5 magnetismo
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Semana5 magnetismo Semana5 magnetismo Presentation Transcript

  • CICLO 2012-III Módulo : I Unidad:5 Semana:5 FÍSICA IIILIC. FIS.CARLOS LEVANO HUAMACCTO
  • MAGNETISMO S N
  • ORIENTACIONES• Repasar los ejemplos propuestos en el desarrollo del tema.• Paralelamente revisar su libro DUED del curso.
  • CONTENIDOS TEMÁTICOS• Magnetismo, polos magnéticos• Líneas de campo magnético• Densidad de líneas de campo magnético• Flujo magnético• Fuerza magnética
  • MagnetismoDesde la antigüedad se sabe que ciertosmateriales, llamados imanes, tienen la propiedadde atraer pequeños trozos de metal. Estapropiedad atractiva se llamó magnetismo. Imán de barra N S
  • Polos magnéticos La intensidad de un imán seLimaduras concentra en los extremos,de hierro llamados “polos” norte y sur N del imán. S S Imán de barra Imán de barra SImán suspendido: el N N Nextremo que busca el NN y el extremo que S Brújula Brújulabusca el S son lospolos N y S. E W N
  • Atracción-repulsión magnética N S N S N S S N N SFuerzasmagnéticas: polos Polos distintos seiguales se repelen atraen
  • Líneas de campo magnéticoLas líneas de campomagnético se puedendescribir al imaginaruna pequeña brújulacolocada en puntos N Scercanos.La dirección delcampo magnético Ben cualquier punto El campo B es fuertees la misma que la donde las líneas sondirección que indica densas y débil donde lasesta brújula. líneas están esparcidas.
  • Líneas de campo entre imanes Polos distintos Atracción N S Salen de N y entran a S N N RepulsiónPolos iguales
  • Densidad de las líneas de campo líne a de ad Campo ∆N Densid eléctrico ∆A ∆A B ∝ ∆Φ S N ∆A po ∆N am ∆φ E∝ c φ Densidad de línea tico lujo de ∆A gné de f ma as e Lín Al campo magnético B a veces se le llama densidad deAl campo magnético B a veces se le llama densidad deflujo en webers por metro cuadrado (Wb/m ). flujo en webers por metro cuadrado (Wb/m22).
  • Densidad de flujo magnético flujo magnético:• Las líneas de flujo Densidad de magnético son continuas y cerradas.• La dirección es la del vector A B en dicho punto. B= Φ ∆A• Las líneas de flujo NO están ∆φ en la dirección de la fuerza sino ⊥. Cuando el área A es Cuando el área A es Φ perpendicular al flujo: perpendicular al flujo: B = ; Φ = BA ALa unidad de densidad de flujo es el weber por metro cuadrado.
  • Cálculo de densidad de flujo cuando el área no es perpendicularEl flujo que penetra al área Acuando el vector normal n formaun ángulo θ con el campo B es: n A θ Φ = BA cos θ α B El ángulo θ es el complemento del ángulo a que el plano del área forma con el campo B. (cos θ = sin α)
  • Origen de campos magnéticosRecuerde que la intensidad de un campo eléctrico Ese definió como la fuerza eléctrica por unidad decarga.Puesto que no se han encontrado polos magnéticosaislados, no se puede definir el campo magnético Ben términos de la fuerza magnética por unidad depolo norte. EEn vez de ello se verá que los campos En vez de ello se verá que los camposmagnéticos resultan de cargas en magnéticos resultan de cargas en +movimiento, no de carga o polos movimiento, no de carga o polosestacionarios. Este hecho se cubrirá estacionarios. Este hecho se cubrirámás tarde. más tarde. + B ⊥ v v
  • Fuerza magnética sobre carga en movimientoImagine un tubo que proyectacarga +q con velocidad v en el F Bcampo B perpendicular. v N SEl experimento muestra: Fuerza magnética F hacia arriba F ∝ qvB sobre carga que se mueve en el campo B. Lo siguiente resulta en una mayor fuerza magnética F: aumento en velocidad v, aumento en carga q y un mayor campo magnético B.
  • Dirección de la fuerza magnética Regla de la mano derecha: F B F BCon la mano derechaplana, apunte el pulgar en v vdirección de la velocidadv, dedos en dirección delcampo B. La palma de la N Smano empuja endirección de la fuerza F. La fuerza es mayor cuando la velocidad v es La fuerza es mayor cuando la velocidad v es perpendicular al campo B. La desviación perpendicular al campo B. La desviación disminuye a cero para movimiento paralelo. disminuye a cero para movimiento paralelo.
  • Fuerza y ángulo de trayectoria La fuerza de desviación es mayor cuando la trayectoria es perpendicular al campo. Es menor en paralelo.N S F ∝ v senθN S F B v sen θ θ v vN S
  • Definición del campo B Observaciones experimentales muestran lo siguiente: F F ∝ qv senθ o = constante qv senθAl elegir las unidades adecuadas para la constante de proporcionalidad, ahorase puede definir el campo B como: Intensidad de campo F magnético B: B = o F = qvB senθ qv senθ Una intensidad de campo magnético de un tesla (T) existe en una Una intensidad de campo magnético de un tesla (T) existe en una región del espacio donde una carga de un coulomb (C) que se región del espacio donde una carga de un coulomb (C) que se mueve a 1 m/s perpendicular al campo B experimentará una fuerza mueve a 1 m/s perpendicular al campo B experimentará una fuerza de un newton (N). de un newton (N).
  • Ejemplo 1. Una carga de 2 nC se proyecta como semuestra con una velocidad de 5 x 104 m/s en un ángulode 300 con un campo magnético de 3 mT. ¿Cuáles son lamagnitud y dirección de la fuerza resultante?Dibuje un bosquejo burdo. B F B q = 2 x 10 C v = 5 x -9 104 m/s B = 3 x 10-3 v sen φ 300 T θ = 300 v v Al usar la regla de la mano derecha, se ve que la fuerza es hacia arriba. F = qvBsenθ = (2 × 10 −9 C)(5 × 10 4 m/s)(3 × 10 −3 T)sen30 °Fuerza magnética resultante: F = 1.50 xx10-7-7N, hacia arriba Fuerza magnética resultante: F = 1.50 10 N, hacia arriba
  • Fuerzas sobre cargas negativasLas fuerzas sobre cargas negativas son opuestas a las queLas fuerzas sobre cargas negativas son opuestas a las queocurren sobre fuerzas positivas. La fuerza sobre la cargaocurren sobre fuerzas positivas. La fuerza sobre la carganegativa requiere una regla de la mano izquierda paranegativa requiere una regla de la mano izquierda paramostrar fuerza F hacia abajo.mostrar fuerza F hacia abajo.Regla de Regla de B F Bmano mano N N vSderecha izquierda Fpara q v para qpositiva negativa N S
  • Cómo indicar la dirección de los campos BUna forma de indicar las direcciones de los campos perpendiculares a unplano es usar cruces X y puntos • : Un campo dirigido hacia el papel X X X X se denota mediante una cruz “X” X X X X X como las plumas de una flecha. X X X X X X X • • • • Un campo dirigido afuera del papel • • • • se denota mediante un punto “•” • • • • como la parte frontal de una flecha. • • • •
  • Práctica con direcciones:¿Cuál es la dirección de la fuerza F sobre la carga en cada uno de ¿Cuál es la dirección de la fuerza F sobre la carga en cada uno delos ejemplos siguientes? los ejemplos siguientes? F v X X X X Arriba X X X X X X X v X X X FX X X X Izquierda X X + X X X X X + X X X X X X X F • • • • • • • • Arriba • • • •v • • • •F Derecha - - • • • • • • • • q negativa v • • • • • • • •
  • Campos E y B cruzados El movimiento de partículas cargadas, como los electrones, se puede El movimiento de partículas cargadas, como los electrones, se puede controlar mediante campos eléctricos yymagnéticos combinados. controlar mediante campos eléctricos magnéticos combinados. Nota: FE sobre el + electrón es hacia arriba y opuesta al campo E. x x x x e- x x x x vPero, FB sobre el electrónes hacia abajo (regla de la -mano izquierda). FE B B - Desviación cero cuando F B = FE E - e v- v F B
  • Selector de velocidad Este dispositivo usa campos cruzados para seleccionar sólo aquellas Este dispositivo usa campos cruzados para seleccionar sólo aquellas velocidades para las que FB = FE. . (Verifique las direcciones para +q) velocidades para las que F = F (Verifique las direcciones para +q) B E Cuando FB = FE : Fuente de +q + qvB = qE +q x x x x x x x x v E v= - B Selector de velocidadAl ajustar los campos E y/o B, una persona puede seleccionar sólo aquellos Al ajustar los campos E y/o B, una persona puede seleccionar sólo aquellosiones con la velocidad deseada. iones con la velocidad deseada.
  • Ejemplo 2. Un ión de litio, q = +1.6 x 10-16 C, se proyecta hacia un selector de velocidad donde B = 20 mT. Elcampo E se ajusta para seleccionar una velocidad de 1.5 x 106 m/s. ¿Cuál es el campo eléctrico E? Fuente de +q + E v= x x x x +q B x x x x v - E = vB V E = (1.5 x 106 m/s)(20 x 10-3 T); E = 3.00 xx1044V/m E = 3.00 10 V/m
  • Movimiento circular en campo B en movimiento siempre es La fuerza magnética F sobre una carga La fuerza magnética F sobre una carga en movimiento siempre es perpendicular a su velocidad v. Por tanto, una carga que se mueve en perpendicular a su velocidad v. Por tanto, una carga que se mueve en un campo B experimentará una fuerza centrípeta. un campo B experimentará una fuerza centrípeta. mv 2 Fc centrípeta = FB FC = ; FB = qvB; R X X +X X X X 2 mv R FC = FB = qvB X X X X X X R X X X FX c X X + +El radio de la El radio de la mv + X X X X X Xtrayectoria es: trayectoria es: R= X X X X X X qB
  • Espectrómetro de masa Iones que pasan a través +q E de un selector de velocidad v= con una velocidad conocida xx + B llegan a un campo - xx Placa fotográfica magnético como se xx R muestra. El radio es: xx x x x x x x x x x x mvrendija x x x x x x x x x R= x x x x x x x x qB x x x x x x x m2 La masa se encuentra al medir el radio R: mv 2 m1 = qvB qBR R m= v
  • Ejemplo 3. Un ión de neón, q = 1.6 x 10-19 C, sigue unatrayectoria de 7.28 cm de radio. Superior e inferior B =0.5 T y E = 1000 V/m. ¿Cuál es su masa? +q E v= E 1000 V/m xx BPlaca - xx + v= = fotográfica B 0.5 T xx R xx v = 2000 m/s x x x x x x x xrendija x x x x x x x x x x x x x x x m mv qBR x x x x x x R= m= x x qB v (1.6 x 10-19C)(0.5 T)(0.0728 m) m= m = 2.91 xx10-24 kg m = 2.91 10-24 kg 2000 m/s
  • CONCLUSIONES Y/O ACTIVIDADES DE INVESTIGACIÓN SUGERIDAS • El magnetismo es una propiedad • Una carga en movimiento inmerso en un campo magnético experimenta una fuerza magnética. • La fuerza magnética es proporcional al campo magnetico.
  • GRACIAS