Fuerza Magnética Física C: ESPOL
Upcoming SlideShare
Loading in...5
×
 

Like this? Share it with your network

Share

Fuerza Magnética Física C: ESPOL

on

  • 16,031 views

 

Statistics

Views

Total Views
16,031
Views on SlideShare
15,727
Embed Views
304

Actions

Likes
16
Downloads
175
Comments
0

11 Embeds 304

http://apuntes-ibf.blogspot.com 90
http://apuntes-ibf.blogspot.com.es 65
http://matematicamigable.blogspot.com 40
http://www.slideshare.net 39
http://apuntes-ibf.blogspot.com.ar 34
http://apuntes-ibf.blogspot.mx 25
http://matematicamigable.blogspot.mx 4
http://apuntes-ibf.blogspot.jp 2
http://apuntes-ibf.blogspot.ca 2
http://apuntes-ibf.blogspot.nl 2
http://www.health.medicbd.com 1
More...

Accessibility

Categories

Upload Details

Uploaded via as Adobe PDF

Usage Rights

© All Rights Reserved

Report content

Flagged as inappropriate Flag as inappropriate
Flag as inappropriate

Select your reason for flagging this presentation as inappropriate.

Cancel
  • Full Name Full Name Comment goes here.
    Are you sure you want to
    Your message goes here
    Processing…
Post Comment
Edit your comment

Fuerza Magnética Física C: ESPOL Presentation Transcript

  • 1. 23/11/2009 13:02 FLORENCIO PINELA - ESPOL 1
  • 2. LA FUERZA MAGNÉTICA Fuerza generada por la interacción entre cargas eléctricas en movimiento FLORENCIO PINELA - ESPOL 2 23/11/2009 13:02
  • 3. PRE-VUELO En una región del espacio existen simultáneamente un campo eléctrico y otro magnético. Si en un punto de esa región del espacio usted coloca una carga en reposo, la carga, en ese punto y en ese instante, experimentará: a) Una fuerza eléctrica b) una fuerza magnética c) tanto fuerza eléctrica como magnética FLORENCIO PINELA - ESPOL 3 23/11/2009 13:02
  • 4. LAS FUENTES QUE GENARAN CAMPOS MAGNÉTICOS ACTÚAN CON FUERZAS ENTRE SI FLORENCIO PINELA - ESPOL 4 23/11/2009 13:02
  • 5.  Fuerza Magnética actuando a  Fuerza eléctrica actuando a distancia a través del campo distancia a través del campo Magnético. eléctrico.  Campo vectorial, B  Campo vectorial, E.  Fuente: carga eléctrica.  Fuente: carga eléctrica en movimiento (corriente o sustancia  Carga positiva (+) y negativa (-). magnética, ej. Imán permanente).  Cargas opuestas se atraen, iguales  Polo norte (N) y polo sur (S) se repelen.  Las líneas de campo eléctrico  Polos opuestos se atraen, iguales se repelen. visualizan la dirección y magnitud de E.  Las líneas de campo magnético visualizan la dirección y magnitud de B. FLORENCIO PINELA - ESPOL 5 23/11/2009 13:02
  • 6. Aclaremos conceptos sobre la presencia o no de Campos eléctricos y/o Magnéticos Una carga eléctrica se mueve con velocidad constante. Esta carga en movimiento genera: a) un campo eléctrico b) un campo magnético c) ambos campos FLORENCIO PINELA - ESPOL 6 23/11/2009 13:02
  • 7. Aclaremos conceptos sobre la presencia o no de Campos eléctricos y/o magnéticos Un alambre transporta una corriente constante. Al interior del alambre existe: a) un campo eléctrico b) un campo magnético c) ambos campos FLORENCIO PINELA - ESPOL 7 23/11/2009 13:02
  • 8. Aclaremos conceptos sobre la presencia o no de Campos eléctricos y/o magnéticos Un alambre transporta una corriente constante. Al exterior del alambre existe: a) un campo eléctrico b) un campo magnético c) ambos campos FLORENCIO PINELA - ESPOL 8 23/11/2009 13:02
  • 9. Aclaremos conceptos sobre la presencia o no de Campos eléctricos y/o magnéticos Un alambre transporta una corriente variable en el tiempo. Al exterior del alambre existe: a) un campo eléctrico b) un campo magnético c) ambos campos FLORENCIO PINELA - ESPOL 9 23/11/2009 13:02
  • 10. Sabemos de la existencia de los campos magnéticos por los efectos sobre las cargas en movimiento. El campo magnético ejerce una fuerza sobre la carga en movimiento.  Pero, ¿qué es la “fuerza magnética”? Y ¿Cómo se distingue de la “fuerza eléctrica"? Iniciemos con algunas observaciones experimentales relativas a la fuerza magnética: q a) Magnitud:  a la velocidad de la carga q v b) Dirección: ^ a la dirección de la velocidad de la carga v F magnética c) Dirección: ^ a la dirección de B FLORENCIO PINELA - ESPOL 10 23/11/2009 13:02
  • 11. Se define la dirección del campo magnético en un punto p, como la dirección de movimiento de una partícula cargada eléctricamente, que al pasar por el punto p no experimenta ninguna desviación. ¿Hacia la derecha o hacia la izquierda? FLORENCIO PINELA - ESPOL 11 23/11/2009 13:02
  • 12. Si una partícula negativa (–q) fuera lanzada en la dirección del eje ‘y’ ella no experimentaría ninguna desviación. En consecuencia, por definición, ésta dirección corresponde a la dirección de B ¡Ya entiendo, independiente del signo de la carga, si no se desvía, la dirección de su movimiento corresponde a la dirección del campo! ¿pero cuál de los dos “sentidos”? FLORENCIO PINELA - ESPOL 12 23/11/2009 13:02
  • 13. ¿Qué pasa si la partícula se lanza en dirección perpendicular al campo? Al lanzar la partícula en dirección perpendicular a la del campo magnético, la fuerza que experimentará será máxima. Si el campo es uniforme y la Si la velocidad es perpendicular velocidad perpendicular a él, la al campo B, la fuerza magnética partícula describe un es máxima movimiento circular uniforme FLORENCIO PINELA - ESPOL 13 23/11/2009 13:02
  • 14.      Fm  Fe   Fmax.  qvB (v ^ B) Fmaxima g E B  m q qv     Fmin.  0 (v / / B)  B, representa la magnitud del campo en el punto p. En la superficie de una estrella 108 T de neutrones q, representa la magnitud de la carga lanzada en el punto p. Cerca de un gran electroimán 1.5 T Cerca de un imán 10-2 T v, representa la rapidez de la En la superficie de la Tierra 10-4 T partícula en el punto p. En el espacio inter-estelar 10-10 T Fmáxima, representa la fuerza magnética máxima que experimenta N la partícula en el punto p. B B  Tesla (T ) Am FLORENCIO PINELA - ESPOL 14 23/11/2009 13:02
  • 15.       Fmax.  qvB (v ^ B)  F  qvxB     Fmin.  0 (v  B)  F  qvBsen La fuerza siempre es perpendicular al plano formado entre los vectores V y B La mano derecha y los La fuerza magnética es vectores F, v, B la fuerza centrípeta FLORENCIO PINELA - ESPOL 15 23/11/2009 13:02
  • 16. La magnitud de la fuerza magnética: Resumen • la magnitud de la carga que se mueve. FB  q vBsen • la rapidez de movimiento de la carga • la dirección de movimiento de la carga Cuando la velocidad es perpendicular a la dirección del campo magnético, la fuerza experimenta su máximo valor FLORENCIO PINELA - ESPOL 16 23/11/2009 13:02
  • 17. La Regla de la Mano Derecha FLORENCIO PINELA - ESPOL 17 23/11/2009 13:02
  • 18. Si la carga es negativa la fuerza actúa en dirección contraria    F  qvxB LA DIRECCIÓN DE LA FUERZA F ESTA DEFINIDA PARA UNA CARGA q POSITIVA. FLORENCIO PINELA - ESPOL 18 23/11/2009 13:02
  • 19. Pregunta de Concepto: Dirección de la Fuerza Magnética La figura muestra cinco situaciones en las que una partícula cargada con velocidad v viaja a través de un campo magnético uniforme B. ¿En cuál de las situaciones, la fuerza magnética se encuentra en la dirección positiva del eje +x ? y y y A B C B v v B x x x B v z z z y y D E B v B x x v z z FLORENCIO PINELA - ESPOL 19 23/11/2009 13:02
  • 20. La Fuerza de Lorentz • La fuerza F sobre una carga q moviéndose con velocidad v a través de una región del espacio con campo eléctrico E y campo magnético B es dada por: r r r r F  qE + qv B B B B x x x x x x   x x x x x x v v  v x x x x x x   q q q F F F=0 La fuerza eléctrica se encuentra en la dirección del campo eléctrico si la carga es positiva, pero la dirección de la fuerza magnética es dada por la regla de la mano derecha.. FLORENCIO PINELA - ESPOL 20 23/11/2009 13:02
  • 21. ¿Qué pasa si la partícula se lanza en dirección perpendicular al campo?    F  qv x B ¿Qué pasa si la partícula se lanza en dirección tal que una de sus componentes sea paralela al campo B? FLORENCIO PINELA - ESPOL 21 23/11/2009 13:02
  • 22. Movimiento de una partícula cargada en un Campo Magnético Uniforme: Características importantes • Trayectoria Circular: v es perpendicular a B (uniforme); • Trayectoria Elíptica: v tiene una componente paralela a B. v||  v cos  v^  v sen  • Movimiento en un campo magnético NO uniforme: intenso en los extremos y débil en el medio;  Botella Magnética  Aurora FLORENCIO PINELA - ESPOL 22 23/11/2009 13:02
  • 23. Movimiento de una partícula cargada en un Campo Magnético Uniforme: Características importantes  T y ω no dependen de la velocidad v de la partícula.  Partículas rápidas se mueven en círculos de mayor radio que partículas más lentas.  Todas las partículas con la misma relación carga-masa les toma el mismo tiempo T en completar una trayectoria El periodo del movimiento: circular. mv qB 2 r 2 2 m R   T   qB m v  qB FLORENCIO PINELA - ESPOL 23 23/11/2009 13:02
  • 24. Trayectoria de una carga q en un Campo B Constante • Suponga que una carga q entra en un campo B con velocidad v como se muestra abajo. Cuál será la trayectoria seguida por la carga q? x x x x x x x x x x x x v x x x x x x x x x x x x B x x x x x x x x x x x x q v F F R La fuerza es siempre ^ a v y B. ¿Cuál es la trayectoria? FLORENCIO PINELA - ESPOL 24 23/11/2009 13:02
  • 25. Radio de la Orbita Circular • Fuerza de Lorentz: x x x x x x x x x x x x F  qvB v x x x x x x x x x x x x B • Acel. centrípeta: v2 x x x x x x x x x x x x a  v F F q R • 2da Ley de Newton: R v2 F  ma  qvB  m R mv Este es un resultado relevante  R con aplicaciones tecnológicas qB importantes! FLORENCIO PINELA - ESPOL 25 23/11/2009 13:02
  • 26. Pregunta de concepto: El dibujo muestra la vista superior de dos cámaras interconectadas. Cada cámara tiene un determinado campo magnético. Una partícula cargada positivamente es disparada al interior de la cámara 1, y se la observa seguir la trayectoria mostrada en la figura. What is the direction of the magnetic field in chamber 1? 1) Up 2) Down 3) Left 4) Right 5) Into page 6) Out of page FLORENCIO PINELA - ESPOL 26 23/11/2009 13:02
  • 27. Pregunta de concepto: Compare the magnitude of the magnetic field in chamber 1 to the magnitude of the magnetic field in chamber 2. a) B1 > B2 b) B1 = B2 c) B1 < B2 FLORENCIO PINELA - ESPOL 27 23/11/2009 13:02
  • 28. Trayectoria de Partículas Cargadas Las figuras muestran las trayectorias circulares de dos partículas que viajan a la misma rapidez en un campo magnético uniforme B, el que está dirigido al interior de la página. Una de las partículas es un protón; la otra es un electrón (menos masivo). ¿Cuál figura es físicamente razonable? A B C mv r qB D E FLORENCIO PINELA - ESPOL 28 23/11/2009 13:02
  • 29. Un electrón de masa m y carga q es acelerado hacia la derecha (en el plano del papel) desde el reposo a través de una diferencia de potencial V. El electrón entra a una región donde existe un campo magnético uniforme, apuntando hacia afuera del papel. El electrón hace un viaje de 180° y abandona el campo como se indica en la figura. ¿Cuánto tiempo se mantiene el electrón en el interior del campo magnético? A. 1.2 × 10-10 s B. 7.5 × 10-4 s C. 1.8 × 10-10 s D. 8.0 × 10-18 s E. 8.0 × 10-9 s FLORENCIO PINELA - ESPOL 29 23/11/2009 13:02
  • 30. Aceleradores de partículas: El Ciclotrón FLORENCIO PINELA - ESPOL 30 23/11/2009 13:02
  • 31. Ejemplo Positrones de alta energía (v = 105 m/s ) se disparan perpendicular a un campo magnético uniforme de 2,0 T que se dirige perpendicular y entrando al plano del papel . Si los positrones al salir de esa región impactan una superficie, sin haber desviado su trayectoria original. Determine la magnitud y dirección del campo eléctrico existente en esa región. FLORENCIO PINELA - ESPOL 31 23/11/2009 13:02
  • 32. Positrones de alta energía (v = 105 m/s ) se disparan perpendicular a un campo magnético uniforme de 2,0 T que se dirige perpendicular y entrando al plano del papel . Si los positrones al salir de esa región impactan una superficie, sin haber desviado su trayectoria original. Determine la magnitud y dirección del campo eléctrico existente en esa región. La fuerza magnética desvia la partícula hacia arriba La fuerza eléctrica debe desviar la partícula hacia abajo El campo E debe apuntar hacia abajo E qvB  qE  v  Si la partícula NO se desvía, las B fuerzas se deben equilibrar E = 2x105 N/C; hacia abajo FLORENCIO PINELA - ESPOL 32 23/11/2009 13:02
  • 33. El espectrómetro de masas Dispositivo utilizado para determinar la masa de partículas cargadas eléctricamente. FLORENCIO PINELA - ESPOL 33 23/11/2009 13:02
  • 34. En el selector de velocidades: Si la partícula viaja en línea recta, la fuerza eléctrica iguala a la fuerza magnética Equilibrio de fuerzas FB  FE  qvB  qE E Carga eléctrica desviada por un campo Velocidad de las partículas cargadas que no serán desviadas v eléctrico y por un campo magnético por los campos E y B B1 FLORENCIO PINELA - ESPOL 34 23/11/2009 13:02
  • 35. v2 Fm  qvB2  m R mv R E Vista de una particula entrando ^ a B v qB2 B1 ¿Qué pasará con el periodo de rotación de la partícula al incrementar el valor de la rapidez? a) Aumenta b) Disminuye c) No cambia 2 fm B q FLORENCIO PINELA - ESPOL 35 23/11/2009 13:02
  • 36. Fuerza magnética sobre un conductor con corriente La fuerza magnética que experimentará un conductor con corriente, es el resultado de la suma de las fuerzas elementales que se producen sobre los electrones que se mueven en su interior    Fq  q vd xB FLORENCIO PINELA - ESPOL 36 23/11/2009 13:02
  • 37.    F  q v xB Fuerza magnetica para una particula con carga q.    dF  (dq)vd xB Diferencial de fuerza sobre un diferencial de carga dq dq = n (Adl)e Diferencial de carga en un diferencial dl de alambre Numero de electrones libres x unidad de volumen, aproximadamente uno x      cada átomo. dF  (nAedl )vd xB  dF  (nAevd )dlxB FLORENCIO PINELA - ESPOL 37 23/11/2009 13:02
  • 38.   dF  (nAevd )dlxB Diferencial de fuerza dF sobre un diferencial de alambre dl que transporta corriente I dq dl I  nAe  nAevd dt dt    dF  IdlxB La fuerza magnética SIEMPRE es perpendicular al plano formado entre el conductor y el campo B FLORENCIO PINELA - ESPOL 38 23/11/2009 13:02
  • 39. Para el caso especial de un tramo recto de alambre de longitud L en el interior de un campo magnético uniforme, la fuerza magnética sobre este tramo será.    dF  IdlxB    F  ILxB Si el alambre es perpendicular al campo magnético B F  ILB FLORENCIO PINELA - ESPOL 39 23/11/2009 13:02
  • 40.    Conductor con Corriente en un Campo Magnético Constante F  ILxB A B ¿En qué dirección se D moverá la barra con C corriente? Un alambre perpendicular al plano del papel y con corriente saliendo del plano se mueve en un campo magnético uniforme. El alambre siente una fuerza hacia la izquierda, la cual es una combinación de una presión magnética a la derecha enfrente del alambre el cual lo empuja a la izquierda, y una tensión magnética a la izquierda atrás del alambre, el cual lo empuja de regreso a la izquierda. Debido al esfuerzo asociado con el campo magnético (ambos, el propio y el campo uniforme), el alambre se frena y llega al reposo, y luego acelera hacia en dirección contraria.. FLORENCIO PINELA - ESPOL 40 23/11/2009 13:02
  • 41. ACTIVIDAD: Alambre Suspendido Un alambre recto y horizontal de cobre está inmerso en un campo magnético uniforme. La corriente a través del alambre se dirige hacia afuera de la página. ¿Cuál campo magnético puede posiblemente suspender éste alambre para balacear la gravedad? A B C D FLORENCIO PINELA - ESPOL 41 23/11/2009 13:02
  • 42. Para el caso de un tramo curvo que lleva una corriente I en un campo magnético externo uniforme La fuerza magnética será:    b      dF  IdlxB dF  I   dl  xB a  Podemos evaluar independientemente el integral de dl, ya que B es constante en todos sus puntos  ´  F  Il xB FLORENCIO PINELA - ESPOL 42 23/11/2009 13:02
  • 43. De acuerdo al resultado anterior, se puede concluir que si tenemos una espira “cerrada” de forma arbitraria, en el interior de un campo magnético uniforme, la fuerza magnética será cero!!! r r r F  I  dl xB r  dl  0 F=0 FLORENCIO PINELA - ESPOL 43 23/11/2009 13:02
  • 44.  EJEMPLO:Una corriente I fluye en un y alambre que forma un triángulo x x x x x isosceles como se muestra. Un campo x x x x x magnético uniforme apunta en x x x x x dirección -z. x x x xL x B L  Cuál es Fy, la fuerza neta sobre el x x x x x alambre en la direccion y? x x x 2L x x (a) Fy = LIB x x x x x 2 (b) Fy = 0 (c) Fy = -LIB 2 x x x x x x FLORENCIO PINELA - ESPOL 44 23/11/2009 13:02
  • 45. Un alambre recto transporta corriente I como se indica en la figura, la fuerza magnética neta sobre la espira conductora que se encuentra a la derecha del alambre recto apunta en dirección: A. + x B. - x C. + y D. - y E. Vale cero FLORENCIO PINELA - ESPOL 45 23/11/2009 13:02
  • 46. EJEMPLO: Un alambre que transporta corriente I se dobla de la forma indicada en la figura. Un campo magnético uniforme apunta en la dirección indicada. Determine el valor de la fuerza magnética que actúa sobre el alambre. FLORENCIO PINELA - ESPOL 46 23/11/2009 13:02
  • 47. Un alambre que transporta corriente I se dobla de la forma indicada en la figura. Un campo magnético uniforme apunta en la dirección indicada. Determine el valor de la fuerza magnética que actúa sobre el alambre. Las fuerzas sobre los tramos rectos se cancelan (corrientes en direcciones contrarias) Observe que al mover el diferencial de alambre, el diferencial de fuerza cambia de dirección. En consecuencia, tenemos que descomponer el vector dF e integrar sus componentes. ¿Cuál de las componentes de dF se cancelarán al momento de sumarlas? FLORENCIO PINELA - ESPOL 47 23/11/2009 13:02
  • 48. r r r dF  Id l xB mag . del dif .de fuerza dF  IdlBsen90o F   dFy   dFsen  IdlBsen F   IB( Rd )sen 180 F  IBR  sen d 0  1 F  IBR(2)  j FLORENCIO PINELA - ESPOL 48 23/11/2009 13:02
  • 49. MOMENTO (torque) SOBRE UNA ESPIRA CON CORRIENTE EN UN CAMPO MAGNETICO UNIFORME. = F1 (a sen) : ángulo formado entre la normal al plano de la espira y el campo magnético B. F1 = I b B  = I (ab)B sen  = (N I A) B sen N: número de espiras A: área del plano de la espira FLORENCIO PINELA - ESPOL 49 23/11/2009 13:02
  • 50.  Momento de dipolo magnético (  )  = (N I A) B sen     NIA         xB Dirección: ^ al plano del lazo en la dirección del pulgar de la mano derecha si los dedos circulan en la dirección de la corriente.  x F El torque magnético  siempre trata de orientar   el dipolo magnético en la F  . B misma dirección del  campo externo.  FLORENCIO PINELA - ESPOL 50 23/11/2009 13:02
  • 51. FLORENCIO PINELA - ESPOL 51 23/11/2009 13:02
  • 52. Analogía con el Dipole Eléctrico  +q F E B x    p F   . F  . -q  F        τ  r F τ  r F      F  qE F  IL  B (por espira)   p  2qa μ  NAI       τ  p E τ  μ B FLORENCIO PINELA - ESPOL 52 23/11/2009 13:02
  • 53. Un lazo rectangular de alambre de dimensiones indicadas en la figura transporta corriente como se indica en la figura. La espira puede rotar respecto al eje z; el campo magnético que actúa sobre la espira es uniforme y apunta en la dirección +x. Determine el valor del torque sobre la espira cuando el valor del ángulo  indicado en la figura es de 70° FLORENCIO PINELA - ESPOL 53 23/11/2009 13:02
  • 54. 23/11/2009 13:02 FLORENCIO PINELA - ESPOL ‹Nº›