tema fuerza de origen magnético -...
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Tema
Fuerza de Origen Magnético
Elaborado por:
M del Carmen Maldonado Susano
17 de abril de 2017
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El alumno obtendrá experimentalmente
el modelo matemático que relaciona la
fuerza de origen magnético que
experimenta un conductor con
corriente eléctrica que se encuentra
dentro de un campo magnético.
M del Carmen Maldonado Susano 2
Objetivo
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Magnetita
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Hace más de 2000 años los
griegos sabían de cierto
material que se encontraba en
la naturaleza llamado
magnetita.
Magnetita
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Un imán tiene dos polos :
❖Polo norte
❖Polo sur
Siempre se presentan por parejas.
Imán
Figura del imán https://cibertareas.com/
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Los polos magnéticos aislados no
existen.
La estructura magnética más
simple es el dipolo magnético.
Dipolo magnético
Figura del imán https://cibertareas.com/
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Polos iguales, se repelen.
Figura del imán https://cibertareas.com/
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Polos diferentes, se atraen.
Figura del imán https://cibertareas.com/
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Fuerza magnética
Por lo tanto, existen dos tipos
de fuerzas magnéticas:
❑ Fuerza de repulsión:
❖ Polos iguales
❑ Fuerza de atracción:
❖ Polos diferentes
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Campo magnético
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Es la región del espacio que rodea a
un imán.
Es la región del espacio que rodea a
una carga eléctrica en movimiento.
Campo Magnético
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Matemáticamente se expresa.
La unidad del campo magnético en el SI es
la tesla (T).
senvq
FB =
F : fuerza magnética [N]
v: velocidad de la carga eléctrica [m/s]
q: es carga eléctrica [C]
Campo Magnético
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Líneas del Campo Magnético
❖Salen del polo Norte y llegan al polo
Sur.
❖Son líneas imaginarias.
❖No se cruzan entre ellas.
❖Entre más líneas haya mayor será el
campo magnético.
SN
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Fuerza Magnética
debida a una carga móvil
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La Fuerza magnética debida a una carga móvil, está dada por:
F : Fuerza magnética [N]
B: Campo magnético [T]
v: Velocidad de la carga eléctrica [m/s]
q: Carga eléctrica [C]
Bvq
xF =
Fuerza Magnética
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La Fuerza magnética (F) es perpendicular
al Campo magnético (B).
La Fuerza (F) es perpendicular a la
velocidad (v).
q
v
B
F
Fuerza Magnética
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La magnitud de la Fuerza magnética (F)
quedaría como:
senBvqF
=
F : Fuerza magnética [N]
B: Campo magnético [T]
v: Velocidad de la carga eléctrica [m/s]
q: Carga eléctrica [C]
Fuerza Magnética
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La Fuerza F es proporcional a sen, en
donde , es el ángulo que forman la
velocidad v y el campo magnético B.
Si v es paralelo o antiparalelo con el
campo magnético B, entonces la fuerza
magnética será nula.
Fuerza Magnética
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La fuerza es proporcional a la carga q.
La fuerza que actúa sobre una carga
negativa posee dirección opuesta a la de
una carga positiva con igual velocidad.
-q
v
B
F
q
v
B
F
Fuerza Magnética
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La fuerza magnética que actúa sobre un
conductor recto de longitud 𝐿 , que lleva una
intensidad de corriente I, al colocarlo en el
interior de un campo magnético B uniforme,
vectorialmente sería:
La dirección de la longitud 𝐿 , es la misma
dirección de la intensidad de corriente.
)BxL(IF =
Fuerza Magnética
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La magnitud de la fuerza magnética
entonces es:
Unidad de la Fuerza magnética en el SI es el
newton [ N ] .
senLIBFm
=
Fuerza Magnética
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Fuerza de Lorentz
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La fuerza total que actúa sobre una
partícula cargada que se mueve en
el interior de un campo eléctrico E
y un campo magnético B es:
𝐹 = 𝑞𝐸 + 𝑞 𝑣 × 𝐵
Fuerza de Lorentz
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Ley de Biot-Savart
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Se llegó a la conclusión de que
“el campo magnético es
producido por cargas
eléctricas en movimiento”; es
decir, por corrientes eléctricas.
Ley de Biot-Savart
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Regla de la mano
derecha
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I
B
Para conocer la dirección del Campo Magnético B en
un conductor usamos la regla de la mano derecha.
El pulgar apunta la dirección de la corriente eléctrica I y
los demás dedos apuntan al Campo Magnético B.
Regla de la mano derecha
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Gráfica
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Modelo Gráfico
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Modelo Gráfico
La intensidad de corriente
eléctrica “I”
Modelo GráficoModelo Gráfico
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Modelo GráficoModelo Gráfico
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m= B L sen
Modelo Gráfico
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Modelo Matemático
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Modelo Matemático
mag
NF N m I A b N
I
= +
Calcular el valor de la pendiente (m) y
de la ordenada al origen (b) y sustituirlo
en la ecuación siguiente:
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Ejercicios
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En la práctica de “Fuerza magnética” se obtuvieron los
siguientes resultados. La Longitud es la variable
independiente. Con base en ello determine:
A) Modelo matemático
B) Significado físico de la pendiente
C)Valor del Campo magnético B
D) ¿Qué longitud debe tener el conductor para que se
ejerza una Fuerza magnética de 10 N ?
E) Si el conductor se girará 90° ¿Cuánto valdría la Fuerza
magnética para una longitud de 1 m?
Ejercicio No. 1
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0
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28/10/2019 39
A) Modelo matemático
Fm = m L + B
B) Significado físico de la pendiente
m = B sen θ
C)Valor del Campo magnético B
B = m / sen θ
Ejercicio No. 1
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D) ¿Qué longitud debe tener el
conductor para que se ejerza una
Fuerza magnética de 10 N ?
E) Si el conductor se girará 90°
¿Cuánto valdría la Fuerza magnética
para una longitud de 1 m?
Ejercicio No. 1
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Ejercicio 2
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Un protón tiene una velocidad v=(3i +5j +0k) m/s
dentro de un campo magnético uniforme dado por
B=(0i +4j +3k) T.
¿Cual es la fuerza magnética que siente la partícula
alfa?
Ejercicio No. 2
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28/10/2019 43
¿Cual es la fuerza magnética que siente la partícula
alfa?
1 * 3 5 0
0 4 3
i j k
F q=
Ejercicio No. 2
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Ejercicio 3
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En la práctica de “Fuerza magnética” se obtuvieron
los siguientes resultados. La “I” fue la variable
independiente.
Con base en ello determine:
A) Modelo matemático
B) Valor del campo magnético B
C) ¿Qué tipo de fuerza se ejerció ?
D) ¿Se ganó o se perdió masa?
Ejercicio 3
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I (A) Masa (g) m (kg) Fm=m*g (N)
0.0 159.19
0.50 159.41
1.00 159.65
1.50 159.84
2.0 160.08
2.5 160.35
3.0 160.50
Ejercicio 3
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Tipos materiales
Diamagnético
Paramagnético
Ferromagnético
Tipos de materiales
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Diamagnético
Materiales que experimentan una fuerza en la
dirección en que el campo magnético disminuye
y son rechazados por el imán o por el solenoide.
Ejemplo:
El agua experimenta una fuerza de 2.2 x10-4 [N]
por cada gramo, en un punto donde B=1.8 [ T ]
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Paramagnético
Materiales que experimentan una fuerza en la
dirección en que el campo magnético aumenta,
éstos son atraídos hacia el interior del solenoide
o por un imán.
Ejemplo:
El sodio experimenta una Fuerza de
2x10-4 N por cada gramo en un punto donde
B=1.8 T.
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Ferromagnético
Materiales que experimentan una fuerza
varias veces mayor a la observada en los
casos anteriores y en la dirección en que el
campo magnético aumenta, éstos son
atraídos con gran fuerza hacia el solenoide o
por el imán.
Ejemplo:
El fierro cobre el cual actúa una fuerza de 4
[N] por gramo en un punto donde
B=1.8 [ T ].
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Presentación
M. del Carmen Maldonado Susanohttp://profesores.dcb.unam.mx/users/mariacms/
Edición
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Bibliografía
Física UniversitariaVolumen 1
Sears, Zemansky
Young, Freedman
Ed. Pearson Addison Wesley
BibliografíaBibliografía
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Electricidad y Magnetismo
Gabriel Jaramillo
Ed. Limusa
Electricidad y Magnetismo
Víctor Serrano Domínguez
Ed. Prentice Hall
*Ejercicios tomados de exámenes colegiados delDepartamento de Física Experimental
UNAM
M del Carmen Maldonado Susano 53
Bibliografía