CAMPO MAGNETICO
El campo magnético
Con el fin de describir cualquier tipo de campo, debemos definir su magnitud, o intensidad y su dirección. La dirección del campo magnético b en cualquier posición esta en la dirección hacia la cual apunta el polo norte de aguja de un brújula en esa posición.
Podemos definir un campo magnético b en algún punto el espacio en términos de la fuerza magnética ejercida sobre un objeto de prueba apropiado. Nuestro objeto de prueba es una partícula cargada que se mueve con una velocidad v. Por ahora, supongamos que no hay campos eléctrico o gravitacional en la región de la carga. Los experimentos acerca del movimiento de diversas partículas cargadas en un campo magnético brindan los siguientes resultados:
ü La magnitud de la fuerza magnética es proporcional a la carga q y a la velocidad v de la partícula.
ü La magnitud y dirección de la fuerza magnética depende de la velocidad de la partícula y de la magnitud y dirección del campo magnético.
ü Cuando la partícula cargada se mueve paralela al vector de campo magnético, la fuerza magnética sobre la carga es cero.
ü Cuando el vector velocidad forma un ángulo q con el campo magnético, la fuerza magnética actúa en una dirección perpendicular tanto a v como a b; es decir, f es perpendicular al plano formado por v y b.
ü La fuerza magnética sobre una carga positiva esta en la dirección opuesta a la dirección de la fuerza sobre una carga negativa que se mueve en la misma dirección.
ü Si el vector velocidad forma un ángulo q con el campo magnético, la magnitud de la fuerza magnética es proporcional a senq.
Estas observaciones pueden resumirse escribiendo la fuerza magnética en la forma
F = qv x B
La figura repasa la regla de la mano derecha para determinar la dirección del producto cruz v x B. Usted dirige los cuatros dedos de su mano derecha a lo largo de la dirección de V y luego los gira hasta que apunten a lo largo de la dirección de B. El pulgar apunta entonces en la dirección de V x B. Puesto que F = qv x B, F esta en la dirección de v x B si q es positiva, y opuesta a la dirección de v x B si q es negativa. La magnitud de la fuerza magnética tiene el valor:
F =qvB senq
Donde q es el ángulo más pequeño entre v y B. A partir de esta expresión, vemos que F es cero cuando v es paralela a B (q = 0 o 180º) y máxima (Fmáx = qvB) cuando v es perpendicular a B (q = 90º).
Hay varias diferencias importantes entre las fuerzas eléctricas y magnéticas:
ü La fuerza eléctrica siempre esta en la dirección del campo eléctrico, en tanto, que la fuerza magnética es perpendicular al campo magnético.
ü La fuerza eléctrica actúa sobre una partícula cargada independientemente de la velocidad de la partícula, mientras que la fuerza magnética actúa sobre la partícula cargada solo cuando ésta está en moviendo.
ü La fuerza eléctrica efectúa trabajo al desplazar una partícula cargada, en tanto, que la fuerza magnética asociada a un campo magnético estable no trabaja cuando se desplaza una partícula.
Este último enunciado es una consecuencia del hecho de que cuando una carga se mueve en un campo magnético estable la fuerza magnética siempre es perpendicular al desplazamiento. Es decir F x ds = (F x v) dt = 0, debido a que la fuerza magnética es un vector perpendicular a v. A partir de esta propiedad y del teorema del trabajo y la energía, concluimos que la energía cinética de una partícula cargada no puede ser alterada por un campo magnético aislado. En otras palabras, Cuando una carga se mueve con una velocidad v, un campo magnético puede alterar la dirección del vector velocidad, pero no puede cambiar la velocidad de la partícula. Esto significa que un campo magnético estático cambia la dirección de la velocidad pero no afecta la velocidad o la energía cinética de una partícula cargada.
La unida del SI del campo magnético es el Weber por metro cuadrado (Wb/m2) llamada también Tesla (T). Esta unidad puede relacionarse con las unidades fundamentales usando la ecuación: Una carga de
[B] = T = Wb/m2 = N/C x m/s = N/A x m
EL CAMPO MAGNETICO
- Un campo horizontal constante de 0.5T atraviesa una espira rectangular de 120mm de largo y 70mm de ancho.Determine cual será el flujo magnético que atraviesa la espira cuando su plano forma los siguientes ángulos con el campo B.
- 0o, 30º, 60º, y 90º.
- Una bobina de alambre de 240mm de diámetro esta colocado de modo que su plano es perpendicular a un campo de 0.3T de densidad. Determine cual es el flujo magnético a través de la boina.
- Un protón es inyectado de derecha a izquierda en un campo de 0.4T dirigido hacia la parte superior de la página. Si la velocidad del protón es de 2x106m/seg. ¿Cuáles son la magnitud y la dirección de la fuerza magnética sobre el protón?
- Una partícula alfa (+2e) se proyecta en un campo magnético de 0.12T con una velocidad de 3.6x106m/s. Cual es la fuerza magnética sobre la carga en el instante en que su velocidad se dirige formando un ángulo de 35º con respecto al flujo magnético.
- Un alambre largo transporta una corriente de 6A en una dirección de 35º al norte de un campo magnético dirigido con una densidad de flujo de 0.04T ¿Cuales son la magnitud y la dirección de la fuerza que actúa sobre cada cm. de alambre?
- Un alambre de un metro de longitud transporta una corriente de 5A en una dirección perpendicular a un campo magnético de densidad de flujo de 0.034T ¿Cual es la fuerza magnética del alambre?
- Una bobina de 300espira que se mueve perpendicularmente al flujo de un campo magnético uniforme experimenta un campo magnético inductivo de 0.23 mwb en 0.002seg. ¿Cual es la fem inducida?
- En el flujo magnético que cruza una espira de alambre se observa un cambio de 5mwb a 2mwb en 0.1seg. ¿Cual es la fem inducida media?
