Examen 5 Tres Caras del Magnetismo

CAMPO MAGNETICO

El campo magnético es una magnitud vectorial. Puede estar producido por una carga puntual en movimiento o por un conjunto de cargas en movimiento, es decir, por una corriente eléctrica.

La unidad de campo magnético en el Sistema Internacional es el tesla (T). Un tesla se define como el campo magnético que ejerce una fuerza de 1 N (newton) sobre una carga de 1 C (culombio) que se mueve a velocidad de 1 m/s dentro del campo y perpendicularmente a las líneas de campo.

El tesla es una unidad muy grande, por lo que a veces se emplea como unidad de campo magnético el gauss (G) que, aunque no pertecece al Sistema Internacional sino al sistema CGS, tiene un valor más acorde con el orden de magnitud de los campos magnéticos que habitualmente se manejan.

1 T = 10.000 gauss

Los campos magnéticos son producidos por corrientes eléctricas, las cuales pueden ser corrientes macroscópicas en cables, o corrientes microscópicas asociadas con los electrones en órbitas atómicas. El campo magnético B se define en función de la fuerza ejercida sobre las cargas móviles en la ley de la fuerza de Lorentz. Las fuentes de campos magnéticos son esencialmente de naturaleza dipolar, teniendo un polo norte y un polo sur magnéticos.

LEY DE LA FUERZA DE LORENTZ

Se pueden definir ambos campos magnéticos y eléctricos a partir de la ley de la fuerza de Lorentz:

CAMPO MAGNETICO CREADO POR UNA CARGA PUNTUAL

El campo magnético es una región de espacio en la cual una carga eléctrica puntual de valor q, que se desplaza a una velocidad, sufre los efectos de una fuerza que es perpendicular y proporcional tanto a la velocidad v como al campo B.

Cuando una carga q se mueve con una cierta velocidad, como se muestra en la siguiente figura, crea un campo magnético en todo el espacio.

Dicho campo viene dado por la expresión:

Donde,

q es la carga creadora del campo

v es la velocidad de dicha carga

r es la distancia desde el punto donde se encuentra la carga hasta el punto P donde se está calculando el campo

ur es un vector unitario que va desde el punto donde se encuentra la carga hacia el punto donde se calcula el campo

μ0 es una constante denominada permeabilidad del espacio libre. Su valor en el Sistema Internacional es μ0 = 4π 10-7 T m/A

La dirección y el sentido del campo B vienen dados por la regla de la mano derecha, y su módulo es el módulo del producto vectorial:

Dirección y sentidoMódulo

Cuando la carga q es negativa, el sentido de B es opuesto al que se muestra en la figura. El campo magnético en la dirección del movimiento es nulo, ya que en este caso los vectores v y ur son paralelos y su producto vectorial es cero.

ESTUDIO DEL CAMPO MAGNETICO

Durante mucho tiempo el estudio de los fenómenos magnéticos se redujo al de los imanes obtenidos de forma natural, sin conocer su relación con los fenómenos eléctricos. Se dio un paso importante en el estudio y conocimiento del magnetismo cuando Hans Cristian Oersted descubrió en 1820 que una corriente eléctrica circulando por un conductor crea a su alrededor un campo magnético que es capaz de desviar a una aguja imantada próxima. Si por el conductor no pasa corriente, la brújula se orientará hacia el polo norte; pero cuando pasa corriente la brújula tiende a colocarse perpendicular a la corriente. 

De este experimento se deduce que una corriente eléctrica produce el mismo efecto que un imán natural. Poco tiempo después, Ampère aporta la idea de que el magnetismo natural puede estar producido por pequeñas corrientes a nivel molecular. 

Doce años más tarde M. Faraday observó el efecto contrario: se pueden crear corrientes eléctricas a partir de variaciones de campo magnético, o en otras palabras, campos magnéticos variables crean campos eléctricos. 

Finalmente Maxwell en la década de 1860, indica la posibilidad de crear campos magnéticos a partir de campos eléctricos variables. Se había producido por fin la unificación: la interacción eléctrica y magnética están íntimamente relacionadas, siendo en realidad dos aspectos diferentes derivados con una propiedad de la materia, la carga eléctrica. 

Meta: Como resumen de todo lo anterior podemos decir que los puntos básicos en los que se funda el electromagnetismo son los siguientes: 

· Cargas eléctricas en movimiento producen una interacción de tipo magnético, además de la interacción eléctrica dada por la ley de Coulomb. Producen pues, una interacción electromagnética. 

· Toda carga eléctrica en movimiento produce un campo magnético que actúa sobre otra carga solamente si ésta se halla también en movimiento. 

· Se dice que en un punto existe un campo magnético si una carga móvil colocada en él experimenta una fuerza. 

· Las propiedades magnéticas de los imanes naturales son consecuencia también de cargas móviles: un imán natural tiene una gran cantidad de átomos, en cada uno de los cuales existen electrones que giran alrededor del núcleo. Estos electrones producen minúsculos campos magnéticos cuya resultante puede producir un magnetismo exterior estable. 

· Si un punto está sometido simultáneamente a dos campos magnéticos, el campo resultante es la suma vectorial de los dos campos. Se cumple el principio de superposición.

Universidad Nacional Autónoma de México

Facultad de Estudios Superiores Cuautitlan

Morales Segura Diana Elizabeth

2251     Quimica Industrial

Examen 5: Tres caras del magnetismo

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