T3_CMagnetico
Páginas: 24 (5902 palabras)
Publicado: 11 de noviembre de 2015
Dpto. Física de la Materia Condensada
FÍSICA II
Grado en Química
T3. CAMPO MAGNÉTICO
TEMA 3. EL CAMPO MAGNÉTICO
3.1.
Introducción
3.2.
Imanes
3.3.
El Campo Magnético
3.3.1.
3.4.
Magnetismo debido a corrientes eléctricas
Interacción magnética
3.4.1. Fuerza magnética sobre una partícula cargada
3.4.2. Fuerza magnética sobre un elemento de corriente
3.4.3. Par en una espira de corrienteen un campo magnético uniforme
3.5.
Fuentes del Campo Magnético
3.5.1.
Ley de Biot-Savart
3.5.2.
Campo creado por cargas puntuales en movimiento
3.5.3.
Fuerza magnética entre dos conductores paralelos
3.6.
Ley de Gauss para el magnetismo
3.7.
Ley de Ampère
1 Introducción
Hoy sabemos que el magnetismo y la electricidad se relacionan estrechamente. Sin
embargo, esta relación no sedescubrió hasta el siglo XIX. La historia del magnetismo
comenzó mucho antes, con las antiguas civilizaciones de Asia Menor. Fue en una región
de Asia Menor conocida como Magnesia donde se encontró que algunas rocas se atraían
entre sí. A esas rocas se les llamó "magnetos" (imanes) aludiendo al lugar de su
descubrimiento.
En este tema sólo se consideran los efectos producidos por campos magnéticossobre
cargas en movimiento en el vacío o circulando a través de conductores, asociando el
campo magnético con el movimiento de portadores de carga. Se observa como el campo
magnético, al contrario que el campo eléctrico, no es conservativo.
2 Imanes
Un imán puede atraer muchos objetos de hierro o de
acero. Cualquier imán, ya sea con forma de barra o de
herradura, tiene dos extremos, o caras, llamadospolos, en
los cuales el efecto magnético es más intenso. Si se cuelga
un imán de un hilo delgado, se verá que uno de sus
extremos apunta aproximadamente al norte geográfico (en realidad al polo sur
1
Dpto. Física de la Materia Condensada
FÍSICA II
Grado en Química
T3. CAMPO MAGNÉTICO
magnético, que no coincide exactamente con el norte geográfico). No se sabe a ciencia
cierta cuándo sedescubrió este hecho, pero se conoce que ya los chinos lo usaban para
ayudarse a navegar en el siglo XI, o quizás antes. Éste es el conocido principio de la
brújula. La aguja de una brújula es simplemente un imán soportado en su centro de
gravedad para que pueda girar con libertad. El polo de un imán libre que apunta hacia el
norte se llama polo norte del imán. El otro polo apunta hacia el sur, y sellama polo sur.
Es un hecho bien conocido que cuando dos imanes se acercan entre sí, cada uno ejerce
una fuerza sobre el otro. Esta fuerza puede ser de atracción o de repulsión y puede
darse incluso cuando los imanes no se toquen. Si el polo norte de un imán se acerca al
polo norte de otro, la fuerza será de repulsión. Del mismo modo, si se acercan dos polos
sur, la fuerza será de repulsión. Perocuando se acerca un
polo norte a uno sur, la fuerza será de atracción. Este
comportamiento recuerda al de la fuerza entre cargas
eléctricas: los polos iguales se repelen y los polos opuestos se
atraen. Pero no deben confundirse los polos magnéticos con
la carga eléctrica, pues no son la misma cosa. Una diferencia importante es que una
carga eléctrica positiva o negativa puede aislarse fácilmente; encambio, aislar un polo
magnético es, de momento, imposible. Si una barra magnética se corta a la mitad, no se
obtienen dos polos aislados norte y sur sino dos nuevos imanes. Si se repite la operación
de corte, se obtienen más imanes, cada uno de los cuales tiene un polo norte y un polo
sur. Se han intentado complicados métodos para obtener polos magnéticos aislados,
pero hasta ahora no existe unaclara evidencia experimental de su existencia.
Sólo el hierro y algunos otros materiales, como el cobalto, el níquel y el gadolinio,
presentan fuertes efectos magnéticos. Se les llama ferromagnéticos (de la palabra latina
ferrum, hierro). Todas las demás sustancias presentan un ligero efecto magnético,
extremadamente débil, que sólo se puede detectar con instrumentos precisos.
3 Campo...
FÍSICA II
Grado en Química
T3. CAMPO MAGNÉTICO
TEMA 3. EL CAMPO MAGNÉTICO
3.1.
Introducción
3.2.
Imanes
3.3.
El Campo Magnético
3.3.1.
3.4.
Magnetismo debido a corrientes eléctricas
Interacción magnética
3.4.1. Fuerza magnética sobre una partícula cargada
3.4.2. Fuerza magnética sobre un elemento de corriente
3.4.3. Par en una espira de corrienteen un campo magnético uniforme
3.5.
Fuentes del Campo Magnético
3.5.1.
Ley de Biot-Savart
3.5.2.
Campo creado por cargas puntuales en movimiento
3.5.3.
Fuerza magnética entre dos conductores paralelos
3.6.
Ley de Gauss para el magnetismo
3.7.
Ley de Ampère
1 Introducción
Hoy sabemos que el magnetismo y la electricidad se relacionan estrechamente. Sin
embargo, esta relación no sedescubrió hasta el siglo XIX. La historia del magnetismo
comenzó mucho antes, con las antiguas civilizaciones de Asia Menor. Fue en una región
de Asia Menor conocida como Magnesia donde se encontró que algunas rocas se atraían
entre sí. A esas rocas se les llamó "magnetos" (imanes) aludiendo al lugar de su
descubrimiento.
En este tema sólo se consideran los efectos producidos por campos magnéticossobre
cargas en movimiento en el vacío o circulando a través de conductores, asociando el
campo magnético con el movimiento de portadores de carga. Se observa como el campo
magnético, al contrario que el campo eléctrico, no es conservativo.
2 Imanes
Un imán puede atraer muchos objetos de hierro o de
acero. Cualquier imán, ya sea con forma de barra o de
herradura, tiene dos extremos, o caras, llamadospolos, en
los cuales el efecto magnético es más intenso. Si se cuelga
un imán de un hilo delgado, se verá que uno de sus
extremos apunta aproximadamente al norte geográfico (en realidad al polo sur
1
Dpto. Física de la Materia Condensada
FÍSICA II
Grado en Química
T3. CAMPO MAGNÉTICO
magnético, que no coincide exactamente con el norte geográfico). No se sabe a ciencia
cierta cuándo sedescubrió este hecho, pero se conoce que ya los chinos lo usaban para
ayudarse a navegar en el siglo XI, o quizás antes. Éste es el conocido principio de la
brújula. La aguja de una brújula es simplemente un imán soportado en su centro de
gravedad para que pueda girar con libertad. El polo de un imán libre que apunta hacia el
norte se llama polo norte del imán. El otro polo apunta hacia el sur, y sellama polo sur.
Es un hecho bien conocido que cuando dos imanes se acercan entre sí, cada uno ejerce
una fuerza sobre el otro. Esta fuerza puede ser de atracción o de repulsión y puede
darse incluso cuando los imanes no se toquen. Si el polo norte de un imán se acerca al
polo norte de otro, la fuerza será de repulsión. Del mismo modo, si se acercan dos polos
sur, la fuerza será de repulsión. Perocuando se acerca un
polo norte a uno sur, la fuerza será de atracción. Este
comportamiento recuerda al de la fuerza entre cargas
eléctricas: los polos iguales se repelen y los polos opuestos se
atraen. Pero no deben confundirse los polos magnéticos con
la carga eléctrica, pues no son la misma cosa. Una diferencia importante es que una
carga eléctrica positiva o negativa puede aislarse fácilmente; encambio, aislar un polo
magnético es, de momento, imposible. Si una barra magnética se corta a la mitad, no se
obtienen dos polos aislados norte y sur sino dos nuevos imanes. Si se repite la operación
de corte, se obtienen más imanes, cada uno de los cuales tiene un polo norte y un polo
sur. Se han intentado complicados métodos para obtener polos magnéticos aislados,
pero hasta ahora no existe unaclara evidencia experimental de su existencia.
Sólo el hierro y algunos otros materiales, como el cobalto, el níquel y el gadolinio,
presentan fuertes efectos magnéticos. Se les llama ferromagnéticos (de la palabra latina
ferrum, hierro). Todas las demás sustancias presentan un ligero efecto magnético,
extremadamente débil, que sólo se puede detectar con instrumentos precisos.
3 Campo...
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