Campo Magnético.

Campo Magnético.

Objetivos Generales:
- Definir campo magnético.
- Explicar el origen del campo magnético de un imán.
- Calcular el campo magnético de un cable con una corriente eléctrica.
- Calcular el campo magnético de una bobina, solenoide y de un toroide.
- Definir el concepto de fuerza magnética que ejerce un campo magnético externo sobre un cable conductor.
- Explicar elfuncionamiento de un generador eléctrico y un motor eléctrico.
Objetivos Específicos:
1. Explicar y definir campo magnético.
2. Explicar como un imán genera campo magnético.
3. Calcular el campo magnético de un cable conductor recto y largo.
4. Calcular el campo magnético generado por un bobina, solenoide y toroide.
5. Explicar y calcular la fuerza magnética que ejerce un campo magnéticoexterno sobre un cable conductor.
6. Explicar el funcionamiento de un generador eléctrico y un motor eléctrico

Campo Magnético

Existencia de un campo magnético: Se dice que existe un campo magnético CM en un punto si sobre una carga q móvil que pasa por dicho punto se ejerce una fuerza perpendicular a la velocidad de la carga q. (Ver figura #1.)










La fuerza magnética Fmsobre la carga hace un ángulo de 90° como se muestra en la figura #1, esta fuerza hace que la carga q gire en circulo.
Si solo se moviera la carga en el espacio vacío con una velocidad V en dirección de 0° se formaría campo magnético alrededor de la carga como se muestra en la figura #2, con la carga esta en el centro.










El campo B está dirigido tangencialmente a un circuloimaginario de campo magnético.
Este campo se forma alrededor de la carga y para saber la dirección se toma la regla de la mano derecha:
















Campo magnético de un Imán


En el caso de un imán, en los átomos, los electrones giran alrededor de los núcleos formando así diminutas espiras que producen en sus centros pequeños campos magnéticos Bo llamados campos magnéticosorbitales. Al mismo tiempo los elesctrones giran alrededor de un eje interno; y esta rotación llamada espín produce otro pequeño campo magnético espín Bs (Ver figura #4).











Cuando se aplica un campo magnético externo Bex a un cuerpo, todos los minúsculos campos magnéticos Bo y Bs tratan de alinearse en la dirección de Bex pero este proceso lo contrarresta fuertemente laagitación térmica de los electrones.
En las sustancias ferromagnéticas (hierro, niquel, cobalto y algunas aleaciones) existen pequeñas regiones denominadas dominios, en cada uno de los cuales todos los campos magnéticos orbitales y espines son paralelos entre sí. (Figura#5 a.)

















Con la acción del campo magnético externo los dominios se agrandan y se orientan en ladirección de Bex: la sustancia es ahora un electroimán (figura #5 (b)).


Al retirar el campo magnético externo la mayoría de los dominios quedan en su estado final (especialmente para el acero) y por tanto, se obtiene un campo magnético permanente: la sustancia se ha convertido en imán. La región por donde sale el campo magnético se denomina polo norte y la región por donde entra el campo magnéticoes el polo sur.

Esta naturaleza de los imanes permite explicar las interacciones de los imanes; se deben a las fuerzas producidas por el campo magnético de un imán sobre las diminutas espiras orbitales y espines de los otros imanes o sustancia ferromagnéticas.


Campo magnético producido por un alambre conductor recto largo

La ecuación para resolver el campo magnético
esB = μo·i
2·π·R
en donde i es la corriente eléctrica y R es la distancia al punto donde se quiere el campo.
Campo magnético generado por una bobina.

La ecuación que da el campo magnético de una
bobina es
B = μo·i·N
2·R



Campo magnético generado por un Solenoide.

Para...