Prof. Pedro Eche Querevalú

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5to de Secundaria

2011

Contenido Temático

Recursos

Evaluación

Bibliografía

Créditos

Presentación

Inicio

El imán, a manera de magnetita, fue utilizado en

instrumentos básicos como, por ejemplo, una especie de

brújula que fue ya utilizada en el siglo X por navegantes

chinos; ellos descubrieron el poder de la magnetita y su

propiedad de señalar siempre en una misma dirección por

más que gire. Fueron los árabes quienes más tarde le

dieron aplicación más exacta como instrumento de

orientación por medio de la brújula. Sin embargo, fue

hacia el siglo XVI donde se inicia un verdadero estudio del

fenómeno magnetismo y las aplicaciones que un imán

pueda tener.

El estudio de sus propiedades de la magnetita tomó el

nombre de MAGNETISMO, nombre que proviene de la

antigua ciudad: Magnesia (Asia Menor) en donde

abundaban estas piedras.

Fue así que durante muchos años, el estudio de los

fenómenos magnéticos se limitó al análisis de las

interacciones entre el imán y los metales

(MAGNETOSTÁTICA).

Presentación

Tren que funciona enrieles

imantadas

Inicio

MAGNETISMO

LOS IMANES

PROPIEDADES DE LOS IMANES

FUERZA DE ATRACCIÓN Y REPULSIÓN ENTRE IMANES

EL CAMPO MAGNÉTICO

EL CAMPO MAGNÉTICO TERRESTRE

FUERZA MAGNÉTICA SOBRE UNA PARTÍCULA CARGADA EN MOVIMIENTO

FUERZA MAGNÉTICA SOBRE UN CONDUCTOR CON CORRIENTE ELÉCTRICA

PROBLEMA

Contenido Temático

Inicio

MAGNETISMOTiene como objetivo principal el estudio de las propiedades de los imanes

y sus interacciones mutuas.

Existe en la naturaleza un mineral llamado magnetita o piedra imán que

tiene la propiedad de atraer pedacitos o limaduras de hierro, el cobalto, el

níquel y ciertas aleaciones de estos metales. Esta propiedad recibe el

nombre de magnetismo.

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Inicio

LOS IMANESUn imán es un material capaz de producir un campo magnético exterior y atraer el

hierro (también puede atraer al cobalto y al níquel). Los imanes que manifiestan

sus propiedades de forma permanente pueden ser naturales, como la magnetita

(Fe3O4) o artificiales, obtenidos a partir de aleaciones de diferentes metales.

Podemos decir que un imán permanente es aquel que conserva el magnetismo

después de haber sido imantado. Un imán temporal no conserva su magnetismo

tras haber sido imantado.

En un imán la capacidad de atracción es mayor en sus extremos o polos. Estos

polos se denominan norte y sur, debido a que tienden a orientarse según los polos

geográficos de la Tierra. La Tierra es un gigantesco imán natural.

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Inicio

LOS IMANES: Clases

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•Son aquellos que “cuando debido al ordenamiento molecular, gozan de propiedades magnéticas”.

•Los imanes naturales son minerales formados por óxido de hierro como la magnetita, que presenta propiedades magnéticas por su naturaleza sin la intervención de la mano del hombre.

Imanes Naturales

•Cuando es necesario alguna causa externa para que un cuerpo se vea obligado a adquirir propiedades magnéticas.

•Son aleaciones fabricadas a partir del hierro, níquel o cobalto, que han pasado por un proceso de imantación. En este proceso se magnetiza o se imanta una aleación que carece de dicha propiedad. La imantación puede ser temporal o permanente y se realiza por frotamiento, por contacto o por inducción de una corriente eléctrica.

Imanes Artificiales

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Además de atraer al hierro, níquel y cobalto, los imanes naturales y artificiales presentan las siguientes propiedades:

PROPIEDADES DE LOS IMANES

Todo imán en forma de barra suspendido o sujeto desde su centro de gravedad y libre para girar, se orienta de tal manera que uno de sus extremos -siempre el mismo-apunta hacia el norte geográfico y su extremo opuesto hacia el sur geográfico. Esta propiedad es el fundamento de la brújula (aguja imantada).

Orientación

Todos los imanes pierden sus propiedades magnéticas a determinada temperatura (cuando se les calienta), llamada temperatura de Curie. Es fácil separar dos imanes que están fuertemente atraídos si los calientas.

Desmagnetización

La máxima fuerza de atracción se halla en sus extremos, llamados polos. Un imán consta de dos polos, denominados polo norte y polo sur, o, alternativamente, polo positivo y polo negativo. Los polos iguales se repelen y los polos distintos se atraen. No existen polos aislados (monopolo magnético), y por lo tanto, si un imán se rompe en dos partes, se forman dos nuevos imanes, cada uno con su polo norte y su polo sur, aunque la fuerza de atracción del imán disminuye.

Dependiendo de la forma del imán es posible que tenga más de dos polos magnéticos; cuatro, seis, pero nunca un número de polos impar. No es posible obtener un único polo; tal propiedad es conocida como la inseparabilidad de los polos.

Polos magnéticos

Inicio

FUERZAS DE ATRACCIÓN Y REPULSIÓN ENTRE LOS IMANES

Experimentalmente puedes verificar que dos

imanes se repelen o se atraen dependiendo de qué

polos interactúen. Si acercas dos polos magnéticos

iguales, sur-sur o norte-norte observarás que los

imanes se repelen, pero si acercas dos polos

diferentes, sur-norte, los imanes se atraen.

Se concluye:

Dos polos magnéticos iguales se repelen y dos

polos magnéticos diferentes se atraen.

La fuerza de atracción o repulsión que se ejercen

los imanes es una fuerza a distancia. Así como

existe un campo eléctrico generado por las cargas

eléctricas también existe un campo magnético

generado por imanes y corrientes eléctricas.

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Inicio

Los imanes poseen un campo magnético

que ejerce fuerzas a distancia.

Se dice que en una región del espacio existe uncampo magnético si un imán o una brújulasienten la acción de una fuerza magnética deatracción o repulsión.

El campo magnético es invisible y pararepresentarlo usamos las líneas de fuerzamagnéticas, muy similares a las que hemosvisto en electrostática, pero con característicaspropias del magnetismo.

EL CAMPO MAGNÉTICO

Inicio

Si sobre un imán en forma de barra esparcimos limaduras de hierro, observaremos que las limaduras se mueven y se orientan formando determinadas trayectorias.

Las interacciones magnéticas se pueden explicar como el resultado de la presencia de un campo de naturaleza vectorial, llamado campo magnético, comparable al eléctrico o al gravitatorio. El campo magnético se expresa visualmente mediante líneas de fuerza que, en los imanes, parten del polo norte y desembocan en el polo sur. Por tanto, las líneas de un campo magnético son siempre cerradas, dado que todo imán se comporta como un dipolo magnético.

LAS LÍNEAS DE CAMPO MAGNÉTICO

Las líneas de fuerza magnética

representan el campo que no

vemos pero sentimos y se orientan

del norte al sur del imán.

B2

2

B1

B3

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EL CAMPO MAGNÉTICO TERRESTRE

Como todos sabemos, la Tierra constituye un gigantesco

imán natural; por tanto, la magnetita o cualquier otro tipo

de imán o elemento magnético que gire libremente sobre

un plano paralelo a su superficie, tal como lo hace una

brújula, apuntará siempre al polo norte magnético. Como

aclaración hay que diferenciar el polo norte magnético de

la Tierra del Polo Norte geográfico. El Polo Norte

geográfico es el punto donde coinciden todos los

meridianos que dividen la Tierra, al igual que ocurre con

el Polo Sur.

La Tierra tiene en su núcleo una gran cantidad de hierro

fundido y a medida que gira sobre su propio eje también

lo hace el hierro, dando lugar a que la Tierra se comporte

como un gran imán.

Algunos animales son capaces de orientarse usando el

campo magnético terrestre, como por ejemplo las

palomas mensajeras y las ballenas.

El campo magnético terrestre nos protege de partículas

cargadas que provienen del espacio y que podrían

causarnos daño si lograran ingresar a la superficie

terrestre.

La Tierra constituye un.

gigantesco imán con sus.

correspondientes polos.

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FUERZA MAGNÉTICA SOBRE UNA PARTÍCULA CARGADA EN MOVIMIENTO

“Toda partícula cargada eléctricamente en movimiento que ingresa perpendicularmente a un campo magnético experimenta la acción de una fuerza que la desvía, de tal manera que la dirección de la fuerza es siempre perpendicular al campo y a la velocidad”.

Experimentalmente se verificó que la fuerza magnética F sobre una carga que ingresa perpendicularmente a un campo magnético , es directamente proporcional a la carga eléctrica q, a la rapidez v y a la intensidad del vector inducción magnética B.

F = q . V. B B = F /q.v

A partir de la relación anterior medimos la inducción magnética (B). En el S.I. la inducción magnética se mide en Tesla (T)

1T = 1 N. s/(C. m)La dirección de la fuerza sobre la sobre la partícula cargada depende del signo de la carga y siempre es perpendicular tanto al campo como a la velocidad.

F q v B

N A m (ampere.metro)

m/s

1 NA -1m -1

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UNIDADES EN EL S.I.

Inicio

REGLA DE LA MANO DERECHA

Esta regla es útil para determinar la dirección de la fuerza que actúa sobre una carga positiva en movimiento.

Extiende la mano derecha de tal manera que el pulgar indique la dirección de la velocidad del campo: la fuerza magnética será perpendicular a la palma de la mano y saliendo de esta. Si la carga eléctrica en movimiento es negativa, el sentido de la fuerza será entrando a la palma.

Observación: Si la velocidad es paralela al campo magnético, la fuerza magnética es nula y la partícula no será desviada de su trayectoria.

a)Fuerza magnética que actúa sobre una carga en

movimiento

b) Regla de la palma derecha

a b

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TRAYECTORIA DE UNA PARTÍCULA CARGADA EN EL SENO DE UN CAMPO MAGNÉTICO

Si la partícula cargada eléctricamente ingresa a un campo magnético en forma perpendicular se desvía realizando un movimiento circular uniforme. Para determinar el radio de la trayectoria circular igualamos la fuerza magnética con la fuerza centrípeta y despejamos R:

Fmagnética= Fcentrípeta

q . V. B = m . v2/R R = m. v /q.B

Si la partícula cargada ingresa a un campo magnético con una velocidad que forma un determino ángulo con este, la trayectoria que describe es una curva helicoidal.

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FUERZA MAGNÉTICA SOBRE UN CONDUCTOR CON CORRIENTE ELÉCTRICA

Como sabemos, la corriente eléctrica es el movimiento de cargas eléctricas positivas (por convección). Esto nos permite inferir que todo conductor con corriente ubicado perpendicularmente a un campo magnético debe experimentar una fuerza magnética.Deduciremos la fórmula para calcular la fuerza magnética F sobre un segmento conductor de longitud L por el cual circula una corriente de intensidad I, perpendicular a un campo magnético B.

F = q . V. B F = q . (L/t) B

F = (q/t) L . B F = I. L. B

Para determinar la dirección y sentido de la fuerza magnética usamos la regla de la palma derecha, tomando en cuenta que el sentido de la corriente está dado por el pulgar.

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EL MOTOR ELÉCTRICO DE CORRIENTE CONTINUA

Una aplicación de la fuerza magnética sobre un conductor con corriente es el motor de corriente continua. Este está formado por un conjunto de espiras dentro de un campo magnético generado por dos imanes. Cuando se hace pasar corriente por las espiras aparecen fuerzas magnéticas que la hacen girar.

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PROBLEMA 1Una partícula alfa de carga q = 3,6 . 10-19 C y masa m= 3,3 . 10-27 kg, ingresa

perpendicularmente entre las armaduras de un imán en forma de herradura con una

rapidez de 7,2 . 106 m/s. Si el radio del arco circular que describe es de 2m, ¿cuál es la

intensidad del vector inducción magnético entre las armaduras del imán?

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Solución:

Datos:

q = 3,6 . 10-19

m= 3,3 . 10-27 kg

v = 7,2 . 106 m/s.

R = 2m

B= ?

1.- Calculamos la intensidad del campo

R = m.v /q. B B = m.v / q. R Rpta.- La inducción magnética

es de 0,033T

TmC

smkgB 033,0

210.6,3

/10.2,710.3,319

627

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Actividades interactivas

Recursos

Haz clic en “Actividades interactivas” para ingresar para desarrollar las

actividades educativas lúdicas

Inicio

Créditos

Electromagnetismo

http://www.quimicaweb.net/grupo_trabajo_fyq3/tema9/index9.htm

Imanes naturales

http://newton.cnice.mec.es/materiales_didacticos/campmag/mag_iman.htm?0&0

Fuerzas de atracción y repulsión entre imanes

http://www.asifunciona.com/electrotecnia/ke_electromag/ke_electromag_1.htm

Campo magnético terrestre - imagen

http://www.asifunciona.com/electrotecnia/ke_electromag/ke_electromag_1.htm

Campo magnético

http://www.hiru.com/fisica/fuerzas-magneticas

Campo magnético

http://newton.cnice.mec.es/materiales_didacticos/campmag/mag_objetivos.htm

Imagen campo magnético

http://4.bp.blogspot.com/_HEo-zuCrCEE/Sbmxcflf0UI/AAAAAAAAABo/_HrY8pe2Vsc/s320/CampoMagnetico.png

http://museovirtual.csic.es/salas/magnetismo/mag7.htm

Imagen brújula

http://www.kalipedia.com/kalipediamedia/cienciasnaturales/media/200709/24/fisicayquimica/20070924klpcnafyq_396_Ies

_SCO.jpg

Video campo magnético

http://www.educarchile.cl/Portal.Base/Web/VerContenido.aspx?GUID=0137714b-4bfd-40d5-8d77-

2d778c289e36&ID=136609