Un campo magnético uniforme espacialmente cuyo módulo varía con el tiempo según la expresión: (en unidades del SI) atraviesa perpendicularmente una espira circular de radio 20 cm.
a) Hallar el flujo magnético que atraviesa la espira en función del tiempo.
b) Hallar la fem máxima.
Un protón y un electrón describen sendas órbitas circulares en el plano OXY con igual velocidad, bajo la acción de un campo magnético uniforme de valor B = 0,1 T y dirección OZ. El radio de la órbita del protón es de 20 cm.
a) Halla la velocidad del protón.
b) Halla el radio de la órbita del electrón.
c) Halla el periodo del movimiento del electrón y del protón.
Datos: masas y cargas del protón y del electrón.
Un electrón se dirige, en el vacío, con velocidad m/s hacia un conductor rectilíneo infinito, perpendicular a su trayectoria por el que circula una corriente eléctrica en sentido ascendente de 2 A. Determina:
a) El vector campo magnético que crea el conductor a una distancia del conductor de 2 metros.
b) La fuerza magnética que el conductor ejerce sobre el electrón cuando está en ese punto.
Dato: T m /A
Sean dos cables conductores rectilíneos, situados en el plano OXY, paralelos al eje OX y tan largos que se pueden considerar indefinidos. La distancia entre los cables es de 2,0 m, y ambos distan 1,0 m del eje OX, como indica la figura. Por el cable F circulan 10,0 A y por el cable G 20,0 A en sentido contrario.
a) ¿Cuál es la dirección del campo magnético total creado por los cables en cualquier punto del eje OY?
b) Hallar en qué punto del eje OY el campo magnético total es nulo.
¿Es la fuerza magnética que cada conductor ejerce sobre el otro atractiva o repulsiva?
La velocidad de la luz en el vacío es una propiedad fundamental de la naturaleza. Esta velocidad de la luz se modifica cuando viaja a través de un medio material.
Los trabajos experimentales muestran que la velocidad de propagación de la luz a través de la materia es diferente -y menor- que la velocidad de propagación de la luz en el vacío.
Al cociente entre la velocidad de la luz en el vacío, c, y la velocidad de la luz en la materia, v, se denomina índice de refracción absoluto , n, de la sustancia, y se trata de un concepto bastante útil para describir las propiedades de esa sustancia.
El índice de refracción depende de la frecuencia (y por tanto de la longitud de onda) y en consecuencia, la velocidad de propagación de la luz en un medio material depende de su frecuencia. Cuando esto ocurre decimos que la luz sufre dispersión.
Cuando colocamos un conductor rectilíneo, por el que circula una corriente eléctrica, en el interior de un campo magnético,, se observa una fuerza sobre el conductor que es el resultado de la suma de las fuerzas magnéticas sobre las partículas cargadas cuyo movimiento produce la corriente.
Una corriente eléctrica que circula por un conductor es en realidad un flujo de electrones que se mueven por el conductor en sentido contrario al que, por convenio, se otorga a la corriente. Esta situación es equivalente a imaginar que la corriente consiste en un flujo de hipotéticas cargas positivas recorriendo el conductor en el sentido contrario al de los electrones.
La velocidad de desplazamiento de las cargas se puede relacionar con la longitud del conductor mediante la expresión:
en donde , es un vector de módulo la longitud del conductor orientado en el mismo sentido que la corriente eléctrica. Si se sustituye el valor de la velocidad se obtiene:
Teniendo en cuenta que representa la cantidad de carga que atraviesa cualquier sección del conductor por unidad de tiempo, es decir la intensidad de corriente, I. Por tanto la fuerza neta que actúa sobre el trozo de conductor rectilíneo es:
expresión que se conoce con el nombre de Ley de Laplace. Esa fuerza es perpendicular al plano formado por el conductor y el campo magnético. Esta expresión nos permite definir la Tesla (T) como la intensidad de un campo magnético uniforme tal que la corriente rectilínea de 1 amperio de intensidad y de 1 metro de longitud, orientada perpendicularmente al campo, se ve sometida a una fuerza de 1 N.
Primer punto de los contenidos del Bloque-III de Física de 2º de Bachillerato: Interacción electromagnética.
Los primeros fenómenos magnéticos de los que se tienen noticias están relacionados con el mineral de hierro encontrado cerca de la antigua ciudad griega de Magnesia. Se había observado que los fragmentos de este mineral, que recibe el nombre de magnetita, atraían pequeños trozos de hierro.
Los chinos, en el año 121 de nuestra era, sabían que una varilla de hierro puesta cerca de un imán natural adquiría las mismas propiedades que éste y que, si se colgaba un imán de un hilo, se orientaba en la dirección norte sur.
El primer estudio sistemático de los fenómenos eléctricos y magnéticos fue realizado en la segunda mitad del siglo XVI, por el médico inglés William Gilbert. Gilbert diferenció los dos tipos de fenómenos y fue el primer científico, que consideró a la Tierra como un gran imán.
Los imanes atraen el hierro, siendo más pronunciado el efecto en determinadas zonas del imán llamadas polos.
En un imán se distinguen dos polos magnéticos, que designamos arbitrariamente como norte y sur, y que presentan la propiedad de repelerse si son de la misma polaridad y de atraerse si son de polaridad distinta.
Este hecho, unido a que la fuerza entre los polos es inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que los separa, llevó a pensar que los fenómenos magnéticos eran análogos a los eléctricos y estaban originados por una propiedad de la materia llamada polo magnético.
Una dificultad que se aprecia en esta teoría surge al comprobar que los polos magnéticos no se encuentran nunca separados como sucede con la carga eléctrica. En el estudio del magnetismo, esta dificultad se puede salvar si describimos las acciones magnéticas utilizando el concepto físico de campo. Un imán crea, en los puntos de su alrededor, un campo magnético que se pone de manifiesto al colocar en ellos otro imán o un cuerpo de material magnético.
Una forma de hacer “visible” este campo se obtiene cuando colocamos sobre un imán una hoja de papel y esparcimos limaduras de hierro sobre ella. En estas condiciones observamos que las limaduras se distribuyen sobre esta superficie de forma que nos proporcionan una idea de la geometría de las líneas del campo magnético.
Las líneas del campo magnético son líneas cerradas. Por convenio se admite que las líneas de campo salen del polo norte y entran por el polo sur del imán.
Hasta finales de 1819 no se demostró ninguna relación entre los fenómenos eléctricos y magnéticos. La primera experiencia que puso de manifiesto la interrelación entre estos dos tipos de fenómenos fue debida al científico danés Hans Christian Oersted (1777-1851).
Oersted situó una brújula en las proximidades de un hilo conductor por el que hizo circular una corriente eléctrica continua. Observó que, cuando por el hilo pasa corriente, la aguja se orienta perpendicularmente al hilo. Por el contrario, cuando cesa el paso de la corriente, la aguja vuelve a su posición inicial. Si se invierte el sentido de la corriente, la aguja varía el sentido Norte – Sur.
El trabajo de Oersted demostró que el movimiento de las cargas eléctricas produce efectos magnéticos.
Experimentalmente se observa otra serie de fenómenos que refuerza la afirmación de que las cargas eléctricas en movimiento producen los mismos efectos que los imanes.
Podemos concluir: una carga eléctrica produce un campo eléctrico y, si la carga está en movimiento , produce además un campo magnético. La interrelación entre el campo eléctrico y el campo magnético da lugar al electromagnetismo.
Al igual que hicimos con las fuerzas gravitatorias y las fuerzas eléctricas, las fuerzas magnéticas también las describiremos usando el concepto de campo. Empezaremos este tema estudiando cómo las cargas eléctricas y las corrientes responden a los campos magnéticos; terminaremos estudiando cómo las cargas en movimiento producen campos magnéticos.
