fisica trimestral

Dipolos magnéticos

Son fuentes comunes de campo magnético que tienen un polo sur y un polo norte.

¿De qué depende la magnetización de un material?

Depende del campo magnético aplicado y cada material responde de manera diferente a los campos magnéticos.

Materiales diamagnéticos

Son materiales en los que aparece una magnetización muy débil en sentido opuesto al campo magnético aplicado, por lo que son repelidos ligeramente por los imanes.

Ejemplos de materiales diamagnéticos

Hg, Ag y Pb.

Materiales paramagnéticos

Son materiales que, cuando se les aplica un campo magnético externo, presentan una magnetización muy débil en el mismo sentido del campo aplicado, que desaparece si se retira el campo magnético.

Ejemplos de materiales paramagnéticos

Al, Au y Mg.

Materiales ferromagnéticos

Son materiales metálicos que pueden presentar magnetización en ausencia de un campo externo y responden a los campos externos con una elevada imantación adicional en el mismo sentido del campo aplicado.

Ejemplos de materiales ferromagnéticos

Fe, Co y Ni.

¿Qué ocurre con los materiales ferromagnéticos cuando se calientan?

Se vuelven paramagnéticos.

Materiales ferrimagnéticos o ferritas

Son algunos materiales cerámicos y óxidos, como la magnetita, que presentan propiedades magnéticas similares a los metales ferromagnéticos, aunque tienen una conductividad eléctrica mucho menor.

Materiales superparamagnéticos

Son materiales ferromagnéticos que se encuentran en suspensión en una matriz dieléctrica y retienen características de los ferromagnéticos y otras de los paramagnéticos.

Monopolos magnéticos

Serían objetos magnéticos que actuarían como un polo norte aislado, sin estar unido a un polo sur, o viceversa.

¿Por qué no se pueden separar los polos de un imán?

Porque al partir un imán por la mitad, cada pieza restante se convierte en un imán más pequeño con polo norte y polo sur.

¿Qué es la carga magnética?

Es una carga análoga a la carga eléctrica que tendrían los monopolos magnéticos.

¿Se han observado monopolos magnéticos?

No, a pesar de las búsquedas sistemáticas realizadas desde 1931.

Materiales no magnéticos

Son materiales a los que no afectan en absoluto las líneas de campo magnético y no responden al magnetismo de ninguna manera.

Fuentes de magnetismo

Un campo magnético puede ser originado naturalmente por materiales magnéticos o artificialmente por una corriente eléctrica.

Electromagnetos o electroimanes

Son dispositivos cuyos campos magnéticos son producidos por corrientes eléctricas macroscópicas en cables o microscópicas asociadas con los electrones en órbitas atómicas.

Ley de la fuerza de Lorentz

Define el campo magnético B en función de la fuerza ejercida sobre las cargas móviles.

Solenoide

Es un alambre conductor devanado en forma de bobina helicoidal apretada con innumerables vueltas.

¿Qué produce una corriente eléctrica en un solenoide?

Produce un fuerte campo magnético dentro de la bobina.

Electroimán

Es un solenoide en cuyo interior se encuentra un núcleo de acero o hierro.

¿Por qué el campo magnético de un electroimán es más potente que el de un solenoide?

Porque el acero colocado en su interior se magnetiza y el campo magnético resultante se intensifica.

Toroide

Es una figura geométrica que se forma cuando un solenoide se acomoda de manera que queda doblado en forma de rosca.

Campo magnético

Es una región del espacio donde un imán o material magnético percibe la acción de una fuerza magnética de atracción o repulsión.

Líneas de campo magnético

Son trayectorias que sirven para representar el campo magnético.

¿En qué dirección se orientan las líneas de campo magnético de un dipolo?

Salen del polo norte e ingresan al polo sur.

¿Cómo se identifica el sentido de las líneas de campo magnético?

Se asume por convención que siguen la dirección en la que apunta el norte de una brújula.

¿Qué ocurre con las líneas de campo magnético dentro de un imán?

Continúan en su interior formando siempre lazos cerrados.

Diferencia entre las líneas de campo eléctrico y magnético

Las líneas de campo magnético no tienen puntos iniciales ni finales, sino que forman lazos cerrados.

Representación del campo magnético

Se representa matemáticamente como un campo vectorial o mediante líneas de campo.

Campo vectorial magnético

Es una representación mediante vectores dibujados en una cuadrícula, donde cada vector apunta en la dirección en la que lo haría una brújula y su magnitud depende de la fuerza magnética.

Representación mediante líneas de campo

Es una forma alternativa de representar la información contenida en un campo vectorial.

Primera propiedad de las líneas de campo magnético

Nunca se cruzan.

Segunda propiedad de las líneas de campo magnético

Se agrupan en regiones donde el campo es más intenso.

¿Qué indica la densidad de las líneas de campo magnético?

Indica la intensidad del campo magnético.

Tercera propiedad de las líneas de campo magnético

No comienzan ni terminan en ningún lugar, siempre forman curvas cerradas y continúan dentro del material magnético.

¿Cómo se indica la dirección de las líneas de campo magnético?

Se dibujan flechas sobre las líneas o se indican mediante las etiquetas norte y sur.

Convención de los polos magnéticos

Las líneas se dibujan desde el polo norte hacia el polo sur.

Casos de representación de líneas de campo magnético

Imán recto, polos iguales enfrentados, polos opuestos enfrentados, imán tipo herradura, solenoide y campo magnético terrestre.

Campo magnético uniforme

Es aquel que mantiene tanto su magnitud como su dirección constantes.

¿Cómo se pueden producir campos magnéticos uniformes?

Al enfrentar los polos opuestos de dos imanes si el área de sus caras es grande comparada con la separación entre ellas.

¿Cómo son las líneas de un campo magnético uniforme?

Son paralelas y mantienen la misma distancia entre ellas en toda el área.

¿Dónde más se puede encontrar un campo magnético uniforme?

Entre las caras planas opuestas de un imán en forma de herradura.

¿Qué ocurre con el campo magnético en los extremos de un imán de herradura?

Las líneas de campo se curvan.

¿Para qué se utilizan los campos magnéticos uniformes?

Para investigar la fuerza magnética ejercida sobre una partícula cargada o sobre una corriente eléctrica.

¿Cómo se representa un campo magnético uniforme saliendo del plano?

Mediante puntos.

¿Cómo se representa un campo magnético uniforme entrando al plano?

Mediante cruces.

¿Cómo se representa un campo magnético uniforme sobre el plano?

Mediante líneas paralelas.

Flujo magnético (Φ)

Es el producto escalar del vector intensidad del campo magnético por el área de la espira.

¿Quién introdujo la noción de flujo magnético?

Faraday.

Fórmula del flujo magnético

Φ = B · A · cos α

¿Qué representa B en la fórmula del flujo magnético?

Es la intensidad del campo magnético.

¿Qué representa A en la fórmula del flujo magnético?

Es el área de la espira.

¿Qué representa α en la fórmula del flujo magnético?

Es el ángulo que forma un vector normal a la superficie con el vector campo magnético B.

Unidad de medida del flujo magnético

Weber (Wb).

Equivalencia del weber

1 Wb = 1 T · m².

¿Cuándo es máximo el flujo magnético?

Cuando el campo magnético atraviesa el papel en forma perpendicular.

¿Cuándo es nulo el flujo magnético?

Cuando el campo magnético es paralelo a la superficie.

Ley de Biot y Savart

Fue formulada en 1820 por los físicos franceses Jean B. Biot y Félix Savart y establece la intensidad de los campos magnéticos generados por un conductor con corriente.

¿De qué es directamente proporcional la intensidad del campo magnético según Biot y Savart?

De la intensidad de la corriente.

¿De qué es inversamente proporcional la intensidad del campo magnético según Biot y Savart?

De la distancia entre el elemento y la corriente.

Campo magnético creado por un conductor rectilíneo

Las líneas de fuerza son circunferencias concéntricas y perpendiculares al conductor.

Fórmula del campo magnético de un conductor rectilíneo finito

B = (μ₀ · I / 4π · r) · (sen θ₁ + sen θ₂)

¿Qué representa μ₀?

Es la permeabilidad magnética del vacío.

Valor de la permeabilidad magnética del vacío

μ₀ = 4π · 10⁻⁷ T · m/A.

Campo magnético creado por N espiras

La intensidad del campo magnético en el centro está dada por B = (N · μ₀ · I) / 2r.

Ley de Faraday

Establece que para generar una corriente eléctrica en una bobina es necesario que exista un movimiento relativo entre la bobina y el imán.

Fuerza electromotriz inducida (ε)

Es la fuerza electromotriz generada por la variación del flujo magnético y se mide en voltios.

Fórmula de la ley de Faraday

ε = -N · (ΔΦ / Δt)

¿Qué representa N en la ley de Faraday?

Es el número de espiras de la bobina.

¿Qué representa ΔΦ en la ley de Faraday?

Es la variación del flujo magnético.

¿Qué representa Δt en la ley de Faraday?

Es el intervalo de tiempo.

Ley de Lenz

Establece que el sentido de la corriente inducida es tal que el campo magnético que produce se opone a la variación del flujo que la causa.

¿Por qué aparece el signo negativo en la ecuación de Faraday?

Porque la corriente inducida se opone a la variación del flujo magnético que la produce.

Campo magnético creado por un solenoide o bobina

Al enrollar un conductor con corriente en forma de espira en un núcleo de radio pequeño comparado con su longitud, se origina un campo magnético similar al de un imán de barra.

Fórmula del campo magnético de un solenoide

B = μ₀ · I · n

¿Cómo se calcula n en un solenoide?

n = N / L

¿Qué representa N en la fórmula del solenoide?

Es el número de espiras.

¿Qué representa L en la fórmula del solenoide?

Es la longitud del solenoide.

¿Qué representa I en la fórmula del solenoide?

Es la intensidad de corriente eléctrica.

Efecto eléctrico del campo magnético

Es la producción de corriente eléctrica a partir de un campo magnético variable.

¿Qué concluyó Faraday sobre la corriente eléctrica inducida?

La corriente eléctrica aparece en un circuito siempre que se produzca una variación en el campo magnético que atraviesa la superficie definida por dicho circuito.

¿De qué depende la intensidad de la corriente inducida?

Depende de la rapidez con que varía el campo magnético.

Fuerza magnética sobre una partícula cargada (Ley de Lorentz)

Cuando una carga eléctrica se encuentra en un campo magnético y se desplaza dentro de él, experimenta una fuerza magnética.

Fórmula de la fuerza magnética sobre una partícula cargada

F = q · v · B · sen α

¿Qué representa q en la fórmula de la fuerza magnética?

Es la carga eléctrica de la partícula.

¿Qué representa v en la fórmula de la fuerza magnética?

Es la velocidad de la partícula.

¿Qué representa B en la fórmula de la fuerza magnética?

Es la intensidad del campo magnético.

¿Qué representa α en la fórmula de la fuerza magnética?

Es el ángulo entre los vectores de velocidad y campo magnético.

Dirección de la fuerza magnética

Es siempre perpendicular al plano que forman los vectores de velocidad (v) y campo magnético (B).

¿Cómo se determina la dirección de la fuerza magnética?

Mediante la regla de la mano derecha.

¿Qué ocurre con la fuerza magnética si la carga es negativa?

Se invierte el sentido de la fuerza.