Campo magnético

Electromagnetismo. Experimento de Oersted. Regla de la mano izquierda derecha

  • Enviado por: Francisco Allendes
  • Idioma: castellano
  • País: España España
  • 6 páginas
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2.- Índice

1.- Portada..................................................................................................... pág.1

2.- Índice........................................................................................................ pág2

3.- Fuerza Magnética Ejercida sobre una Carga........................................... pág.3

4.- Experimento de Oersted.......................................................................... pág.4

5.- Trayectoria de una Partícula en el Campo Magnético........................... pág.4

6.- Intensidad del Campo Magnético............................................................ pág.5

7.- Prueba de 15 Preguntas........................................................................... pág.8

8.- Bibliografía........................................................................................... pág.10

1-Fuerza Magnética Ejercida sobre una Carga Eléctrica.

Una pregunta importante es la de si los Campos Magnéticos ejercen fuerza sobre las cargas eléctricas. La experiencia indica que si colocamos una carga eléctrica en reposo en una campo magnético, no se ejerce ninguna fuerza sobre la carga.

Igualmente, si una carga se mueve en dirección paralela al campo magnético, o sea según una línea de fuerza, tampoco se ejerce una fuerza sobre la carga. Esta es otra manera de determinar la dirección del campo magnético en un lugar.

Campo magnético
Sin embargo, si lanzamos una carga eléctrica en dirección perpendicular al campo magnético, observamos que describe un movimiento circular. El sentido en que la carga recorre la circunferencia depende de que la carga sea positiva o negativa. Para determinar el sentido del movimiento, aplicamos la siguiente regla: Si colocamos la mano derecha con el pulgar extendido y apuntando en la dirección del campo, y luego cerramos la mano, el sentido en el que se arrollan los demás dedos coincide con la dirección en que se mueven las cargas negativas y con la contraria al movimiento de las cargas de las positivas.

Cuando se lanza una carga en dirección oblicua a un campo magnético, se observa que la carga describe una trayectoria en espiral. Esto se debe a que el movimiento paralelo al campo magnético no es afectado por éste, mientras que el movimiento perpendicular al campo es circular. La composición de ambos movimientos da lugar a una trayectoria en espiral.

El análisis de las diversas trayectorias de una partícula cargada moviéndose en un campo magnético indica que la fuerza magnética sobre una carga eléctrica es perpendicular a la velocidad de la carga y perpendicular al campo magnético.

Por tanto, deducimos que la carga magnética sobre una carga magnética es perpendicular al plano determinado por la velocidad de la carga y dirección del campo magnético. La dirección de la fuerza magnética se determina por la regle de la mano derecha (ver figura), si se disponen los dedos de la mano derecha como se ilustra, de modo que el dedo mayor indique la dirección de la velocidad y el pulgar señale la dirección del campo magnético, la fuerza magnética tiene la dirección del índice si la carga es positiva, y contraria si la carga es negativa.

F = Q·V·B·sen

Donde:

F: fuerza magnética,

Q: carga puesta en el campo,

V: rapidez de la carga,

B: intensidad del campo,

: ángulo que forman V y B.

2. - Experimento de Oersted

En 1820, mientras trabajaba en su laboratorio, Oersted montó un circuito eléctrico, y colocó cerca una aguja magnética. Al no haber corriente en el circuito (circuito abierto), la aguja magnética se orientaba en la dirección norte-sur, como ya sabemos. En el montaje, una de las ramas del circuito (un conductor AB) debe colocarse en forma paralela a la aguja, es decir, también se debe orientar en la dirección N-S.

Al establecer una corriente en el circuito, Oersted observó que la aguja magnética se desviaba, tendiendo a orientarse en dirección perpendicular al conductor AB. Al interrumpir el paso de la corriente, la aguja volvía a su posición inicial. Estas observaciones realizadas por Oersted demostraron que una corriente eléctrica podía actuar como si fuese un imán, originando desviaciones en una aguja magnética. Así se observó por primera vez que existe una relación estrecha entre la electricidad y el magnetismo: una corriente eléctrica es capaz de producir efectos magnéticos.

3.-Trayectoria de una partícula en un campo magnético

La desviación de una aguja magnética bajo la acción de un campo originado por una corriente, según el experimento de Oersted, pone de manifiesto la existencia de una fuerza magnética que el campo aplica sobre la aguja.

Si existe una fuerza hacia alguna dirección, según la tercera ley de Newton, debe existir una segunda fuerza equivalente y de sentido contrario, que actúe sobre el conductor o sobre las cargas en movimiento. Esto se da realmente, ya que si colocamos una barra conductora en un imán en forma de “u”, observaremos que se mueve saliendo o entrando en el imán, hacia el lado de la corriente que este dispuesto. Al experimentar en esta forma nos damos cuenta que el sentido de la corriente, el campo y el movimiento son perpendiculares entre sí. Esto permite señalar varias reglas para determinar con precisión uno de éstos sentidos cuando se conocen los otros dos.

3.1.-Regla de la mano izquierda:

Consiste en colocar perpendicularmente entre sí los tres primeros dedos de la mano izquierda, de modo que el índice señale el sentido del campo, el medio indique el sentido de la corriente y, entonces, el pulgar señala el sentido del movimiento del conductor o de la desviación que experimentan las cargas.

3.2.-Regla de la mano derecha:

Consiste en extender la mano derecha, de modo que el pulgar quede perpendicular a los restantes dedos (en un solo plano). Entonces, si el pulgar indica el sentido de la corriente y de los demás dedos, el sentido del campo, el sentido del movimiento o de la fuerza aplicada sobre el conductor o sobre las cargas será perpendicular a la palma de la mano, alejándose de ésta.

4.-Intensidad del Campo Magnético

Si lanzamos diversas partículas cargadas a un campo magnético, este ejercerá sobre ellas cierta fuerza magnética. Esta fuerza magnética es perpendicular al plano que forman los vectores velocidad y campo magnético. De esto, podremos comprobar que la fuerza magnética sobre una partícula es proporcional a su carga, a su velocidad, y al seno del ángulo que forma el vector campo magnético con la velocidad de la partícula, es decir que mientras más rápido se mueva una partícula cargada, mayor será la fuerza magnética ejercida sobre ella.

Todos estos efectos se han podido comprobar con tubos de rayos catódicos, parecidos a los que se usan en los televisores. En estos tubos, que son hechos al vacío, los electrones son producidos mediante el efecto termoiónico en un filamento caliente (cátodo) y aceleradas hacia una placa (ánodo) a potencial eléctrico más elevado; los electrones pueden atravesar esta placa porque es hueca en el medio. Pasado el ánodo, los electrones ya acelerados golpean a gran velocidad contra una pantalla fluorescente, donde producen una mancha en el punto de incidencia.

Campo magnético

Campo magnético
Si acercamos un imán al tubo, observamos una desviación de la mancha luminosa en la pantalla. Esta desviación va a depender de la orientación del imán respecto a la trayectoria inicial de los electrones, y también a la intensidad del campo. Variando la distancia del imán al tubo, de modo que varíe la intensidad del campo magnético, y modificando el voltaje aplicado entre el cátodo y el ánodo, de modo que varíe la velocidad de la carga, se puede analizar como afectan estos dos factores a la fuerza que actúa sobre la carga.

Luego, se designa como B la intensidad del campo magnético, y vemos que si lanzamos una partícula en dirección perpendicular a un campo magnético, podemos establecer la relación entre las magnitudes F, v y B:

F = qvBsen

Newton = Coulomb X m/s X tesla

Campo magnético
Ahora, cuando un campo magnético es perpendicular al plano del papel y está dirigido hacia fuera, se representa por puntos (figura a) y cuando está dirigido hacia dentro se representa por cruces (figura b).

La relación anterior nos permite determinar el campo magnético si conocemos la fuerza, la velocidad y la carga. La unidad de medida del campo magnético en el SI es el Tesla (T). Deducimos entonces de las unidades de las otras magnitudes que la intensidad de un campo magnético va a ser de 1 Tesla si una carga de 1 Coulomb que se mueve perpendicularmente al campo magnético con una velocidad de 1 m/s experimenta una fuerza de 1 Newton. Ahora, si aislamos el valor B de la ecuación, nos queda:

B= ____F_____

qvsen

Esta expresión se reduce si el ángulo es de 90 grados, y no se puede definir si el ángulo es de 0 grados.

Otra unidad empleada algunas veces para medir el campo magnético es el gauss. Su relación con el tesla es

1 tesla = 10 gauss

En la figura vemos un tubo de rayos catódicos

La figura nos muestra los vectores involucrados en el campo magnético.

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