Campo magnético

UNIVERSIDAD NACIONAL EXPERIMENTAL
"FRANCISCO DE MIRANDA"
COMPLEJO ACADÉMICO "EL SABINO"
AREA DE TECNOLOGIA
U.C: ELECTROTECNIA









CAMPO MAGNETICO









INTEGRANTES:

FREITES, LEONARDO. C.I: 21155177
FRENELLIN, FERNANDO. C.I:20796359
FEBRERO, 2013
Introducción
En el siguiente informe se presenta contenido referido al campo magnético, origen, aplicación y ciertas leyes que rigen a este fenómeno físico de manera que el estudiantado amplíe los conocimientos propios de la física eléctrica, materia que forma parte del andamiaje mental para los estudiante de ingeniería.

El origen del campo magnético en general no está bien definido aún; lo que se sabe es que se observo que había atracción entre varios tipos de piedra naturales, en un pueblo de magnesia de allí su nombre magneto.
Si bien algunos materiales magnéticos han sido conocidos desde la antigüedad, como por ejemplo el poder de atracción que sobre el hierro ejerce la magnetita, no fue sino hasta el siglo XIX cuando la relación entre la electricidad y el magnetismo quedó plasmada, pasando ambos campos de ser diferenciados a formar el cuerpo de lo que se conoce como electromagnetismo.

El campo magnético es producido por una corriente eléctrica; cuando la corriente eléctrica esta fluyendo se produce un campo magnético pero cuando ésta deja de fluir desaparece el campo; al dos campos interactuar se produce un movimiento en el objeto ya que estos despegan fuerzas que producen el mismo.
Al igual que las líneas del campo eléctrico poseen la misma dirección que la fuerza eléctrica sobre la carga positiva y las del campo magnético son perpendiculares a la fuerza magnética sobre una carga móvil.













Campo magnético: es el efecto sobre una región del espacio, generado por una corriente eléctrica o un imán, en la que una carga eléctrica puntual de valor (q), que se desplaza a una velocidad (v), experimenta los efectos de una fuerza que es perpendicular y proporcional tanto a la velocidad (v) como al campo (B). Así, dicha carga percibirá una fuerza descrita con la siguiente ecuación.

F: Fuerza magnetica
V: Velocidad
B: Campo magnetico
q: Carga electrica puntual
La existencia de un campo magnético se pone de relieve gracias a la propiedad de orientar un magnetómetro (laminilla de acero imantado que puede girar libremente). La aguja de una brújula, que evidencia la existencia del campo magnético terrestre, puede ser considerada un magnetómetro.
Como se origina el campo magnetico
Un campo magnético tiene dos fuentes que lo originan. Una de ellas es una corriente eléctrica de conducción, que da lugar a un campo magnético estático. Por otro lado una corriente de desplazamiento origina un campo magnético variante en el tiempo, incluso aunque aquella sea estacionaria.
La relación entre el campo magnético y una corriente eléctrica está dada por la ley de Ampère. El caso más general, que incluye a la corriente de desplazamiento, lo da la ley de Ampère-Maxwell.
Corriente eléctrica: Es el flujo de carga por unidad de tiempo que recorre un material. Se debe al movimiento de los electrones en el interior del material.
Corriente de desplazamiento: es una cantidad que esta relacionada con un campo eléctrico que cambia o varía en el tiempo








Leyes que rigen el campo magnetico

Dichas leye vienen de las llamadas ecuaciones de Maxwell las cuales son:
Ley de Gauss para la electricidad Esta es la primera de las cuatro ecuaciones de Maxwell, propuesta originalmente por el matemático alemán Carl Friedrich Gauss, es el equivalente a la ley de Coulomb en situaciones estáticas. Ella relaciona los campos eléctricos y sus fuentes, las cargas eléctricas y puede ser aplicada tanto sobre campos eléctricos variables como el tiempo.
Formula:


Ley de Gauss para el Magnetismo: Esta ley es equivalente a la primera, pero aplicable a los campos magnéticos y evidenciado aún la no existencia de mono-polos magnéticos (no existe polo sur o polo norte aislado). De acuerdo con esta ley, las líneas de campo magnético son continuas, al contrario de las líneas de fuerza de un campo eléctrico que se originan en cargas eléctricas positivas y terminan en cargas eléctricas negativas.
Formula:


Ley de Ampere: La ley de Ampere describe la relación entre un campo magnético y la corriente eléctrica que lo origina. El establece que un campo magnético es siempre producido por una corriente eléctrica o por un campo eléctrico variable. Esa segunda manera de obtenerse un campo magnético fue prevista por el propio Maxwell, con base en la simetría de la naturaleza; Si un campo magnético variable induce una corriente eléctrica y consecuentemente un campo eléctrico, entonces un campo eléctrico variable debe inducir un campo magnético.
Formula:



Ley de Faraday: La cuarta de las ecuaciones de Maxwell describe las características del campo eléctrico originando un flujo magnético variable. Los campos magnéticos originados son variables en el tiempo, generando así, campos eléctricos del tipo rotacionales. Hasta el final del siglo XIX, se creía que con estas ecuaciones no había más nada para ser descubierto en la física. Sin embargo, en 1900, Max Planck dio inicio a la llamada Física Cuántica, con sus postulados sobre la radiación del cuerpo negro.

En 1905, Albert Einstein revoluciona de una vez por todos los conocimientos de la ciencia, lanzando la Teoría de la Relatividad y el Efecto Fotoeléctrico, abriendo camino para el mayor desarrollo científico de la historia. Las ecuaciones de Maxwell son consideradas el marco final de lo que llamamos Mecánica Clásica. Maxwell fue el primer físico a encontrar a través de cálculos matemáticos la velocidad de las ondas electromagnéticas, todo gracias a sus famosas ecuaciones.
Formula:






Aplicación de campo magnetico
Han sido tan amplias y útiles a la humanidad que limitaremos a unas cuantas de ellas.
El campo magnético produce un movimiento circular uniforme.

Como el B es constante, la fuerza magnética es también constante y obligara a la particular a describir un movimiento circular uniforme. Cuando la fuerza magnética es constante, la velocidad en la partícula será constante.
Cuando la velocidad es constante:

Lo que hace que la particular se mueva con movimiento circular es que la FM = Fe.

Fuerza de lorentz

La fuerza de Lorentz aparece siempre en las cargas en movimiento que se desplazan dentro de un campo magnético.

Su expresión es:

Como antes, la X indica que entre v y B hay un producto vectorial que causa que la fuerza de Lorentz sea siempre perpendicular al plano formado por los vectores v y B.
Al ser esta fuerza perpendicular a v, que determina el sentido del movimiento, a la carga q no se le está agregando energía que pueda hacer aumentar su velocidad, sino que se está haciendo cambiar de dirección su movimiento.
Ajustándonos a la definició n de campo eléctrico como la fuerza que actúa sobre la unidad de carga tanto debida a la fuerza electrostática (Coulomb) como a la correspondiente al movimiento de las carga a través de un campo magnético (Lorentz), el Campo Elé ctrico total E, en un punto del espacio a una distancia d de una carga q en movimiento a travé s de un campo magnetico B será:

Se utiliza para encontrar la fuerza que actúa sobre una partícula en función de E y B.
FL = FE + FM
FL = qE + qv x B
FL = q (E + v x B)

Selector de velocidades

Antes de iniciar el selector de velocidades es necesario comprender lo que es una cámara de burbujas, la cual consiste en una cámara de hidrógeno o líquido y que se utiliza para detectar la presencia de un campo eléctrico ionizante. La cámara de burbujas tiene un B entrante y saliente y se utiliza para detectar el campo eléctrico (E).

El selector de velocidades es una región en la que existe un campo eléctrico y un campo magnético perpendiculares entre sí y a la dirección de la velocidad del ión. En esta región los iones de una determinada velocidad no se desvían.


El campo eléctrico ejerce una fuerza en la dirección del campo. El módulo de dicha fuerza es Fe = q · E

El campo magnético ejerce una fuerza cuya dirección y sentido vienen dados por el producto vectorial F m = q · v ´ B, cuyo módulo es Fm =q·v x B1.
El ión no se desvía si ambas fuerzas son iguales y de sentido contrario. Por tanto, atravesarán el selector de velocidades sin desviarse, aquellos iones cuya velocidad sea igual al cociente entre la intensidad del campo eléctrico y del campo magnético.

Region Semicircular

A continuación, los iones pasan a la región donde el campo magnético hace que describan trayectorias semicirculares hasta que alcanzan la placa superior en la que quedan depositados.
En esta región, el ión experimenta una fuerza debida al campo magnético, cuya dirección y sentido viene dada por el producto vectorial Fm = q · v x B , y cuyo módulo es Fm =q·vB2 .
Aplicando la ecuación de la dinámica del movimiento circular uniforme, hallamos el radio de la trayectoria circular.

El espectron de masas
El espectrómetro de Bainbridge es un dispositivo que separa iones que tienen la misma velocidad. Después de atravesar las rendijas, los iones pasan por un selector de velocidades, una región en la que existen un campo eléctrico y otro magnético cruzado.
Los iones que pasan el selector sin desviarse, entran en una región donde el campo magnético les obliga a describir una trayectoria circular. El radio de la órbita es proporcional a la masa, por lo que iones de distinta masa impactan en lugares diferentes de la placa.

El objetivo del programa consiste en contar el número de isótopos de un elemento y hallar sus masas en unidades u.m.a. Para ello, se deberá seleccionar cuidadosamente la magnitud del campo eléctrico y del campo magnético, y medir sobre la escala graduada los diámetros de sus trayectorias semicirculares.
Antes de iniciar el selector de velocidades es necesario comprender lo que es una cámara de burbujas, la cual consiste en una cámara de hidrógeno o líquido y que se utiliza para detectar la presencia de un campo eléctrico ionizante. La cámara de burbujas tiene un B entrante y saliente y se utiliza para detectar el campo eléctrico (E).

Selector de velocidad en una fuente de radiación y de una protección de plomo con una fisura por donde salen partículas a diferentes velocidades y pasan a una cámara la cual esta sometida a un campo magnético (E). Aquellas partículas que cumplan que la Fm = Fe, saldrán de dicha cámara, sino lo cumplen irán a chocar a la parte positiva o negativa de la caja del selector de velocidades.
Si la velocidad ya es seleccionada estas son sometidas a aceleradores de partículas los cuales serán detectados en cámara de burbujas mediante círculos que dependerán de la velocidad (mayor radio) B de la cámara de burbujas, que sea entrante o saliente y además de la masa de la partícula según la relación.








Conclusión
Al finalizar este informe se espera que la información del contenido prestado haya ido de utilidad al estudiantado, el campo magnético es un fenómeno físico importante que se origina por el paso de corriente eléctrica o un imán. Dicho fenómeno ha sido objeto de estudio para grandes físicos con el pasar de los años, y estos a su vez, han contribuido significativamente con el estudio del magnetismo. Cabe destacar que la relación entre la electricidad y el magnetismo es muy estrecha ya que el movimiento de electrones produce un campo magnético, que es una de las fuerzas fundamentales de la naturaleza.