PROBLEMAS DE UN CONDUCTOR POR EL QUE

 CIRCULA UNA CORRIENTE

Un conductor por el que circula una corriente esta rodeado de un campo magnético. Si el conductor se introduce perpendicularmente a un campo magnético recibirá una fuerza lateral cuyo valor se determina con la siguiente expresión matemática:

F= ILB

F= fuerza magnética que recibe el conductor, en Newton (N)

I= intensidad de la corriente eléctrica que circula por el conductor se mide en Amperes (A)

L= longitud del conductor sumergido en el campo magnético, se expresa en metros (m)

B= inducción magnética medido en Teslas (T)

De la misma manera que sucede  para una carga móvil, si el conductor por el que circula una corriente forma un ángulo (θ) con el campo magnético, la fuerza que recibe se determina con la expresión:

F= ILB SEN θ

 A continuación les daré un EJEMPLO para la comprensión del tema:

1.- Un solenoide tiene una longitud de 10 cm y esta devanado con 200 vueltas de alambre sobre un núcleo de hierro cuya permeabilidad relativa es de 1.2x10 a la 4  .calcular la inducción magnética en el centro del solenoide, cuando por el alambre circula una corriente de 8 mA.

 

2.- Un alambre forma un ángulo de 30° respecto a un campo B de 0.2 T, cuyo valor es de 0.2 T. Suponiendo que la longitud del alambre sea 8 cm y que pase a través de el una corriente de 4 A, determina la magnitud y la dirección de la fuerza resultante sobre el alambre.

Para la práctica de este tema algunos EJERCICIOS con la respuesta y poder verificar los resultados:

1.- Por un alambre recto circula una corriente de 8 mili amperes, se introduce entre los polos de un imán de herradura y quedan sumergidos 4 cm en forma perpendicular al campo de 0.20 T de inducción magnética. Calcular la fuerza que recibe el alambre.

2.- Calcular la intensidad de la corriente que circula por un alambre recto que recibe una fuerza de 8x10 a la -4  Newtons al ser introducido perpendicularmente a un campo magnético de 0.2 Teslas si se sumergen 5 cm del alambre.

3.- Un alambre recto por el cual circula una corriente de 2 Ampere, se introduce a un campo cuya inducción magnética es de 0.8 Teslas y forma un ángulo de 45° con las líneas de flujo del mismo. Calcular la longitud del alambre que queda sumergido en el campo si la fuerza recibida es de 8 x 10 a la -3 Newton.

Tomado de:

“Física conceptos y aplicaciones”, séptima edición, Paul E. Tippens, editorial Mc Graw Hill. Capitulo 29 “Magnetismo y campo magnético”.

http://issuu.com/ernestoyanezrivera/docs/75-fuerza-sobre-un-conductor-por-el-que-circula-un/3

Fuerza y Momento de Torsión en una Espira.

Momento de Torsión es el trabajo que hace un dispositivo -en este caso de una espira- gire cierto angulo en su propio eje, oponiendo este una resistencia al cambio de posición.

Lectores, analizaremos una espira rectangular que conduce una corriente I en un campo magnético uniforme en dirección perpendicular al plano de la espira, como muestra la figura de a continuación: 

*La fuerza sobre el lado, en este caso es nula.

*la fuerza sobre el lado b, es:

F1 = F2 = IbB

El momento o el torque sobre la espira es: 

τ=  F1 B + F2 B  ; brazo: b

 = IbB (a/2) + IbB (a/2)

 = Iab B

 = IAB ; A =ab

El producto  IA se denomina Momento Dipolar Magnetico o Momento Magnetico de la espira y se representa mediante la siguiente formula: 

                                                                    <!--[if !vml]--><!--[endif]-->

Las unidades para el momento magnetico dipolar en el SI son ampere-metro 2. Utilizando esta definicion se puede expresar el momento de torsion como:

                                      τ  = BIA cos α

Donde

τ = momento de torsión

B= induccion magnética

I= corriente que pasa por el alambre

A= area que abarca la espiraα  = angulo de inclinacion de la espira respecto respecto a las lineas del campo magnetico

EJEMPLOS:

 Un conductor por el que circula una corriente suspendido en un campo magnetico experimentará una fuerza magnetica dada por:

 F= BIL sen 0 (teta) = BI  L

donde  I se refiere a la corriente perpendicular al campo B y L es la longitud del conductor.  La direccion de la fuerza se determina por medio de la regla del tornillo de rosca derecha:

La fuerza ejercida sobre un conductor por el que circula corriente tiene una direccion perpendicular al campo magnetico, la cual esta dada por la regla del tornillo de rosca derecha.

Ahora examinemos las fuerzas que actuan sobre una espira rectangular por la que influye una corriente  y que se encuentra suspendida en un campo magnetico, como se muestra en la figura . La longitud de los lados son a y b, y la corriente I circula por la espira como ahi se indica. los lados mm y op de la espira tienen la longitud a perpendicular a la direccion magnetica B. Por tanto, sobre los lados actuan fuerzas de igual magnitud y de sentido opuesto.

F= Bla

La fuerza se dirige hacia arriba para el segmento  mn y hacia abajo para el segmento op.

Fuerzas magneticas sobre una espira por la que circula una corriente.

Calculo del momento de torsion sobre una espira que circula una corriente.

Con un razonamiento similar se demuestra que en los otros lados tambien actuan fuerzas iguales y opuestas, las cuales tienes la magnitud de:

  F = BIb sen a 

Donde a es el angulo que los lados np y mo forman con el campo magnetico.

   Es evidente que la espira se encuentra en equilibrio de traslacion, puesto que la fuerza resultante sobre ella tiene un valor de cero. Sin embargo, las fuerzas no concurrentes sobre los lados de longitud a producen un momento de torsion que tiende  a hacer girar la bobina en el sentido de las manecillas del reloj. como se observa en la figura anterior, cada fuerza produce un momento de torsion igual a:

 T = Bla b/2 cos a

Em virtud de que el momento de torsion es igual al doble de este valor, el momento de torsion resultante puede determinarse a partir de:

T = Bl (a x b) cos a

Puesto que a x b es el area A de la espira.

Observe que el momento de torsion es maximo cuando  a = 0°, esto es , cuando el plano de la espira es paralelo al campo magnetico. Cuando la bobina gira alrededor de su eje, el angulo a crece, con lo que se reduce el efecto rotacional de las fuerzas magneticas. Cuando el plano de la espira es perpendicular al campo, el angulo a = 90° y el momento de torsion resultante es igual a cero. 

 Si la espira se reemplaza con una bobina devanada en forma muy compacta, con N espiras de alambre, la ecuacion general para calcular el momento  de torsion resultante :

 T  = NIBA cos a

Esta ecuacion se aplica a cualquier circuito completo de area A y su uso no se restringe a espiras rectangulares. Cualquien espira plana obedece a la misma plana.

fuente: Fisica, conceptos y aplicaciones, Septima Edicion, Paul E. Tippens, Mc Graw Hill.
http://es.scribd.com/doc/52616550/43/Fuerza-y-momento-de-torsion-en-una-espira-de
sites.google.com/.../3-2-4-fuerza-y-momento-de-torsion-de-un-camp.

PROBLEMAS SOBRE UNA CARGA EN MOVIMIENTO 

Investigaremos los efectos de un campo magnético observando la fuerza magnética ejercida sobre una carga que pasa a través del campo. Para poder estudiar estos efectos, es útil imaginar un tubo de iones positivos como el siguiente:

Dicho tubo nos permite inyectar un ion positivo de carga y velocidad constantes en un campo de densidad de flujo magnético (B). Orientando el tubo en varias direcciones, podemos observar la fuerza ejercida sobre la carga en movimiento. Dicha carga experimenta una fuerza que es perpendicular tanto a la densidad de flujo magnético , como la velocidad (v) de la carga en movimiento .

Observe que cuando el flujo magnético se dirige de izquierda a derecha y la carga se mueve hacia donde está el lector, la carga se desvía hacia arriba . Si se invierte la polaridad de los imanes, se provoca que la carga se desvíe hacia abajo. 

La dirección de la fuerza magnética (F) sobre una carga positiva en movimiento con una velocidad en un campo de densidad de flujo, puede considerarse mediante la regla del tornillo de rosca derecha.

Ahora, les explicaré como resolver problemas sobre una carga en movimiento. Lo desglosaré de tal manera que pueda ser comprendido con mayor eficacia. 

"Un electrón se proyecta de izquierda a derecha en un campo magnético dirigido verticalmente hacia abajo. La velocidad del electrón es de 2 x 10 ⁶ m/s, y la densidad de flujo magnético del campo es de 0.3 T. Determine la magnitud y la dirección de la fuerza magnética ejercida sobre el electrón. "

PLAN: La carga del electrón es 1.6 x 10 ¯ ¹⁹ C, la magnitud de la fuerza sobre el electrón se calcula con la siguiente formula: F = qvB sen Θ. Y la dirección se determina al aplicar la regla de la mano izquierda. Se usa la mano izquierda porque la carga de un electrón es negativa.  

SOLUCIÓN: El electrón se mueve en una dirección perpendicular a B.Por tanto, sen Θ = 1; resolvemos para la fuerza en la siguiente forma:

F = qvB sen 90° 

F = (1.6 x 10¯ ¹⁹ C)(2 x 10 ⁶ m/s)(0.3 T) (1)

F = 9.60 x 10   N 

NOTA: La aplicación de la mano izquierda de un electrón muestra que la dirección de la fuerza es hacia afuera de la página, o hacia el lector. (Para una carga positiva como un protón o una partícula alfa, sería hacia adentro de la página.) 

..A continuación les dejo 2 problemas para que ustedes los resuelvan, traen consigo su respectiva respuesta para que comparen  resultados.

Un protón (q=1.6 x 10¯ ¹⁹ C) se inyecta de derecha a izquierda un campo B de 0.4 T dirigido hacia la parte superior de una hoja de papel. Si la velocidad del protón es de 2 x 10 ⁶ m/s, ¿Cuáles son la magnitud y el sentido de la fuerza magnética sobre el protón?

Resp: 1.28 x 10 ¯ ¹³ N, hacia la hoja.

Un electrón se mueve a una velocidad de 5 x 10 ⁵ m/s formando un ángulo de 60° al norte de un campo B dirigido al este. El electrón experimenta una fuerza de 3.2 x 10 ¯ ¹⁸ N dirigido hacia adentro de la página, ¿Cuáles son la magnitud de B y la dirección de la velocidad?

Resp: 46.2 µT, v es 60° S del E.

~ Libro de Tippens, capítulo 29. Séptima edición.

" Fuerza sobre una carga en movimiento". 

Problemas sobre Magnetismo

A continuación se muestran 3 ejemplos de problemas de magnetismo que ya están resueltos. En la parte de abajo podrán encontrar problemas para practicar con sus respectivas respuestas.

EJEMPLOS:

1.- Una espira rectangular tiene un área de 420cm2  , y el plano de una espira forma un ángulo de 58° con un campo magnético de 0.37 T. ¿Cuál es el flujo magnético que penetra la espira?

2.- Un campo horizontal constante de 0.75 T atraviesa una espira rectangular de 170 cm de largo y 100 cm de ancho. Determine cual será el flujo magnético que atraviesa la espira cuando su plano formen los siguientes ángulos con el campo B: 0°, 30°, 60° y 90°.

3.- Un campo magnético de 85uWb pasó a través de una espira perpendicular de alambre cuya área es de 0.63m2. ¿Cuál es la densidad del flujo magnético? 

EJERCICIOS:

1.- Una espira rectangular tiene un área de 325cm2, y el plano de una espira forma un ángulo de 31.5° con un campo magnético de 0.15 T. ¿Cuál es el flujo magnético que penetra la espira?

R= 2.547x10-3mW

2.- Un campo horizontal constante de 0.38 T atraviesa una espira rectangular de 80 cm de largo y 65 cm de ancho. Determine cual será el flujo magnético que atraviesa la espira cuando su plano formen los siguientes ángulos con el campo B: 0°, 30°, 60° y 90°.

R= Sin 0= F=0 (cero)

Sin 30= 9.88mWb

Sin 60= 0.1711Wb

Sin 90= 0.1976Wb

Basados en:

Física Conceptos y aplicaciones. Séptima edición

Autor: Paul E. Tippens. Capítulo 29 "Magnetismo y campo magnético"

HISTÉRESIS

Saludos queridos lectores, esta ocasión, la aprovecho para compartir una excelente información.

Para poder entender este tema tenemos que saber de su importancia, el estudio de la histéresis tiene gran importancia en los materiales magnéticos ya que produce perdidas en los núcleos de los electroimanes cuando se someten a campos magnéticos alternos. El calor así generado reduce el rendimiento de los dispositivos con circuitos magnéticos como transformadores, motores, generadores, etc.

Pero ¿Qué es en general la histéresis?

En general, la histéresis es el fenómeno de inercia por el cual un material ofrece resistencia a un cambio, tiene una tendencia a conservar sus propiedades. Haciendo que el proceso de variación sea distinto en un sentido que en el contrario.

La curva de histéresis muestra la curva de magnetización de un material. Sea cual sea el material específico, la forma tiene características similares.

Hay diferentes tipos de histéresis son los siguientes:

Histéresis magnética

Cuando un material ferromagnético se coloca en un campo magnético, se imanta. Pero estas sustancias al ser retirado el campo magnético, no se desmagnetizan por completo, es decir mantienen un magnetismo remanente. Esta propiedad, característica de las sustancias ferromagnéticas, se denomina "histéresis magnética".
Es decir es el fenómeno que permite el almacenamiento de información en los imanes de los discos duros o flexibles de los ordenadores: el campo induce una magnetización en el pequeño imán, que se codifica como un 0 o un 1. Esta codificación permanece en ausencia de campo, y puede ser leída posteriormente, pero también puede ser invertida aplicando un campo en sentido contrario.

Histéresis en transición de espín

En magnetoquímica, encontramos histéresis en compuestos con equilibrio de espín cuyo paso entre alto espín y bajo espín se produzca con cooperatividad (esto es, que el estado de un complejo influya en el estado de nuestros vecinos).

Histéresis de transición de fase

En química, podemos encontrar compuestos cuyo cambio de fase no se produzca a la misma temperatura en ambos sentidos. Los geles de agar, por ejemplo, se licuan a cierta temperatura, y no vuelve a gelificar hasta a la no baja de otra temperatura, que puede ser 10 o 20 grados Celsius inferior. A temperaturas intermedias entre la temperatura de licuefacción y la de gelificación, el estado dependerá de su historia térmica.

Histéresis en el potencial químico del agua en los suelos

El potencial químico del agua en el suelo, a iguales contenidos de humedad, dependerá del sentido en que se siga la curva (de absorción o desorción respectivamente). Para un potencial mátrico dado, la cantidad de agua retenida por un suelo es mayor cuando el suelo se encuentra en proceso de desecación que cuando se encuentra en humedecimiento.

http://www.slideshare.net/mantenim/presentacion-histeresis

http://es.wikipedia.org/wiki/Hist%C3%A9resis

http://www.fullmecanica.com/h/histeresis-magnetica

CAMPO MAGNÉTICO CREADO POR UN CONDUCTOR RECTILÍNEO

 

      Anteriormente mencionada la regla de la mano derecha nos permite determinar como se comporta  un campo magnético alrededor de un conductor recto por el que circula cargas eléctricas; sabemos que las líneas que presentan dicho campo son círculo concéntrico y que a medida que nos alejamos del conductor el valor de B disminuye.

El valor de B  se toma de la ley de ANDRE MARIE AMPÉRE lo ya antes mencionado.

B=µI/ 2π r

 donde :

B= campo magnético en un punto determinado.

µ=permeabilidad del medio que rodea al conductor, en Tm/A. esta es una constante que su valor es : 4Πx10-7Tm/A. (permeabilidad de vació)

I= intensidad de la corriente que circula por el conductor, en ampére (A).

d o r= distancia perpendicular entre el conductor y el punto considerado, en metros (m).

Una corriente rectilínea crea a su alrededor un campo magnético cuya intensidad se incrementa al aumentar la intensidad de la corriente eléctrica y disminuye al aumentar la distancia con respecto al conductor. Esto dice que entre mas lejos el campo magnético disminuye.

Cabe recordar que esto se menciono  en el tema  experimento de oersted quien descubrió que entre el magnetismo y las cargas de la corriente eléctrica que fluye por un conductor existía una estrecha relación. Cuando eso ocurre, las cargas eléctricas o electrones que se encuentran en movimiento en esos momentos, originan la aparición de un campo magnético tal a su alrededor, que puede desviar la aguja de una brújula.

Para estudiar este tema se puede hacer un pequeño experimento  como es el campo magnético producido por un conductor recto en el cual circula una corriente eléctrica se procede de la siguiente manera: se atraviesa el conductor rectilíneo, con un cartón horizontal rígido. En el momento en que circula la corriente por el conductor, se espolvorea al cartón con limaduras de hierro y se observa que estas forman circunferencias concéntricas con el alambre. La regla de Ampére nos señala el sentido de las líneas de fuerza, pero también podemos aplicar la regla de la mano derecha.

Ejercicio:

Determina el valor de la intensidad del campo magnético a una distancia de 15 cm de un conductor recto muy largo por el que fluye una corriente de 25 A.

B=µI/ 2π r

B= (4Πx10-7Tm/A)(25A)/2Π(0.15m)         B= 3.33X10-5T   

le recomiendo este vídeo que explica muy bien

Visto en:

 http://www.youtube.com/watch?v=wq3_qgussik

http://www.youtube.com/watch?v=ghl1gjbpqpo

Tomado de:

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

 libro de física 2 compañía editorial nueva imagen José Antonio castillo p.

expresion de Lorentz

Ley de Lorentz

Según se ve en el tema de Electrostática en el vacío, la fuerza eléctrica sobre una carga puntual en reposo viene dada por

F= q (E)(r)

Sin embargo, si dicha carga se encuentra en movimiento, la experiencia muestra que se ve sometida a una fuerza adicional. Esta fuerza, que llamaremos fuerza magnética, verifica que es:

·         Proporcional a la carga

·         Proporcional al módulo de su velocidad

·         Perpendicular a la velocidad

Con estas condiciones, la fuerza magnética debe ser de la forma

Fm= qv * B(r)

siendo un nuevo campo, conocido como campo magnético. La fuerza total sobre una carga puntual es entonces

F= q(E(r) + v * B (r)

Esta expresión, que es válida en general, tanto para situaciones estáticas como dinámicas, se denomina Fuerza de Lorentz.