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Introducción al magnetismo

El fenómeno del magnetismo fue conocidopor los griegos desde el año 800 A.C. Ellosdescubrieron que ciertas piedras, ahorallamadas magnetita (Fe3O4), atraían piezasllamadas magnetita (Fe3O4), atraían piezasde hierro . La leyenda adjudica el nombre demagnetita a un fragmento de mineral dehierro magnetizado que fue encontrado en laantigua ciudad de Magnesia (hoy Manisa enel oeste de Turquía).

Ciudad de Magnesia


� Experimentos subsecuentesdemostraron que cualquier imán, sinimportar su forma, tiene dos polos,importar su forma, tiene dos polos,llamados polo norte y polo sur, loscuales presentan fuerzas que actúanentre sí de manera análoga a las cargaseléctricas . Es decir, polos iguales serepelen y polos diferentes se atraen .


Interacción de fuerzas entre imanes de barra


Líneas de campo magnético


� En 1600 William Gilbert extendió estosexperimentos a una variedad demateriales . Utilizando el hecho de quemateriales . Utilizando el hecho de queuna aguja magnética (brújula) se orientaen direcciones preferidas, sugiere quela misma Tierra es un gran imánpermanente .


En 1750, John Michell (1724 -1793) usó labalanza de torsión para demostrar que lospolos magnéticos ejercen fuerzas depolos magnéticos ejercen fuerzas deatracción y repulsión entre sí, y que estasfuerzas varían como el inverso delcuadrado de la distancia de separación .


�Aun cuando la fuerza entre dos polosmagnéticos es similar a la fuerza entre doscargas eléctricas, existe una importantediferencia .diferencia .�Las cargas eléctricas se pueden aislar (lo quese manifiesta en la existencia del protón y elelectrón), mientras que los polos magnéticos nose pueden separar. Esto es, los polosmagnéticos siempre están en pares. Todos losintentos por detectar un polo aislado hanfracasado . No importa cuántas veces se dividaun imán permanente, cada trozo siempre tendráun polo norte y un polo sur.

Imán y brújula

Al acercar una brújula a un imán esta seorienta de acuerdo al polo magnético alque se acerque.que se acerque.brújula


Hace cuatrocientos años William Gilbert,posteriormente médico de la reina Isabel Ide Inglaterra, publicó su gran estudio delmagnetismo, "De Magnete" ("Sobre elmagnetismo, "De Magnete" ("Sobre elMagneto"). Dando la primera explicaciónracional de la rara habilidad que tiene laaguja del imán de apuntar hacia el norte .http ://pwg .gsfc .nasa.gov/earthmag/Mdmagint.htm


1


La fuerza del campo magnético terrestre hadisminuido un 10 % en los últimos 160 años, muchomás rápido de lo que podría esperarse porevolución espontánea, debido en gran medida a sudebilitamiento en una región del Atlántico Surconocida como “anomalía sudatlántica” . Estedebilitamiento en una región del Atlántico Surconocida como “anomalía sudatlántica” . Estedebilitamiento del campo magnético aumenta lavulnerabilidad del planeta a las radiacionescósmicas y anuncia su posible desaparición dentrode 1 500 años, así como una nueva inversión de lospolos tal como ocurrió hace 780 000 años.http://www .tendencias21.net/La-fuerza-del-campo-magnetico-terrestre-ha-disminuido-un-10-en-los-ultimos-160-anos_a253.html


La relación entre el magnetismo y laelectricidad fue descubierta en 1819 cuando, enla demostración de una clase, el científicodanés Hans Oersted encontró que la corrientedanés Hans Oersted encontró que la corrienteeléctrica que circula por un alambre desvía laaguja de una brújula cercana. Poco tiempodespués, André Ampere (1775-1836) obtuvo lasleyes cuantitativas de la fuerza magnética entreconductores que llevan corrientes eléctricas.


�En 1820 Oersted preparó en su casa unademostración científica a sus amigos yestudiantes. Planeó demostrar el calentamientode un hilo por un corriente eléctrica y tambiénllevar a cabo demostraciones sobre elde un hilo por un corriente eléctrica y tambiénllevar a cabo demostraciones sobre elmagnetismo, para lo cual dispuso de una agujade compás montada sobre una base de madera.�Mientras llevaba a cabo su demostracióneléctrica, Oersted notó para su sorpresa quecada vez que se conectaba la corrienteeléctrica, se movía la aguja del compás.


�Experimento de Oersted .


�Regla de la mano derecha .


�Regla de lamano derechaSears.Sears.�Corrientesaliendo delplano .

http://wps.aw.com/aw_young_physics_11/0,8076,898593-,00.html


�Regla de lamano derechaSears.Sears.�Corrienteentrando alplano .

Regla de la mano derecha


�La regla de la mano derecha nos indicaque existe una relación funcional entre elcampo magnético producido y la corrienteeléctrica que fluye por un conductor .eléctrica que fluye por un conductor .

( )IfB =r

A la relación entre el magnetismo producidopor corrientes eléctricas se denomina:fenómeno electromagnético

Campo magnético.

Campo magnético

Un campo magnético es una región en elespacio, acotada, en donde en cada puntosin excepción aparece una fuerza de origenmagnético sobre un carga en movimiento, esmagnético sobre un carga en movimiento, esdecir, si por un punto dentro de un campomagnético hacemos pasar una carga q conuna cierta velocidad, esta modificará sudirección debido a la presencia de unafuerza de origen magnético .

Campo magnético

Experimentalmente se observa que que al variarla dirección de la velocidad o del campomagnético la carga se ve afectada por fuerzasdiferentes (en dirección y magnitud) . Además ladiferentes (en dirección y magnitud) . Además ladirección de la fuerza es siempre perpendiculara la dirección de la velocidad, lo que significaque el campo magnético tiene caráctervectorial, ya que si fuese de tipo escalar, lafuerza y la velocidad serían paralelas encualquier punto .

Campo magnético

Ahora bien si la fuerza magnética esproporcional al producto de dos magnitudesvectoriales dicho producto debe ser vectorial.vectoriales dicho producto debe ser vectorial.Lo anterior se puede resumir diciendo que:

BvqFm

rrr×=

Campo magnético

A la relación anterior se le denomina regla dela mano izquierda.

Campo magnético

La regla anterior esaplicable para cargaspositivas. Si la cargapositivas. Si la cargaes negativa se invetiráel signo de la fuerzamagnética.

Campo magnético

De la ecuación anterior se pueden obteneralgunas consideraciones:�a) La fuerza magnética es siempreperpendicular a la velocidad y al campoperpendicular a la velocidad y al campomagnético�b) La fuerza al depender de q, variará sudirección según la carga de que se trate, porlo tanto no debe olvidarse el signo de lacarga.

Campo magnético

Un experimentodonde se puedeobservar loobservar loanteriormenteplanteado serealiza con unosciloscopio yun imán .

Campo magnético

En la figura anterior se muestra laestructura básica de un osciloscopio,donde se observa que parte importante esdonde se observa que parte importante esel tubo de rayos catódicos o cinescopiodonde se muestra la forma de la señaleléctrica . Para esta figura se observa quese aplica una señal senoidal .

Campo magnético

En la siguientefigura se tiene unosciloscopio dellaboratorio delaboratorio deElectricidad yMagnetismomostrando unaseñal senoidal.

Campo magnético

En la figura delinciso a) seobserva que elhaz se detienehaz se detienepara hacerlocoincidir con en elorigen del sistemade referencia delosciloscopio .

Campo magnético

En la figura b) se observa que se acercaun imán de barra por su polo norte (colorrojo). Como el haz está constituido porcargas negativas, se observa undesplazamiento hacia abajo, coincidentecon la regla de la mano izquierda .

Campo magnético

la carga viajando de atráshacia delante , coincidentecon el eje de las “x” (dedomedio de la manoizquierda), el campoizquierda), el campomagnético saliendo del polonorte del imán (dedo índicede la mano izquierda), lafuerza de origen magnéticoactuando sobre la cargaperpendicularmente alplano formado por lavelocidad y el campo (dedopulgar de la manoizquierda) .

Campo magnético

Si la carga fuerapositiva seobservaría que elhaz de portadoreshaz de portadoresde carga sedesviaría haciaarriba, coincidente,también, con laregla de la manoizquierda.

Campo magnético

La magnitud de la fuerza magnética sepuede definir como :

α= qvBsenFm

Donde:

Alfa es al ángulo entre el vector velocidad y el vector campo magnético.

Campo magnético

De la ecuación anterior se puede despejaral campo magnético para conocer en queunidades se mideunidades se mide

=⋅=⋅=⋅

⋅=⋅

⋅⋅=×⋅α

= TTesla12m

sV2mC

sJ2mC

smN

m

m

s

mC

N

senvqmF

B

al producto normalmente se le conoce como Weber [Wb ], por lo que

sV ⋅

T2m

WbB ==

Fuerza magnética

� Cuando una partícula con carga se muevedentro de un campo magnético constante,actúa sobre ella una fuerza magnética queactúa sobre ella una fuerza magnética quele producirá una rapidez constante ya quesiempre formará un ángulo recto con lavelocidad de la partícula, de tal maneraque la partícula describirá una trayectoriacircular. Como se muestra en la siguientefigura.

Fuerza magnética

Fuerza sobre una partícula

Fuerza magnética

� En el Laboratoriose puede realizarun experimento enun experimento endonde se observacomo el haz deelectrones formanuna trayectoriacircular.

Fuerza magnética

� La aceleración centrípeta es R

v2

Y la única fuerza que actúaes la fuerzaY la única fuerza que actúaes la fuerzamagnética; por lotanto, de acuerdocon lasegunda leyde Newton

R

vmvBqF

2

==

Donde m es la masa de la partícula y R es el radio de la trayectoria circular .

Horno de microondas

� En un horno de microondas el magnetrónemite ondas electromagnéticas de unafrecuencia de 2450 [Hz] que genera unfrecuencia de 2450 [Hz] que genera uncampo magnético B=0.0877 [T] queproduce que las moléculas de agua seagiten rápidamente provocando unincremento de temperatura suficientepara calentar y cocinar alimentos.

Horno de microondas

http://www.kimico.info/microondas/microondas.htmhttp://www.gallawa.com/microtech/historia-microonda.html

Fuerza electromagnética

Si consideramos una carga móvil q en unaregión en la que existan un campoeléctrico y un campo magnéticosimultáneamente, la carga experimentarásimultáneamente, la carga experimentarádos fuerzas, una debido al campoeléctrico y otra debido al campomagnético .


Por esta razón es factible determinar lafuerza electromagnética, la cual será laresultante de las mencionadasresultante de las mencionadasanteriormente ; combinando lasecuaciones de fuerza de origen eléctrico yfuerza de origen magnético se obtiene :

meem FFFrrr

+=


O sea:

( )BvEqFem

rrrr×+= ( )BvEqFem ×+=

La ecuación anterior se conoce como fuerza de Lorentz.


� La expresión entre paréntesis nos indicaque las magnitudes debentener la mismas dimensiones ya que sesuman, por lo tanto

BvyErrr

×

BvErrr

×=suman, por lo tanto� Esta última expresión nos indica que

cuando una carga se mueve con unavelocidad dentro de un campo magnético,esta carga experimenta un efectoequivalente al producido por un campoeléctrico.

BvEr ×=

Aurora boreal o austral

IRM

� Formación de imágenes por resonancia magnética (IRM)

http://ingbiomedica.wordpress.com/2008/05/03/las-imagenes-por-resonancia-magnetica-su-sigla-en-ingles-es-mri/

Bibliografía.

Gabriel A. Jaramillo Morales, Alfonso A. Alvarado Castellanos.Alvarado Castellanos.Electricidad y magnetismo.Ed. Trillas. México 2003

Sears, Zemansky, Young, FreedmanFísica UniversitariaEd. PEARSON. México 2005

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