GUÍA Nº 8 CAMPOS MAGNÉTICOS 1.- Introducción En física, el magnetismo es un fenómeno por el que los materiales ejercen fuerzas de atracción o repulsión a otros materiales. Hay algunos materiales conocidos que han presentado propiedades magnéticas detectables fácilmente como el níquel, hierro y sus aleaciones que comúnmente se llaman (imanes). Sin embargo todos los materiales son influenciados, de mayor o menor forma, por la presencia de un campo magnético. También el magnetismo tiene otras manifestaciones en física, particularmente como uno de los dos componentes de la onda electromagnética, como por ejemplo la luz. Cada electrón es, por su naturaleza, un pequeño imán (Momento dipolar magnético electrónico). Ordinariamente, innumerables electrones de un material son orientados aleatoriamente en diferentes direcciones, sin dejar efecto promedio, pero en un imán todos se orientan en la misma dirección produciendo un efecto promedio cuantificable Momento dipolar magnético electrónico Si por un circuito C circula una corriente I, se define el momento dipolar magnético como: En el caso que el circuito es plano se tendrá que: Donde S es el área de la superficie plana cuyo borde es C. Campo magnético creado por un dipolo Se define el potencial magnético dipolar generado por este circuito como: y el campo magnético dipolar será: Asignatura: Física Electromagnetismo Área Ciencias Básicas Responsables: Patricio Pacheco H./Jacqueline Alea P. Fecha actualización: Otoño 2009 Ley de Amperes Una corriente eléctrica produce un campo magnético, siguiendo la Ley de Ampère. Si el medio es el vacío Campo Magnético producido por un Solenoide Un solenoide de radio a y largo L, por el que circula la corriente I : Asignatura: Física Electromagnetismo Área Ciencias Básicas Responsables: Patricio Pacheco H./Jacqueline Alea P. Fecha actualización: Otoño 2009 El campo magnético axial, según el eje Z; es dado por: BZ = µ 0 n I donde : N n= L 2.- Aprendizajes Esperados a) De acuerdo al programa de estudios 2.1.- Criterios de Evaluación a) Caracterizar el campo magnético de diferentes configuraciones de imanes permanentes. b) Estudiar la naturaleza del campo magnético 3.-Materiales a) Imanes permanentes b) Brújula c) Cartulina d) Limaduras de hierro. 4.- Actividades 4.1.- Procedimiento A través del empleo de instrumentos de medición eléctrica tales Voltímetro, Amperímetro y equipos como fuente de poder el estudiante caracteriza el campo magnético de diferentes disposiciones de imanes permanentes junto con las variables de interés con sus respectivas unidades. 4.1.1. Experiencia 1: Caracterizar el campo magnético a.- Coloque el imán en algún lugar de la sala. Asignatura: Física Electromagnetismo Área Ciencias Básicas Responsables: Patricio Pacheco H./Jacqueline Alea P. Fecha actualización: Otoño 2009 b) Coloque una brújula en diferentes posiciones de la sala y observe hacia donde se orienta. c) Coloque una brújula cerca del imán, encuentre y defina los polos del imán. d) Coloque un imán de barra bajo el marco de cartulina y esparza limaduras de hierro sobre éste. Realice un dibujo de lo observado. e) Repita el procedimiento con dos imanes para diferentes configuraciones. 4.1.2. Experiencia 2: Estudiar las fuentes del Campo Magnético Construya el esquema de la figura: BOBINA FUENTE DE PODER D.C BRUJULA AMPETRIMETRO a) Coloque un papel con limaduras de hierro en las proximidades de la bobina y explique sus observaciones Asignatura: Física Electromagnetismo Área Ciencias Básicas Responsables: Patricio Pacheco H./Jacqueline Alea P. Fecha actualización: Otoño 2009 b) Varíe gradualmente el potencial de la fuente de poder registrando su valor y el de la corriente eléctrica. ¿Qué ocurre con la brújula? Calcule el campo magnético, para cada valor de corriente eléctrica, usando la ecuación µ B = µ0 N I es la permeatividad magnética del vacío, N es el número de vueltas y I donde 0 es la corriente eléctrica. c) Analice las unidades de campo magnético. 4.1.3 experiencia 3: Conducción de Campo Magnético por núcleo de Hierro BARRA A BOBINA NÚCLEO B FUENTE DE a) Mantenga la barra A separada b) Aproxímela lentamente hasta que perciba que es atraída por el Núcleo B. Explique sus observaciones. 4.2.- Cálculo y Resultados a) Explique sus observaciones. 4.3.- Investigación Previa al Experimento: Campo Magnético Los estudios desarrollados por William Gilbert mostraron que el campo magnético de un imán, era permanente, existían dos puntos de él donde el campo magnético era más intenso (polos del imán) y una brújula se orientaba siempre en una posición definida a lo largo de una línea que enlazaba los polos del imán. Asignatura: Física Electromagnetismo Área Ciencias Básicas Responsables: Patricio Pacheco H./Jacqueline Alea P. Fecha actualización: Otoño 2009 También concluyó que cualquier campo magnético tiene dos polos y por analogía con lo que ocurre con la tierra los llamó polo Norte y polo Sur del imán. - Explicar la teoría clásica del magnetismo, diferenciar los materiales ferromagnéticos, diamagnéticos y paramagnéticos. Explicar los fenómenos magnéticos que no puede explicar la teoría clásica del magnetismo. Explicar lo más importante de la teoría cuántica del magnetismo de los materiales. Entregarle a los alumnos los órdenes de magnitud de los campos magnéticos de uso industrial; motores, generadores, resonancia magnética, etc. 5.- Bibliografía 1. R. Serway, Vol. II , Física, Editorial Mc Graw – Hill, 2005 2. Tipler,.Fisica, Editorial McGraw - Hill, 1999 3. Sears y Zemansky, Fisica General, Editorial Aguilar S.A. , España, 1980 Asignatura: Física Electromagnetismo Área Ciencias Básicas Responsables: Patricio Pacheco H./Jacqueline Alea P. Fecha actualización: Otoño 2009