1 v B B F lI Universidad Nacional de Salta Física 2

Universidad Nacional de Salta
Facultad de Ciencias Exactas
Física 2 - 2007
Primer cuatrimestre
Trabajo Práctico N° 7
Temas: Fuerza ejercida por un campo magnético. Movimiento de cargas en el interior
de un campo magnético. Campo magnético creado por corrientes: Ley de Biot y
Savart y Ley de Ampère.
1.- El campo magnético B en cierta región es de 2T y su sentido coincide con el positivo
del eje x de la figura 1. Calcule el flujo magnético que atraviesa las superficies abcd, becf y
aefd.
z
v0
40cm
Fig. 1
a
b
30cm
c
x
f
d
Fig. 2
e
B
A
50cm
x
10cm
y
2.- Una partícula de masa 0,5 gr tiene una carga de 2,5 . 10-8C y se le comunica una
velocidad horizontal inicial de 6 . 10 4 m/s. Calcular el valor y la dirección del campo
magnético mínimo capaz de mantener la partícula moviéndose horizontalmente.
3.- Un electrón en el punto A de la figura 2 tiene una velocidad v0 de 107 m/s. Hallar: a) el
valor y sentido del campo magnético que obligaría al electrón a describir la trayectoria
semicircular comprendida entre a y B; b) el tiempo invertido en dicho recorrido.
4.- Un protón de los rayos cósmicos entra con una velocidad de 107 m.s-1 en el campo
magnético de la Tierra, en dirección perpendicular al mismo. Estimar la fuerza que se
ejerce sobre el protón.
5.- Un haz de protones (q = 1,6.10-19 C) se desplaza a 3.105 m/s a través de un campo
magnético uniforme con una magnitud de 2 T, dirigido a lo largo del eje de las z positivo
(fig.3) La velocidad de cada protón yace en el plano xz formando un ángulo de 30º respecto
al eje de las +z. hallar la fuerza que se ejerce sobre un protón.
Fig. 3
y
Fig. 4
y
B
+q
z
B
30º
θ
x
F
v
x
Il
z
1
6.- Un segmento de cable de 3 mm de longitud transporta una corriente de 3 A en la
dirección x. Se encuentra en el interior de un campo magnético de magnitud 0,02 T en el
plano xy formando un ángulo de 30º con el eje xy, como indica la figura 4. ¿Cuál es la
fuerza magnética ejercida sobre el segmento de cable?
7.- Una bobina circular, constituida por 40 espiras de conductor, tiene un diámetro de 32
cm y una sección despreciable. Hallar la intensidad de corriente que debe circular por ella
para que el campo magnético en su centro sea de 3.10-4 T.
8.- Calcular el campo magnético en el centro del núcleo de aire del interior de un solenoide
rectilíneo de gran longitud, constituido por 9 espiras de conductor por centímetro recorridas
por una corriente de 6 A.
9.- Dos conductores fijos, rectilíneos y paralelos, de gran longitud, D y G, se colocan
verticalmente y distan 8 cm entre sí. Por el conductor D circula una corriente de 30 A de
intensidad y por el G otra de 20 A, ambas hacia arriba. Un tercer conductor, de gran
longitud, C, se sitúa verticalmente entre aquellos a 3 cm del D y 5 cm del G, y por el cual
circulan 10 A de intensidad hacia abajo. Hallar la fuerza aplicada sobre el conductor C en
25 cm de longitud. (fig.5)
y
D
b
G
C
Fig. 6
Fig. 5
4cm
a
3cm
x
30A
10A
3cm
20A
z
5cm
10.- Una varilla horizontal de 20 cm de longitud está montada sobre una balanza y
transporta una corriente. En la proximidad de la varilla hay un campo magnético uniforme
y horizontal de 0,05 T perpendicular a ella. La fuerza sobre la varilla, medida en la balanza,
es de 0,24 N. Cuál es la intensidad de la corriente? Suponga que ahora el campo sigue
siendo horizontal pero forma un ángulo de 30º con la varilla y que la fuerza es la misma,
¿qué corriente circula?
11.- El segmento conductor de la figura 6 transporta una corriente de 1,8 A de a hacia b y
se encuentra en el interior de una campo magnético igual a 1,2 T en la dirección k.
Determinar la fuerza total que actúa sobre el conductor y demostrar que es la misma que
actuaría si se tratara de una segmento recto de a hacia b.
12.- Un haz de partículas con velocidades variables penetra en una región donde existe un
campo eléctrico y otro magnético de magnitud 0,4 T, siendo las direcciones de v, B y E
perpendiculares entre sí. Hallar el campo eléctrico necesario para que todas las partículas
con una velocidad de 2.105 m/s no experimenten desviación alguna a su paso por aquella
región.
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13.- Un conductor cilíndrico de radio R transporta una corriente I. La corriente se distribuye
uniformemente en toda el área de sección transversal del conductor. Hallar el campo
magnético, en función de la distancia r al eje del conductor, de puntos situados tanto
adentro (r< R) como afuera (r > R) del conductor.
14.- Aplique la Ley de Ampère para hallar el campo cerca de, o en el centro de un
solenoide que tiene n espiras por unidad de longitud y conduce una corriente I.
15.- Hallar el campo magnético en todos los puntos de un toroide devanado con N espiras
de alambre que transportan una corriente I.
16.- Investigue el funcionamiento del tubo de rayos catódicos utilizado por J.J. Thomson.
Encuentre las ecuaciones de velocidad y desviación de las partículas.
17.- Los electrones pasan sin desviarse a través de las placas del aparato de Thomson
cuando el campo eléctrico es de 3000 V/m y existe un campo magnético cruzado de 1,40 G.
Si las placas tienen 4 cm de longitud y el extremo de las placas dista 30 cm de la pantalla,
determinar la desviación sobre la pantalla cuando se interrumpe el campo magnético.
18.- Un ciclotrón tiene piezas polares con un diámetro de 2,1 m y un radio de extracción de
0,92 m. El campo magnético máximo es 1,5 T y la máxima frecuencia alcanzable por el
potencial acelerador oscilante es 15.104 Hz. Calcular la energía de los protones y de las
partículas alfa que se producen, y la frecuencia ciclotrónica de las mismas.
19.- Se coloca una placa de cobre de 2 mm de espesor y 1,5 cm de ancho en un campo
magnético uniforme cuya magnitud es de 0,4 T. (Fig. 7) Cuando fluye una corriente de 75
A en la dirección + x, una medición cuidadosa del potencial en la parte inferior de la placa
indica que es 0,81 µV más grande que en la parte superior. Con base en esta medición,
hallar la concentración de electrones móviles en el cobre. (Efecto Hall).
z
y
Fig. 7
b
Jx
+
+
Fig. 8
By
N
Fz
-q
+
+
Ee
+
x
12
S
10
a
20.- Hallar el momento del par de fuerzas necesario para mantener una bobina vertical de
forma rectangular, de 12 cm de alto por 10 de ancho, constituida por 40 espiras, cuando se
sitúa en un campo magnético de 0,25 T y es recorrida por una corriente de 2 A de
intensidad. El plano de la bobina es paralelo a la dirección del campo. (Fig. 8)
21.- Una espira circular de radio 2 cm posee 10 vueltas de alambre y transporta una
corriente de 3 A. El eje de la espira forma un ángulo de 30º con un campo magnético de
8000 G. Determinar el momento que actúa sobre la espira.
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