E

L

E

C

T

R

I

C

I

D

n u e d n ó i c c A o Acción de un c i t é n g a M e t n C a m p ouMagnético Campo e i r r o C n a Corriente s o b r e una sobre

A

D

E

L

E

C

T

R

I

C

I

D

A

Una partícula cargada que se mueve en presencia de un campo magnético, suele verse sometida a una fuerza llamada fuerza de Lorentz. Esta fuerza viene dada por la siguiente expresión:

Como se observa, la fuerza depende además del campo magnético, de la carga eléctrica, de la velocidad de ésta y de la dirección relativa del campo respecto a la velocidad de la carga. Podemos comprobar que una partícula inicialmente en reposo no experimenta fuerza magnética. Sin embargo, si está en movimiento, se ve sometida a una fuerza desviadora que es perpendicular a la velocidad y al campo magnético. Por tanto, al igual que una corriente eléctrica es capaz de desviar la aguja imantada de una brújula, como comprobó Oersted, en la experiencia realizada con sus alumnos en 1820, un imán es capaz de desviar a un conductor por el que circule una corriente eléctrica. Los fenómenos eléctricos y magnéticos que hasta el siglo XIX habían sido tratados de forma independiente, quedan ligados Hendrik Antoon Lorentz (1853 - 1928) como dos aspectos de una Físico y matemático holandés. misma interacción: la interacción electromagnética, fundamento de los grandes avances tecnológicos de los últimos tiempos.

D

MÁLAGA

Acción de un Campo Magnético sobre una Corriente

TA I S I V A S DE L

ANTE

¿Cómo se llama la expresión matemática que representa la fuerza magnética sobre una partícula cargada en movimiento? Escríbela

Con esta expresión matemática contesta las siguientes preguntas: ¿Cuál sería la fuerza si la carga se hace doble? ¿y si la partícula fuera un neutrón? ¿y si reducimos el campo a la mitad? ¿y si la partícula se mueve de forma paralela al campo? ¿y si lo hace de forma perpendicular? Un electrón en movimiento en presencia de un campo eléctrico y otro magnético ¿a qué fuerzas estará sometido?

Compara la fuerza magnética que actúa sobre una partícula cargada en movimiento, con la fuerza eléctrica que existe entre cargas eléctricas y la fuerza gravitatoria entre masas.

Si en un campo magnético, en vez de una sola carga, tenemos un conductor por el que circula una corriente, ¿qué le ocurrirá al conductor?

1

E

L

E

C

T

R

I

C

I

D

A

D

TA I S I V A EL T N A R DU Observa el módulo y dibuja un esquema sencillo del mismo.

¿Qué dirección relativa tiene el campo magnético y el conductor por el que circulará la corriente?

Pulsa el botón haciendo pasar la corriente por el conductor, primero en un sentido y luego en el otro, ¿qué ocurre? Anótalo.

2

MÁLAGA

Acción de un Campo Magnético sobre una Corriente

TA I S I V A EL D S É U DESP Repasa lo que observaste y anotaste durante la visita. Al hacer pasar la corriente por el conductor ¿por qué se movió?

En el esquema que dibujaste, representa mediante vectores la dirección y sentido del campo y de la corriente, así como la dirección y sentido en el que se movió el conductor. Explícalo.

Según la disposición relativa del campo y del conductor en el módulo, ¿cómo es la fuerza a la que se haya sometido éste?

En las siguientes figuras aparecen regiones donde hay un campo magnético entrante (representado como ) y un campo magnético saliente (representado como ).Si una partícula cargada (por ejemplo un electrón) se moviera perpendicularmente en cada una de estas zonas en la dirección indicada, representa la fuerza que actuaría sobre ella:

3

E

L

E

C

T

R

I

C

I

D

A

D

Un campo magnético puede desviar un haz de electrones pero no puede efectuar trabajo sobre ellos para cambiar su rapidez, ¿por qué?

Dos partículas cargadas son lanzadas a un campo magnético que es perpendicular a sus velocidades. Si se desvían en direcciones opuestas, ¿qué indica esto?

Si tenemos dos conductores por los que circula corriente, ¿ejercerán alguna fuerza entre sí? ¿cómo será ésta?

¿Cómo influye el campo magnético terrestre sobre los rayos cósmicos que llegan a nuestro planeta?

¿De qué forma sencilla podemos demostrar que la Tierra es un gran imán?

¿Qué es el cinturón de Van Allen?

¿Por qué los astronautas se mantienen a altitudes menores que las del cinturón de Van Allen cuando hacen paseos espaciales?

¿Cómo funcionan los tubos de rayos catódicos de los televisores?

¿Qué es el efecto Hall?

¿Cómo detecta un galvanómetro la corriente eléctrica?

4

MÁLAGA

Acción de un Campo Magnético sobre una Corriente

ES D A D I S CURIO

Existen gran cantidad de aparatos tecnológicos basados en la fuerza que ejerce un campo magnético sobre una corriente. Entre otros están el espectrómetro de masas, el ciclotrón y los aparatos de resonancia magnética nuclear (RMN). El espectrómetro de masas fue diseñado por Francis William Aston en 1919 y sirve para determinar la masa de moléculas. De forma esquemática, consta de una fuente de iones los cuales son acelerados por un campo eléctrico, y entran en un campo magnético uniforme. Si los iones parten del reposo y se mueven a través de una diferencia de potencial +V, cuando entren en el campo magnético (de intensidad B), su energía cinética será igual a la pérdida de energía potencial (por conservación de la energía). Dentro del campo magnético, describirán una trayectoria semicircular de radio r, de modo que la relación masa /carga del ión vendrá dada por la expresión:

m/q= B2 • r2 / 2+V El primer ciclotrón de protones de 1 MeV fue construido por Lawrence y Livingstone en Berkeley. Este aparato permite la aceleración múltiple de los iones hasta alcanzar elevadas velocidades sin el empleo de altos voltajes. Estas partículas de alta energía se utilizan para bombardear núcleos atómicos produciendo así reacciones nucleares empleadas con diferentes fines (tecnológicos, médicos,…) La RMN utilizada en medicina se basa en el comportamiento de los núcleos de hidrógeno como minúsculos imanes, los cuales pueden tener dos orientaciones posibles. Al aplicar un intenso campo magnético se produce una diferencia de energía entre las dos orientaciones y pueden provocarse transiciones entre ellas, irradiando la muestra con ondas de radio. Cuando la energía asociada a la radiofrecuencia de irradiación coincide con la de transición entre dos niveles, se produce una absorción cuya frecuencia depende del “ambiente químico” donde esté el protón. Tras analizar estas señales, se observan densidades variables de átomos de hidrógeno en el organismo, y sus interacciones con los tejidos vecinos.

5

www.principia-malaga.com

tlf 952 070 481 · fax 952 103 849

Avda. DE LUIS BUÑUEL, 6 · 29011 · MÁLAGA