FUNDAMENTOS FÍSICOS DE LA INFORMÁTICA
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FUNDAMENTOS FÍSICOS DE LA INFORMÁTICA GRADO I. I. Tecnologías Informáticas. Tema 3 . Magnetostática. Prof. Norge Cruz Hernández. Tema 3 . Magnetostática . (6 horas). 3 .1 Introducción. 3 .2 Fenómenos magnéticos. El campo magnético.

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FUNDAMENTOS FÍSICOS DE LA INFORMÁTICA GRADO I. I. Tecnologías Informáticas

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Fundamentos f sicos de la inform tica grado i i tecnolog as inform ticas

FUNDAMENTOS FÍSICOS DE LA INFORMÁTICA

GRADO I. I.

Tecnologías Informáticas

Tema 3. Magnetostática

Prof. Norge Cruz Hernández


Fundamentos f sicos de la inform tica grado i i tecnolog as inform ticas

Tema 3. Magnetostática. (6 horas)

3.1 Introducción

3.2 Fenómenos magnéticos. El campo magnético.

3.3 Fuerza magnética sobre una carga en movimiento. Movimiento de cargas en un campo magnético

3.4 Fuerza magnética sobre un elemento de corriente.

3.5 Acción del campo magnético sobre un circuito plano. Momento magnético de una espira.

3.6 Ley de Biot-Savart. Aplicaciones.


Fundamentos f sicos de la inform tica grado i i tecnolog as inform ticas

Tema 3. Magnetostática. (6 horas)

3.7 Fuerza entre corrientes paralelas. Definición del amperio.

3.8 Flujo magnético. Ley de Gauss para el magnetismo.

3.9 Ley de Ampere. Aplicaciones.

3.10 Teoría electrónica del magnetismo: dipolo magnético en la materia.

3.11 Paramagnetismo y Diamagnetismo. Magnetización y susceptibilidad magnética.

3.12 Ferromagnetismo. Histéresis magnética.


Fundamentos f sicos de la inform tica grado i i tecnolog as inform ticas

Bibliografía

Clases de teoría:

- Física Universitaria, Sears, Zemansky, Young, Freedman

ISBN: 970-26-0511-3, Ed. 9 y 11.

  • Clases de problemas:

  • - Boletín de problemas

  • -Problemas de Física General, I. E. Irodov

  • Problemas de Física General, V. Volkenshtein

  • Problemas de Física, S. Kósel

  • Problemas seleccionados de la Física Elemental, B. B. Bújovtsev, V. D. Krívchenkov, G. Ya. Miákishev, I. M. Saráeva.

  • Libros de consulta:

  • Resolución de problemas de física, V.M. Kirílov.


Fundamentos f sicos de la inform tica grado i i tecnolog as inform ticas

  • 3.2 Fenómenos magnéticos. El campo magnético.

  • Aurora boreal (tomada en Alaska). Ocurre cuando partículas cargadas provenientes del sol se dirigen hacia los polos de la tierra (al sur, aurora austral) y al chocar con la atmósfera emiten luz.


Fundamentos f sicos de la inform tica grado i i tecnolog as inform ticas

  • Los fenómenos magnéticos se observaron por primera vez hace unos 2500 años, en fragmentos de mineral de hierro magnetizado en la antigua ciudad de Magnesia (actual Manisa en Turquía). Estos fragmentos son los que conocemos como imanes permanentes.


Fundamentos f sicos de la inform tica grado i i tecnolog as inform ticas

  • Los imanes permanentes tienen la característica de tener dos “polos” y dependiendo de los que se encuentren cercanos, pueden atraerse o repelerse.


Fundamentos f sicos de la inform tica grado i i tecnolog as inform ticas

  • Podemos frotar una aguja con un imán hasta dejarla imantada, es decir, por un tiempo la aguja imantada se comportará como un imán.

  • Si permitimos que la aguja se mueva libremente, casi sin dificultad, entonces siempre apuntará la norte geográfico de nuestro planeta, “aproximadamente”.


Fundamentos f sicos de la inform tica grado i i tecnolog as inform ticas

  • Un objeto no imantado, pero que contiene hierro es atraído por cualquiera de los dos polos de un imán permanente.


Fundamentos f sicos de la inform tica grado i i tecnolog as inform ticas

  • ¿Cómo definir los polos N y S de un imán?

  • - Colocamos un imán (aguja imantada) que se pueda mover libremente, y el polo que apunte al norte geográfico, será el polo norte de de nuestro imán.

  • - Ello significa que el polo sur de la tierra se encuentra en el norte geográfico de la tierra.


Fundamentos f sicos de la inform tica grado i i tecnolog as inform ticas

  • no existen los monopolos magnéticos

  • La aguja de una brújula se desvía al acercarse a un conductor que conduce una corriente eléctrica.

  • Hans Cristian Oersted

  • 1819


Fundamentos f sicos de la inform tica grado i i tecnolog as inform ticas

  • campo magnético

  • campo magnético: es un campo vectorial, es decir, una magnitud vectorial definida en cada punto del espacio.

  • Definimos la dirección y sentido del vector en cada punto como la dirección y sentido que señala la brújula al colocarla en el campo.


Fundamentos f sicos de la inform tica grado i i tecnolog as inform ticas

  • Líneas del campo magnético: son líneas cuya tangente en cada punto tiene la misma dirección que el campo magnético en ese punto.

  • Las limaduras de hierro, como las brújulas tienden a alinearse con las líneas del campo magnético, lo que nos ayuda a visualizarlas.


Fundamentos f sicos de la inform tica grado i i tecnolog as inform ticas

  • 3.3 Fuerza magnética sobre una carga en movimiento. Movimiento de cargas en un campo magnético.

  • - ¿Qué origina un campo magnético?

  • - ¿Cómo interactúa una carga eléctrica en un campo magnético?

  • Cuando una carga se mueve siguiendo las líneas del campo magnético, no existe fuerza sobre la carga eléctrica.

  • Cuando una carga se mueve formando un ángulo con la dirección del campo, aparece una fuerza perpendicular al campo y a la velocidad.


Fundamentos f sicos de la inform tica grado i i tecnolog as inform ticas

  • La fuerza es máxima cuando la velocidad es perpendicular al campo magnético.

  • Si existe campo eléctrico:

  • fuerza de Lorentz


Fundamentos f sicos de la inform tica grado i i tecnolog as inform ticas

  • El campo magnético en el SI tiene la unidad tesla (T):

  • (en honor a Nikola Tesla 1857-1943)

  • También se utiliza la unidad gauss :

  • Intentamos medir el campo magnético por medio de un tubo de rayos catódicos.


Fundamentos f sicos de la inform tica grado i i tecnolog as inform ticas

  • movimiento de cargas en un campo magnético

  • El movimiento de una partícula cargada en un campo magnético no cambia la velocidad de la partícula.

  • Intentemos determinar el radio del círculo que hace la partícula al entrar en un campo magnético:

  • Calculamos la velocidad angular con la cual la partícula cargada gira en un campo magnético es:

  • frecuencia de ciclotrón


Fundamentos f sicos de la inform tica grado i i tecnolog as inform ticas

  • Movimiento de una partícula cargada con velocidad no perpendicular al campo magnético (uniformes y no uniformes).

  • trayectoria helicoidal

  • botella magnética

  • Las partículas próximas a los extremos intentarán ir al centro de las bobinas. Es una forma de contener gas ionizado con temperaturas del orden de 106 K.


Fundamentos f sicos de la inform tica grado i i tecnolog as inform ticas

  • Cinturones de radiación de Van Allen alrededor de la Tierra (1958)


Fundamentos f sicos de la inform tica grado i i tecnolog as inform ticas

  • Aurora boreal (tomada en Alaska). Ocurre cuando partículas cargadas provenientes del sol se dirigen hacia los polos de la tierra (al sur, aurora austral) y al chocar con la atmósfera emiten luz.


Fundamentos f sicos de la inform tica grado i i tecnolog as inform ticas

  • Aplicación al estudio de la física de partículas

  • Un rayo gamma entra en una cámara llena de hidrógeno líquido. Parte de la energía se emplea en arrancar un electrón, mientras que otra parte de la energía produce un electrón y un positrón de menor energía.


Fundamentos f sicos de la inform tica grado i i tecnolog as inform ticas

  • acelerador de partículas (ciclotrón)


Fundamentos f sicos de la inform tica grado i i tecnolog as inform ticas

  • selector de velocidad

  • Tenemos una fuente de partículas y queremos seleccionar solamente aquellas que tengan una determinada velocidad.

  • Solamente pasarán aquellas que cumplan:


Fundamentos f sicos de la inform tica grado i i tecnolog as inform ticas

  • Experimento de J. Thomson (1856-1940) para medir la relación e/m

  • pasarán aquellas que cumplan:


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  • espectrómetros de masa

  • Francis Aston (1877-1945) construyó la primera familia de los espectrómetros de masa.

  • Los iones positivos (suponiendo que han perdido un electrón) pasan al selector de velocidades.

  • Finalmente entran en una región con un campo magnético realizando un movimiento circular de radio:


Fundamentos f sicos de la inform tica grado i i tecnolog as inform ticas

  • 3.4 Fuerza magnética sobre un elemento de corriente.


Fundamentos f sicos de la inform tica grado i i tecnolog as inform ticas

  • altavoces


Fundamentos f sicos de la inform tica grado i i tecnolog as inform ticas

  • 3.5 Acción del campo magnético sobre un circuito plano. Momento magnético de una espira.


Fundamentos f sicos de la inform tica grado i i tecnolog as inform ticas

  • momento dipolar magnético

  • momento de torsión sobre una espira


Fundamentos f sicos de la inform tica grado i i tecnolog as inform ticas

  • una espira de forma irregular


Fundamentos f sicos de la inform tica grado i i tecnolog as inform ticas

  • un solenoide


Fundamentos f sicos de la inform tica grado i i tecnolog as inform ticas

  • dipolo magnético en un campo no uniforme

  • En un campo uniforme la fuerza neta sobre la espira es cero.

  • campo no uniforme


Fundamentos f sicos de la inform tica grado i i tecnolog as inform ticas

  • origen del campo magnético creado por un imán.

  • Los electrones que componen el entorno de los átomos de un elemento químico son como pequeñas espiras. Algunos elementos químicos se combinan varios electrones y podemos obtener un momento magnético neto en un determinado material (hierro).

  • movimiento desordenado de los átomos en un material


Fundamentos f sicos de la inform tica grado i i tecnolog as inform ticas

  • Colocaremos un material no magnetizado en un campo magnético y sucede …


Fundamentos f sicos de la inform tica grado i i tecnolog as inform ticas

  • origen de la atracción de los imanes a materiales con hierro

  • Primero los momentos magnéticos del hierro tienen a alinearse con el campo magnético creado por el imán.

  • En un segundo paso el campo magnético no uniforme atrae al momento magnético originado.


Fundamentos f sicos de la inform tica grado i i tecnolog as inform ticas

  • huellas del campo magnético

  • Las lavas de los volcanes está compuesta por algunos elementos que se pueden orientar frente a un campo magnético.

  • Alguna vez el campo magnético tuvo esa dirección y sentido….

  • Si existe campo magnético en la región …


Fundamentos f sicos de la inform tica grado i i tecnolog as inform ticas

  • motor de corriente continua


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