Física Módulo 1

Física Módulo 1

1. Magnetismo

   • Una corriente eléctrica produce un campo magnético
     • • Las líneas de campo salen del polo norte y llegan al polo sur.
       • Los imanes al ser cortados, los polos son redistibuidos, es decir que si se parte a la mitad un imán, las dos partes van a tener nuevamente un polo norte y un polo sur.
       • La dirección de la fuerza de un campo magnético en una corriente que pasa a través de un alambre será perpendicular para el campo magnético y la corriente.
         • Segunda regla de la mano derecha
           • • Nuestro brazo apunta hacia la dirección de la corriente. Los dedos son doblados perpendicularmente con la palma de la mano, representando la dirección del campo magnético. El pulgar que está colocado perpendicularmente con los dedos representa la dirección de la fuerza en el alambre.
         • • Mientras mayor sea la corriente, mayor será la fuerza magnética. Mientras haya mayor longitud, habrá una mayor fuerza magnética. A mayor campo magnético, mayor fuerza magnética. Mientras más se acerque a 90° el ángulo con respecto a la dirección del campo magnético, la fuerza será mayor.
       • Primera regla de la mano derecha
         • • Nuestros dedos apuntan en la dirección que tienen las líneas del campo magnético (B). Nuestro pulgar apunta hacia la dirección de la corriente.
       • Las corrientes están compuestas por cargas eléctricas en movimiento; hace sentido que un campo magnético también ejerce una fuerza sobre cargas eléctricas individuales que pasan a través de este.
         • • La fuerza aplicada en una sola carga eléctrica depende de cuatro factores
             • Mientras mayor carga tenga la partícula, habrá una mayor fuerza magnética. Si la partícula se mueve más rápido, habrá mayor fuerza magnética. Para un campo magnético más fuerte, habrá mayor fuerza magnética. Mientras el ángulo entre la velocidad y el campo magnético se acerque a 90°, habrá una mayor fuerza.
         • Tercera regla de la mano derecha
           • • El brazo apunta hacia la dirección de la velocidad de la partícula. Al doblar los dedos de la mano, estos apuntan hacia la dirección de las lineas del campo magnético. Si la carga de la partícula es positiva, entonces el pulgar apunta hacia la dirección de la fuerza. En cambio, si la carga de la partícula es negativa, la fuerza apunta hacia la dirección opuesta a nuestro pulgar.

2. Fuerza de Lorentz

   • • Fuerza eléctrica más fuerza magnética
     • Algunos dispositivos que la usan
       • Selector de velocidad
         • La fuerza de Lorentz es un fenómeno producido por una corriente eléctrica compuesta por electrones que se mueven a través de un cable.
           • Como las partículas que se mueven crean un campo magnético alrededor de ellas, si se invierte el sentido de la corriente, entonces se cambia la dirección en la que circula el campo magnético alrededor de las cargas.
           • Cuando se acerca un imán al cable con cargas en movimiento, el campo magnético del imán interactuará con el campo magnético del cable.
             • Supongamos que tenemos un cable con forma de péndulo, con cargas en movimiento, y le acercamos un imán de herradura. Dependiendo de la dirección de la corriente el péndulo puede ser atraído o repelerse por la interacción de ambos campos magnéticos con una dirección perpendicular al campo magnético y a la corriente. Si invertimos la corriente, entonces sucederá lo mismo pero con sentido opuesto a lo observado anteriormente.
       • Espectrómetro de masas
         • Nos permite conocer mediante cálculos el promedio de la masa atómica de una muestra.
           • Primero la muestra es vaporizada
             • Luego es ionizada
               • Luego es acelerada
                 • Después es desviada
                   • Es la parte más importante, ya que como la partícula es acelerada en línea recta, entonces mediante electroimanes se trata de desviar a los iones de su trayectoria. La cantidad de fuerza de los campos de iones del electroimán son proporcionales a su carga.
                   • Finalmente es detectado
                     • La ruta que toma el ion es resultado de su masa/carga.
                     • Lo que se detecta son las diferentes proporciones de masa/carga de la partícula.
       • Ciclotrón
         • Es un dispositivo utilizado para acelerar partículas cargadas como protones y deuterones.
           • Una partícula cargada positivamente puede ser acelerada a alta energía con la ayuda de un campo eléctrico oscilante, al hacer que esta cruce el mismo campo eléctrico una y otra vez con el uso de un campo magnético fuerte.
             • • Dos mitades huecas de un cilindro hecho de metales altamente conductores son colocados de tal manera que, los bordes rectos están cara a cara con un pequeño hueco entre ellos.
               • Estos dos están conectados a dos terminales de una fuente de voltaje alternante, un oscilador.
               • El oscilador ayuda a cambiar la polaridad. Si una mitad está en el potencial positivo, entonces la otra mitad estará exactamente en el potencial opuesto negativo al mismo tiempo. Un campo eléctrico será creado entre ellos.
               • Un electroimán estará debajo de estos, y otro arriba de ellos.
                 • El electroimán de abajo tendrá el polo norte encima y el electroimán de arriba tendrá el polo sur por debajo. Esto creará un campo magnético perpendicular a la dirección del campo eléctrico. Todo esto está sellado en una caja de vacío.
               • Las dos mitades crean un campo eléctrico cuya dirección es horizontal, mientras que el de los electroimanes son verticales.
               • Si colocamos una partícula con carga positiva, como un protón, en medio de ambas mitades, el campo eléctrico existente entre ellas ejerce una fuerza sobre la partícula la cual la acelera y, por esa misma aceleración, su velocidad aumenta en lo que se dirige de la mitad positiva a la negativa. Cuando entra a la parte negativa el valor del campo eléctrico es cero, por lo que ahora su aceleración es cero y su velocidad se vuelve constante; pero ahora se encuentra en el campo magnético por lo que se mueve en forma perpendicular a la dirección del campo. Ahí experimenta una fuerza en dirección perpendicular al plano, esta fuerza le proporciona energía centrípeta y hace que la carga se mueva en la trayectoria de un semicírculo.
                 • Cuando vuelve a salir la partícula de la mitad, vuelve a ser acelerada, por lo que la velocidad aumenta otra vez, porque vuelve a estar bajo la influencia del campo eléctrico; esta vez porque el oscilador invierte las polaridades y hace que nuevamente la partícula se dirija hacia la parte negativa. Cuando esta entra nuevamente a la parte negativa, esta recorre la misma trayectoria del semicírculo, pero en esta ocasión recorre una trayectoria más larga debido a que como previamente fue acelerado otra vez, la velocidad con la que entra es mayor, por ende el radio también es mayor lo que hace que la trayectoria sea más larga.
                   • Y así se repite el proceso cada vez aumentando más el radio por acción del aumento de la velocidad; al final cuando el radio es muy grande y no hay más espacio, la partícula es disparada a través de una ventana, y debido a la gran velocidad sale con mucha fuerza y da en el blanco.

3. Corriente

   • Cuánta carga pasa por segundo
     • • De acuerdo al sentido de la corriente y a la dirección del campo magnético, la fuerza puede apuntar hacia afuera o hacia adentro.
         • Como se puede ver en la imagen, la barra puede inclinarse hacia un lado o hacia al otro por efecto de la dirección de la fuerza.
       • • Fuerza magnética que actúa sobre un conductor que transporta corriente.
         • Electromagnetismo
           • Experimento de Oersted
             • • En este experimento se encuentra una brújula posicionada muy de cerca de un circuito. Cuando no había una corriente eléctrica fluyendo a través del cable, la brújula apuntaba hacia el norte por acción del campo magnético de nuestro planeta.
                 • Cuando fluye la corriente eléctrica a través del cable, la orientación de la brújula es desviada y apunta hacia otra parte ahora. Esto es debido a la presencia del nuevo campo magnético creado por el flujo de la corriente.
                   • Cuando se invierte el sentido de la corriente, la brújula nuevamente es desviada de su posición inicial con la característica de que ahora se mueve en sentido opuesto.
                     • Cabe destacar que la desviación de la brújula aumenta cuando la magnitud de la corriente eléctrica aumenta o cuando la brújula es acercada aún más al cable.
           • Ley de Biot-Savart
             • • Proporciona el campo magnético en algún punto del espacio en términos de la corriente que produce el campo.

4. Ley de Ampère

   • En el experimento de Ampère se observó que cuando hay dos corrientes paralelas que fluyen en el mismo sentido estas se atraen. Por el contrario, cuando estas corrientes fluyen en sentido opuesto estas se repelen. Esto es debido a que las corrientes crean un campo magnético alrededor de cada una, y dependiendo de la orientación de la corriente se definirá la orientación del campo magnético, por lo que la dirección de esa fuerza puede repelerlos o atraerlos.
     • En el cable donde circula la corriente existe un campo magnético en su alrededor. Mientras más fuerte sea la corriente, más fuerte será el campo magnético.
     • Esta ley es válida siempre y cuando la corriente sea constante.
     • • En cada punto del campo magnético vamos a utilizar la magnitud del campo magnético B, el ángulo comprendido entre el campo magnético y cada punto de la curva, y ds se refiere a cada sección infinitamente pequeña de la curva.
         • • Como el campo magnético es paralelo a la corriente tenemos un ángulo de cero grados, el coseno de 0 es 1, entonces podemos quitarlo de la ecuación ya que el campo magnético será el mismo en cualquier punto.
             • Entonces como el campo magnético es constante podemos moverlo al frente del signo de la integral y ya nada más queda resolver la integral en todos los puntos alrededor del círculo, lo cual es igual a la circunferencia del círculo.
         • • • • En un solenoide, cuando hay una corriente fluyendo, se produce un campo magnético que pasa por adentro de las curvas del conductor.
                 • Cuando colocas un conductor con la forma de la imagen superior en un campo magnético, este gira. Eso es porque el campo magnético crea un torque en el cable.
                   • • Como aquí las partes horizontales del conductor son paralelas al campo magnético, no habrá fuerza que se ejerza sobre estos.
                   • • Sin embargo, las partes verticales del conductor son perpendiculares al campo magnético, por lo que se ejercerá una fuerza en ellos; una fuerza que hará girar al conductor.
                   • Así es como funcionan los motores eléctricos: tienen una corriente eléctrica que cambia continuamente de dirección, haciendo al conductor con esa curva girar. Ese movimiento puede ser usado como trabajo mecánico.
                     • Un dispositivo llamado toroide se usa con frecuencia para crear un campo magnético casi uniforme en algún área cerrada.
                       • • La N representa el número de vueltas
       • Fuerza magnética entre dos conductores paralelos.

Imagens e arquivos do mapa