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Magnetismo

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Material Magnético

Muy pocos materiales exhiben un fuerte magnetismo. Estos materiales se llaman ferromagnéticos.

Algunos ejemplos son el hierro, cobalto, níquel, y gadolinio.

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Imanes

Los imanes tienen dos terminaciones (polos) llamados norte y sur.

Polos iguales se repelen; polos opuestos se atraen.

Esta atracción o repulsión es la fuerza magnética.

Estos son ejemplos de barras de imanes.

Se repelen

Se repelen

Se atraen

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Polos MagnéticosComo los imanes tienen dos polos, se dice que son dipolos.

Nunca se ha encontrado un imán monopolo, entonces, cuando se corta un imán a la mitad, los dos imanes resultantes tienen dos polos.

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Campos Magnéticos

Los campos magnéticos pueden visualizarse usando líneas de fuerza del campo magnético, que son siempre curvas cerradas.

Los campos magnéticos se dibujan partiendo desde el polo norte y dirigidas hacia el polo sur.

Mientras más líneas haya por unidad de área, más fuerte será el campo.

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EL campo magnético de la Tierra

El campo magnético de la Tierra es similar al de un imán.Observa dos cosas:

· El polo "Polo Norte" de la Tierra es en realidad el polo magnético sur ya que los extremos norte de un imán son atraídos a él.

· Los polos de la Tierra no están ubicados en el eje de rotación.

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Campos magnéticos uniformesUn campo magnético uniforme es constante en magnitud y dirección. ¿Cómo podemos crear un campo magnético uniforme?

Alinear los polos opuestos de dos barras magnéticas creará un campo que es casi uniforme.

¿Qué áreas en el diagrama no son uniformes?

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Definición de BEL campo magnético generalmente se expresa como B. El campo es un vector y tiene magnitud y dirección.

Frecuentemente, nos referiremos al campo magnético como "campo-B".

La unidad de B es el tesla, T.

1 T = 1 N A m

Otra unidad que se usa a veces es el gauss (G).

1 G = 10-4 T

Para tener más perspectiva, el campo magnético débil de la Tierra en su superficie es aproximadamente 0,5 x 10-4

T o simplemente 0,5 G.

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Las corrientes eléctricas producen campos magnéticos

El experimento muestra que una corriente eléctrica produce un campo magnético.

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Las corrientes eléctricas producen campos magnéticos

La dirección del campo está dada por la regla de la mano derecha.

Primero, orienta el pulgar de tu mano derecha en la dirección de la corriente...

Luego presiona tus dedos en la dirección del campo B.

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Dirección de los campos magnéticos

Ya que necesitamos tres dimensiones para describir el campo magnético y nuestro papel es esencialmente bidimensional, necesitamos de alguna manera representar la tercera dimensión.

Tenemos izquierda / derecha:

Arriba / abajo :

¿Cuál es la tercera dimensión?

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Campos magnéticosDibuja la línea de fuerza del campo como una flecha. La punta de la flecha es en la dirección del campo.

Si el campo magnético es en la hoja, verás la cola de la flecha.

Si el campo magnético está fuera de la hoja, verás el frente de la flecha.

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1 ¿Qué diagrama muestra correctamente el campo magnético (en rojo) alrededor de un cable con corriente (en azul)?

D

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2 ¿Qué diagrama muestra correctamente el campo magnético (en rojo) alrededor de un cable con corriente (en azul)?

C

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3 ¿Qué diagrama muestra correctamente el campo magnético (en negro) alrededor de un cable con corriente (en rojo)?

B

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x x

x x x

x x

x x x x x x x x x

x x x x x x

x x x x

x x x x

x x x x x x

x x x x x x x x x

. . . .. . . . . . . . . .

x x x x x x x x x

x x x x x x

x x x x

x x x x

x x x x x x

x x x x x x x x x

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x x

x x x

x x

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4 ¿Qué diagrama muestra correctamente el campo magnético dentro y fuera de un círculo de un cable con corriente?

B

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5 ¿Qué diagrama muestra correctamente el campo magnético alrededor de un cable con corriente?

B

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6 ¿Qué diagrama muestra correctamente el campo magnético alrededor de un cable con corriente?

C

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x x

x x x

x x

x x x x x x x x x

x x x x x x

x x x x

x x x x

x x x x x x

x x x x x x x x x

. . . .. . . . . . . . . .

x x x x x x x x x

x x x x x x

x x x x

x x x x

x x x x x x

x x x x x x x x x

x x

x x x

x x

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7 ¿Qué diagrama muestra el campo magnético dentro y fuera de un círculo de un cable con corriente?

B

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8 ¿Qué diagrama muestra correctamente el campo magnético alrededor de un cable con corriente?

B

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Fuerza sobre una corriente eléctrica en un campo magnético - Definición de B

Un imán ejerce una fuerza sobre un cable cargado con corriente eléctrica. La dirección de la fuerza está dada por otra regla diferente de la mano derecha. La llamaremos regla del brazo derecho para evitar confusión.

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Fuerza sobre una corriente eléctrica en un campo magnético - Definición de B

La fuerza en el cable depende de la corriente, el largo del cable, el campo magnético y su orientación.

Esta ecuación define el campo magnético, B. I es la corriente L es el largo del cable B es el campo magnético (perpendicular tanto a la fuerza como a la corriente)

FB = I L Bperpendicular

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Los estudiantes escriben su respuesta aquí

9 Un cable carga una corriente de 2 A en dirección perpendicular a un campo magnético de 0,3 T. ¿Cuál es la magnitud de la fuerza magnética que actúa sobre el cable de 0,5 m de largo?

FB = ILBperpendicular

FB = (2 A) (0,3 T) (0,5 m) = 0,3 NRespuesta

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10 Un campo magnético uniforme ejerce una fuerza máxima de 20 N en un cable de 0,25 de largo que carga una corriente de 2 A. ¿Cuál es la fuerza del campo magnético?

Los estudiantes escriben su respuesta aquí

0,04 T(0,25 m)

Respuesta

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11 Una fuerza de 0,05 N actúa sobre un cable de 10 cm como resultado de estar ubicado en un campo magnético de 0,03 T orientado perpendicularmente. ¿Cuál es la corriente eléctrica en el cable?

Los estudiantes escriben su respuesta aquí

0,05 N

(0,1 m)(0,3 T)1,67 A

Respuesta

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Fuerza sobre una corriente eléctrica en un campo magnético - Definición de B

Para asegurarnos de que tenemos la dirección correcta para B, usamos la regla del brazo derecho:

Orienta tu brazo en la dirección de la corriente.

Gira tu muñeca hasta que tu pulgar está en la dirección de la fuerza.

Dobla tus dedos 90o para la dirección del campo magnético.

Los tres vectores son ahora perpendiculares.

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12 ¿Cuál es la dirección de la fuerza en el cable de corriente (verde) en el campo magnético (rojo)?

cero

B

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13 ¿Cuál es la dirección de la fuerza en el cable de corriente (verde) en el campo magnético (rojo)?

cero

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B

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14 ¿Cuál es la dirección de la fuerza en el cable de corriente (verde) en el campo magnético (rojo)?

cero

A

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15 ¿Cuál es la dirección de la fuerza en el cable de corriente (verde) en el campo magnético (rojo)?

cero

G

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16 ¿Cuál es la dirección de la fuerza en el cable de corriente (verde) en el campo magnético (rojo)?

cero

F

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17 ¿Cuál es la dirección de la fuerza en el cable de corriente (verde) en el campo magnético (rojo)?

cero

. . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . .

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. . . . . . . . . . .

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A

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18 ¿Cuál es la dirección de la fuerza en el cable de corriente (verde) en el campo magnético (rojo)?

cero

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E

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19 ¿Cuál es la dirección de la fuerza en el cable de corriente (verde) en el campo magnético (rojo)?

cero

C

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20 ¿Cuál es la dirección de la fuerza en el cable de corriente (verde) en el campo magnético (rojo)?

cero

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G

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21 ¿Cuál es la dirección de la fuerza en el cable de corriente (verde) en el campo magnético (rojo)?

cero

A

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22 ¿Cuál es la dirección de la fuerza en el cable de corriente (verde) en el campo magnético (rojo)?

cero

D

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23 ¿Cuál es la dirección de la fuerza en el cable de corriente (verde) en el campo magnético (rojo)?

cero

B

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24 ¿Cuál es la dirección de la fuerza en el cable de corriente (verde) en el campo magnético (rojo)?

cero

E

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25 ¿Cuál es la dirección de la fuerza en el cable de corriente (verde) en el campo magnético (rojo)?

cero

G

Slide 41 / 90

26 ¿Cuál es la dirección de la fuerza en el cable de corriente (verde) en el campo magnético (rojo)?

cero

D

Slide 42 / 90

27 ¿Cuál es la dirección de la fuerza en el cable de corriente (verde) en el campo magnético (rojo)?

cero

G

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28 ¿Cuál es la dirección de la fuerza en el cable de corriente (verde) en el campo magnético (rojo)?

cero

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F

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29 ¿Cuál es la dirección de la fuerza en el cable de corriente (verde) en el campo magnético (rojo)?

cero

F

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30 ¿Cuál es la dirección de la fuerza en el cable de corriente (verde) en el campo magnético (rojo)?

cero

G

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31 ¿Cuál es la dirección de la fuerza en el cable de corriente (verde) en el campo magnético (rojo)?

cero

E

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32 ¿Cuál es la dirección de la fuerza en el cable de corriente (verde) en el campo magnético (rojo)?

cero

C

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33 ¿Cuál es la dirección de la fuerza en el cable de corriente (verde) en el campo magnético (rojo)?

cero

G

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34 ¿Cuál es la dirección de la fuerza en el cable de corriente (verde) en el campo magnético (rojo)?

cero

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G

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35 ¿Cuál es la dirección de la fuerza en el cable de corriente (verde) en el campo magnético (rojo)?

cero

C

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36 ¿Cuál es la dirección de la fuerza en el cable de corriente (verde) en el campo magnético (rojo)?

cero

D

Slide 52 / 90

37 ¿Cuál es la dirección de la fuerza en el cable de corriente (verde) en el campo magnético (rojo)?

cero

G

Slide 53 / 90

38 ¿Cuál es la dirección de la fuerza en el cable de corriente (verde) en el campo magnético (rojo)?

cero

G

Slide 54 / 90

39 ¿Cuál es la dirección de la fuerza en el cable de corriente (verde) en el campo magnético (rojo)?

cero

G

Slide 55 / 90

40 ¿Cuál es la dirección de la fuerza en el cable de corriente (verde) en el campo magnético (rojo)?

cero

D

Slide 56 / 90

41 ¿Cuál es la dirección de la fuerza en el cable de corriente (verde) en el campo magnético (rojo)?

cero

C

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42 ¿Cuál es la dirección de la fuerza en el cable de corriente (verde) en el campo magnético (rojo)?

cero

A

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43 ¿Cuál es la dirección de la fuerza en el cable de corriente (verde) en el campo magnético (rojo)?

cero

E

Slide 59 / 90

44 ¿Cuál es la dirección de la fuerza en el cable de corriente (verde) en el campo magnético (rojo)?

cero

F

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45 ¿Cuál es la dirección de la fuerza en el cable de corriente (verde) en el campo magnético (rojo)?

cero

B

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46 ¿Cuál es la dirección de la fuerza en el cable de corriente (verde) en el campo magnético (rojo)?

cero

F

Slide 62 / 90

47 ¿Cuál es la dirección de la fuerza en el cable de corriente (verde) en el campo magnético (rojo)?

cero

G

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48 ¿Cuál es la dirección de la fuerza en el cable de corriente (verde) en el campo magnético (rojo)?

cero

G

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49 ¿Cuál es la dirección de la fuerza en el cable de corriente (verde) en el campo magnético (rojo)?

cero

E

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Fuerza en una carga eléctrica moviéndose en un campo magnético

Una vez más, la dirección está dada por la regla del brazo derecho.

La fuerza en una carga móvil está relacionada con la fuerza en la corriente:

F = qvBperpendicular

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Fuerza en una carga móvil

v (velocidad)

Bv (velocidad)

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Fuerza en una carga móvil

v (velocity)

Bv (velocity)

FPara una carga negativa, hay que negar la fuerza.

FFF

(velocidad)

(velocidad)

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50 Un protón moviéndose a una velocidad de 75.000 m/s horizontalmente hacia la derecha entra en un campo magnético uniforme de 0,05 T que está dirigido verticalmente hacia abajo. Halla la dirección y magnitud de la fuerza magnética del protón.

Los estudiantes escriben su respuesta aquí

6 x 10 - 16 N dirigida hacia la hoja

(1,6 x 10 - 9 C) (75.000 m/ s) ( 0,05T)Respuesta

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51 Un electrón experimenta una fuerza máxima hacia arroba de 2,8 x10-12 N cuando se mueve a una velocidad de 5,1x106 m/s hacia el norte. ¿Cuál es la dirección y magnitud del campo magnético?

Los estudiantes escriben su respuesta aquí

2,8 x 10 - 12 N (1,6 x 10 - 19 C) (5,1 x 106 m/ s)

3,43 T dirigido hacia el este

Respuesta

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52 ¿Cuál es la dirección de la fuerza en el protón que se muestra abajo?

v

C

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53 ¿Cuál es la dirección de la fuerza en el protón que se muestra abajo?

v

D

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54 ¿Cuál es la dirección de la fuerza en el electrón que se muestra abajo?

v

A

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55 ¿Cuál es la dirección de la fuerza en el electrón que se muestra abajo?

v

G

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56 ¿Cuál es la dirección de la fuerza en el electrón que se muestra abajo?

v

B

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57 ¿Cuál es la dirección de la fuerza en el electrón que se muestra abajo?

v

D

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Fuerza en una carga eléctrica moviéndose en un campo magnético

Si una partícula cargada se mueve de forma perpendicular a un campo magnético uniforme, su trayectoria será un círculo.

está en la imagen trayectoria del electrón

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Campo magnético debido a un cable derecho largo

Recordando nuestro cable de corriente, es obvio que el campo es inversamente proporcional a la distancia desde el cable:

La constante μ0 se llama permeabilidad del espacio libre y tiene valor:

μ0 = 2 x10-7 Tm/A2π

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58 ¿Cuál es el campo magnético en un punto a 0,5 m alejado de un cable que carga una corriente de 40 A?

Los estudiantes escriben su respuesta aquí

0,5m

1,6 x 10 - 5 T

Respuesta

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59 Un cable largo y derecho carga una corriente de 12 A hacia el oeste. ¿Cuál es la dirección y la magnitud del campo magnético a 10 cm al sur del cable?

Los estudiantes escriben su respuesta aquí

0,1m

2,4 x 10 - 5T dirigida fuera de la hoja

Respuesta

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60 Un cable derecho con una corriente de 50 A está orientado verticalmente. ¿Cuál es el campo magnético en un punto a 2 m del cable?

Respuesta

Los estudiantes escriben su respuesta aquí

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61 Un cable derecho carga una corriente de 30 A hacia el oeste. ¿Cuál es la dirección y la magnitud del campo magnético a 5 m al sur del cable?

Los estudiantes escriben su respuesta aquí

1,2 x 10 - 6T dirigida fuera de la hoja

Respuesta

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REALIZA AHORA:Halla la dirección y magnitud de la fuerza en un cable como el de abajo si es de 0,5 m de largo, carga una corriente de 50 A y está pasando por un campo magnético de 4 T.

I

B

(50 A) (0,5 m) (4T)

100 N dirigida hacia arriba

Respuesta

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Fuerza entre dos cables paralelosDos cables cargando corriente van a interactuar entre ellos. El campo magnético producido en la posición del cable 2 debido a la corriente del cable 1 es:

La fuerza que ejerce este campo en un largo l2 del cable 2 es:

Cable A Cable B

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Fuerza entre dos cables paralelos

Las corrientes paralelas en la misma dirección se atraen. Las corrientes paralelas en dirección opuesta se repelen.

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62 ¿Cuál es la magnitud y la dirección de la fuerza magnética entre dos cables parelelos, de 5 m de largo y a 2 cm de distancia, si cada cable lleva una corriente de 15 A en direcciones opuestas?

Los estudiantes escriben su respuesta aquí

0,02m

1,125 x 10 - 2N se repelen

Respuesta

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63 Dos cables paralelos y con corrientes opuestas, de 5,8 A y 3,2 A, están separados por una distancia de 12 cm. El largo de los cables es de 9,6 m. ¿Cuál es la magnitud y la dirección de la fuerza entre los cables?

Los estudiantes escriben su respuesta aquí

(5,8A)(3,2A)0,12m

(9,6m)

2,97 x 10 - 4N se repelen

Respuesta

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64 ¿Cuál es la magnitud y la dirección de la fuerza magnética entre dos cables paralelos, de 0,5 m de largo y separados por 1 cm, si cada uno carga una corriente de 0,25 A en la misma dirección?

Los estudiantes escriben su respuesta aquí

(0,25A)(0,25A)0,01m

(0,5m)

6,25 x 10 - 7N se repelen

Respuesta

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Espectrómetro de masas

Todos los átomos que pasan por la segunda hendidura tendrán la misma velocidad.

FE

FB

FE = FB

qE = qvB

E = vB causado por

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Espectrómetro de masas

Los átomos que alcanzan el segundo campo magnético tendrán la misma velocidad; sus radios de curvatura dependerán de sus masas.

FB = maqvB = mv2

rqB = mv

rqBr = mE Bm = qrB2

Edetecta

el átomo

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Resumen· Los imanes tiene un polo norte y un polo sur. · Polos iguales se repelen; polos opuestos se atraen. · Unidad del campo magnético: Tesla· Las corrientes eléctricas producen campos magnéticos. · Un campo magnético ejerce una fuerza sobre una corriente eléctrica:

F = ILBperpendicular

· Un campo magnético ejerce una fuerza sobre una carga móvil:

F = qvBperpendicular

La magnitud del campo de un cable largo y derecho con corriente:

· Las corrientes paralelas se atraen; las corrientes antiparalelas se repelen.