tema 3 - magnetisme i electromagnetisme
TRANSCRIPT
7/23/2019 Tema 3 - Magnetisme i Electromagnetisme
http://slidepdf.com/reader/full/tema-3-magnetisme-i-electromagnetisme 1/48
Unitat 3
Magnetisme i electromagnetisme
7/23/2019 Tema 3 - Magnetisme i Electromagnetisme
http://slidepdf.com/reader/full/tema-3-magnetisme-i-electromagnetisme 2/48
3.1 Els fenòmens magnètics
El magnetisme va ser descobert fa més de 2 000 anys pels
grecs. quan van observar que eI ferro era atret per undeterminat tipus de pedra. Com aquesta pedra es va trobara Magnesia (Àsia menor) , va rebre eI nom de magnetita.
Hi ha dos materials més en ta naturalesa que es comporten
com et ferro: són el Cobalt i el Níquel. Aquests materials,que tenen un comportament magnètic, s'anomenenferromagnètics .
Cobalt Níquel
Magnetita
7/23/2019 Tema 3 - Magnetisme i Electromagnetisme
http://slidepdf.com/reader/full/tema-3-magnetisme-i-electromagnetisme 3/48
3.1 Els fenòmens magnètics
Teoria atòmica dels imants
Si dividim un imant en dues parts, aconseguiremseparar els seus pols nord i sud. Cadascuna de lesparts es convertiran en un nou imant amb els seus dospols corresponents
7/23/2019 Tema 3 - Magnetisme i Electromagnetisme
http://slidepdf.com/reader/full/tema-3-magnetisme-i-electromagnetisme 4/48
3.1 Els fenòmens magnètics
Teoria atòmica dels imants
Els àtoms dels materials ferromagnètics,en combinar-se formen ions icomparteixen els seus electrons de
valencià, que fa que les forcesmagnètiques dels electrons no s’anul·linsinó que formin dominis magnètics.
7/23/2019 Tema 3 - Magnetisme i Electromagnetisme
http://slidepdf.com/reader/full/tema-3-magnetisme-i-electromagnetisme 5/48
3.1 Els fenòmens magnètics
Teoria atòmica dels imants
Els àtoms dels materialsferromagnètics, en combinar-se formen ions i comparteixenels seus electrons de valencià,
que fa que les forcesmagnètiques dels electrons
no s’anul·lin sinó que formindominis magnètics.
7/23/2019 Tema 3 - Magnetisme i Electromagnetisme
http://slidepdf.com/reader/full/tema-3-magnetisme-i-electromagnetisme 6/48
3.1 Els fenòmens magnètics
Camp magnèticgenerat per unconductor
Durant el segle XIX es descobreix que no només els imants tenen efectes magnètics,Una corrent elèctrica, en passar per un conductor, crea al seu voltant un campmagnético. A partir d'aquest descobriment neix una altra ciència l’ electromagnetisme.
Camp magnètic generatper una espira
7/23/2019 Tema 3 - Magnetisme i Electromagnetisme
http://slidepdf.com/reader/full/tema-3-magnetisme-i-electromagnetisme 7/48
3.1 Els fenòmens magnètics
Camp magnètic generatper una bobina
Durant el segle XIX es descobreix que no només els imants tenen efectes magnètics,Una corrent elèctrica, en passar per un conductor, crea al seu voltant un campmagnético. A partir d'aquest descobriment neix una altra ciència l’ electromagnetisme.
Camp magnètic generatper una bobina
7/23/2019 Tema 3 - Magnetisme i Electromagnetisme
http://slidepdf.com/reader/full/tema-3-magnetisme-i-electromagnetisme 8/48
3.1 Els fenòmens magnètics
Com més allunyat està l’imant del cos de ferro, més petites són les forcesd’atracció entre elles. Aquestes són degudes a l’existència d’un:
Camp magnètic
Camp magnètic, flux magnètic i densitat de flux
7/23/2019 Tema 3 - Magnetisme i Electromagnetisme
http://slidepdf.com/reader/full/tema-3-magnetisme-i-electromagnetisme 9/48
3.1 Els fenòmens magnètics
El nombre de línies de força existents en un circuit magnètic s’anomena
FLUX MAGNÈTICɸ
Camp magnètic, flux magnètic i densitat de flux
Unitat WEBBERWb
7/23/2019 Tema 3 - Magnetisme i Electromagnetisme
http://slidepdf.com/reader/full/tema-3-magnetisme-i-electromagnetisme 10/48
3.1 Els fenòmens magnètics
Quantitat de línies de força que travessen per unitat de superfície
DENSITAT DE FLUXB
Camp magnètic, flux magnètic i densitat de flux
Unitat TESLAT (Wb / m2)
7/23/2019 Tema 3 - Magnetisme i Electromagnetisme
http://slidepdf.com/reader/full/tema-3-magnetisme-i-electromagnetisme 11/48
3.1 Els fenòmens magnètics
DENSITAT DE FLUX B (Tesla)
Camp magnètic, flux magnètic i densitat de flux
TeslaWb /m2
Densitat de línies
7/23/2019 Tema 3 - Magnetisme i Electromagnetisme
http://slidepdf.com/reader/full/tema-3-magnetisme-i-electromagnetisme 12/48
3.1 Els fenòmens magnètics
Camp magnètic, flux magnètic i densitat de flux
Webber
FLUX MAGNÈTIC ɸ (Webber)
Quantitat de línies
7/23/2019 Tema 3 - Magnetisme i Electromagnetisme
http://slidepdf.com/reader/full/tema-3-magnetisme-i-electromagnetisme 13/48
3.2 Propietats magnètiques de la matèria
A. Materials paramagnètics
Materials paramagnètics
No existeix cap material capaç d’aturar les línies del camp magnètic,d’impedir la seva penetració, però sí que n’hi ha que les deformin, comper exemple:
Magnesi, Alumini, Estany, Crom...
En el seu interior es concentren les líniesde força perquè tenen més facilitat perpassar a través d’elles que a través del’aire
7/23/2019 Tema 3 - Magnetisme i Electromagnetisme
http://slidepdf.com/reader/full/tema-3-magnetisme-i-electromagnetisme 14/48
3.2 Propietats magnètiques de la matèria
A. Materials paramagnètics
Materials diamagnètics
No existeix cap material capaç d’aturar les línies del camp magnètic,d’impedir la seva penetració, però sí que n’hi ha que les deformin, comper exemple:
Coure, Sodi, Hidrogen, Nitrogen
En el seu interior els àtoms es magnetitzenen sentit contrari al del camp magnèticexterior, qualsevol pol de l’imant elsrepel·leix. Dificulten el pas de les línies deforça.
7/23/2019 Tema 3 - Magnetisme i Electromagnetisme
http://slidepdf.com/reader/full/tema-3-magnetisme-i-electromagnetisme 15/48
3.2 Propietats magnètiques de la matèria
A. Materials paramagnètics
Materials ferromagnètics
No existeix cap material capaç d’aturar les línies del camp magnètic,d’impedir la seva penetració, però sí que n’hi ha que les deformin, comper exemple:
Ferro pur, Cobalt, Níquel...
Els moments magnètics dels electronstendeixen a alinear-se a causa de les
forces existents entre ells.
Si suprimim el camp magnètic, els dominismagnètics tendeixen a mantenir ladirecció, per això s’utilitzen per fabricarimants permanents.
7/23/2019 Tema 3 - Magnetisme i Electromagnetisme
http://slidepdf.com/reader/full/tema-3-magnetisme-i-electromagnetisme 16/48
3.2 Propietats magnètiques de la matèria
A. Permeabilitat relativa µr
Materials ferromagnètics
Si anomenem B0 la inducció o densitat de flux al buit i B la densitat deflux en l’interior d’un material, trobem que
Materials diamagnètics
Materials paramagnètics
B<B0
B>B0
B>>B0
La permeabilitat relativadel material
µr = B / B0
7/23/2019 Tema 3 - Magnetisme i Electromagnetisme
http://slidepdf.com/reader/full/tema-3-magnetisme-i-electromagnetisme 17/48
3.2 Propietats magnètiques de la matèria
A. Permeabilitat relativa µr
Si anomenem B0 la inducció o densitat de flux al buit i B la densitat deflux en l’interior d’un material, trobem que
La permeabilitat relativadel material
µr = B / B0
µr = µ / µ0
7/23/2019 Tema 3 - Magnetisme i Electromagnetisme
http://slidepdf.com/reader/full/tema-3-magnetisme-i-electromagnetisme 18/48
3.2 Propietats magnètiques de la matèria
A. Permeabilitat relativa µr
Si anomenem B0 la inducció o densitat de flux al buit i B la densitat deflux en l’interior d’un material, trobem que
La permeabilitat relativadel material
µr = B / B0
En física es denomina permeabil itat magnètica
a la capacitat d'una substància o mitjà per atraurei fer passar a través d'ella camps magnètics.
La conductivitat elèctrica és la mesura de lacapacitat (o de l'aptitud) d'un material per a deixarpassar (o deixar circular) lliurement el corrent
elèctric.
σ - Ω/mm2
7/23/2019 Tema 3 - Magnetisme i Electromagnetisme
http://slidepdf.com/reader/full/tema-3-magnetisme-i-electromagnetisme 19/48
3.3 Camp creat per càrregues en moviment
A. Camp creat per un element de corrent (Una càrrega)
El moviment de càrregues elèctriquesprodueix un camp magnètic al seu voltant.
Depèn de la permeabilitatdel material, de la correntque circula, de l’angleentre la càrrega i elconductor i de la distànciaque els separa
7/23/2019 Tema 3 - Magnetisme i Electromagnetisme
http://slidepdf.com/reader/full/tema-3-magnetisme-i-electromagnetisme 20/48
3.3 Camp creat per càrregues en moviment
B. Camp creat per una espira
Com podem observar, dins d’una espira per la que circula un corrent elèctric elcamp magnètic es reforça mentre que a l’exterior es debilita
En una espira les línies de camp entrenper una cara i surten per l’altra.Anomenem a aquestes cares pol nord ipol sud
En aquest cas lapermeabilitat és la del buiti el número d’espires és 1
La inducció magnètica és la producció d'una forçaelectromotriu a través d'un conductor quan s'exposa a un
camp magnètic variable.
7/23/2019 Tema 3 - Magnetisme i Electromagnetisme
http://slidepdf.com/reader/full/tema-3-magnetisme-i-electromagnetisme 21/48
3.3 Camp creat per càrregues en moviment
C. Camp creat per un solenoide (Bobina)
El valor del camp magnètic en una bobina es reforça com més espires hi hagi;el camp magnètic de cada espira se suma a la següent i es concentra a laregió central.
Per ara, la regió central és aire
7/23/2019 Tema 3 - Magnetisme i Electromagnetisme
http://slidepdf.com/reader/full/tema-3-magnetisme-i-electromagnetisme 22/48
3.3 Camp creat per càrregues en moviment
C. Camp creat per un solenoide (Bobina)
El valor del camp magnètic en una bobina es reforça com més espires hi hagi;el camp magnètic de cada espira se suma a la següent i es concentra a laregió central.
Per ara, la regió central és aire El valor del camp magnètic val:
En un punt dels extrems del solenoide val la meitat
7/23/2019 Tema 3 - Magnetisme i Electromagnetisme
http://slidepdf.com/reader/full/tema-3-magnetisme-i-electromagnetisme 23/48
7/23/2019 Tema 3 - Magnetisme i Electromagnetisme
http://slidepdf.com/reader/full/tema-3-magnetisme-i-electromagnetisme 24/48
3.4 Intensitat magnètica o excitació magnètica H
El camp magnètic creat per una bobina és:
El camp magnètic creat per una bobina en la que introduïm un
material ferromagnètic:
Pateix un increment de la inducció magnètica
(camp magnètic) degut a que el material queintroduïm també es magnetitza BM
7/23/2019 Tema 3 - Magnetisme i Electromagnetisme
http://slidepdf.com/reader/full/tema-3-magnetisme-i-electromagnetisme 25/48
3.4 Intensitat magnètica o excitació magnètica H
El camp magnètic creat per una bobina en la que introduïm un
material ferromagnètic:
Pateix un increment de la inducció magnètica(camp magnètic) degut a que el material queintroduïm també es magnetitza BM
La intensitat magnètica creada per una bobina és:
7/23/2019 Tema 3 - Magnetisme i Electromagnetisme
http://slidepdf.com/reader/full/tema-3-magnetisme-i-electromagnetisme 26/48
3.4 Intensitat magnètica o excitació magnètica H
La intensitat magnètica creada per una bobina és:
En el moment que introduïm un material ferromagnètic
al seu interior es crea un Moment magnètic M
El moment magnètic depèn de:
- La intensitat magnètica H
- La susceptibilitat magnètica χ m
7/23/2019 Tema 3 - Magnetisme i Electromagnetisme
http://slidepdf.com/reader/full/tema-3-magnetisme-i-electromagnetisme 27/48
3.4 Intensitat magnètica o excitació magnètica H
En el moment que introduïm un material ferromagnètic al seu
interior es crea un Moment magnètic M
El moment magnètic depèn de:
- La intensitat magnètica H
- La susceptibilitat magnètica χ m
El moment magnètic
És la mesura del grau de magnetització(polarització) d'un material en respostaa un camp magnètic
És la mesura del grau de magnetització d'un material enresposta a un camp magnètic
La susceptibilitatmagnètica χ m
7/23/2019 Tema 3 - Magnetisme i Electromagnetisme
http://slidepdf.com/reader/full/tema-3-magnetisme-i-electromagnetisme 28/48
3.4 Intensitat magnètica o excitació magnètica H
En el moment que introduïm un material ferromagnètic al seu
interior es crea un Moment magnètic M
7/23/2019 Tema 3 - Magnetisme i Electromagnetisme
http://slidepdf.com/reader/full/tema-3-magnetisme-i-electromagnetisme 29/48
3.4 Intensitat magnètica o excitació magnètica H
En el moment que introduïm un material ferromagnètic al seu
interior es crea un Moment magnètic M
7/23/2019 Tema 3 - Magnetisme i Electromagnetisme
http://slidepdf.com/reader/full/tema-3-magnetisme-i-electromagnetisme 30/48
3.4 Intensitat magnètica o excitació magnètica H
Exemple
Induccio prèvia abans d’introduir el nucli B0
Induccio després d’introduir el nucli B
La permeabilitat relativa μr (increment de B)
La permeabilitat del material μ = μr – μ0
La inducció deguda a la magnetització del nucli BM = B – B0
La susceptibilitat magnética magnètica χ m = BM/B0
7/23/2019 Tema 3 - Magnetisme i Electromagnetisme
http://slidepdf.com/reader/full/tema-3-magnetisme-i-electromagnetisme 31/48
3.6 Interacció entre un corrent i un camp magnètic
Si llancem una càrrega elèctrica dins d’un camp
magnètic, aquesta patirà una força magnètica
perpendicular a les anteriors
Càrrega elèctrica dins d’un camp magnètic
F Newtons
V Velocitat amb la que entra la
càrrega
Q Coulombs
BTeslasSen ϕ Angle entre v i B
7/23/2019 Tema 3 - Magnetisme i Electromagnetisme
http://slidepdf.com/reader/full/tema-3-magnetisme-i-electromagnetisme 32/48
7/23/2019 Tema 3 - Magnetisme i Electromagnetisme
http://slidepdf.com/reader/full/tema-3-magnetisme-i-electromagnetisme 33/48
3.6 Interacció entre un corrent i un camp magnètic
Si llancem una càrrega elèctrica dins d’un camp
magnètic, aquesta patirà una força magnètica
perpendicular a les anteriors
Càrrega elèctrica dins d’un camp magnètic
En el cas d’aquesta partícula, tenim una força
que corbarà la seva trajectòria:
Acceleració centrípeta
7/23/2019 Tema 3 - Magnetisme i Electromagnetisme
http://slidepdf.com/reader/full/tema-3-magnetisme-i-electromagnetisme 34/48
3.6 Interacció entre un corrent i un camp magnètic
Càrrega elèctrica dins d’un camp magnètic
Exemple del llibre
Un protó es mou descrivint una trajectòria
circular de 20 cm de diàmetre, a causa d’un
camp magnètic uniforme i perpendicular de
0,2 T. Calcula la velocitat angular del protó
7/23/2019 Tema 3 - Magnetisme i Electromagnetisme
http://slidepdf.com/reader/full/tema-3-magnetisme-i-electromagnetisme 35/48
3.6 Interacció entre un corrent i un camp magnètic
Càrrega elèctrica dins d’un camp magnètic
Exercici 1
Un electró entra amb una velocitat de 2·107 m/s en direcció
perpendicular a un camp magnètic uniforme de 10-4 T. Calcula:
A. La força sobre l’electró
B. El radi de la òrbita descrita
7/23/2019 Tema 3 - Magnetisme i Electromagnetisme
http://slidepdf.com/reader/full/tema-3-magnetisme-i-electromagnetisme 36/48
3.6 Interacció entre un corrent i un camp magnètic
El moviment de les càrregues elèctriques dins del conductor, fa que aquest
pateixi una força magnètica proporcional a la llargada d’aquest conductor (dins
del camp magnètic)
Conductor que transporta corrent dins d’un camp magnètic
La força quedaria així
7/23/2019 Tema 3 - Magnetisme i Electromagnetisme
http://slidepdf.com/reader/full/tema-3-magnetisme-i-electromagnetisme 37/48
3.6 Interacció entre un corrent i un camp magnètic
Estudiarem l’atracció o repulsió entre dos conductors pels quals circulen dos
corrents elèctrics
Conductor que transporta corrent dins d’un camp magnètic
CREAT PER UN SEGON CONDUCTOR
Corrents seguint el mateix sentit Corrents en sentit contrari
7/23/2019 Tema 3 - Magnetisme i Electromagnetisme
http://slidepdf.com/reader/full/tema-3-magnetisme-i-electromagnetisme 38/48
3.6 Interacció entre un corrent i un camp magnètic
Estudiarem l’atracció o repulsió entre dos conductors pels quals circulen dos
corrents elèctrics
Conductor que transporta corrent dins d’un camp magnètic
CREAT PER UN SEGON CONDUCTOR
La força quedaria així
Conductor 1: Camp creat sobre el conductor 2
Força creada sobre el Conductor 2
Sabent que F1 = -F2
7/23/2019 Tema 3 - Magnetisme i Electromagnetisme
http://slidepdf.com/reader/full/tema-3-magnetisme-i-electromagnetisme 39/48
3.7 Circuits magnètics
Les línies d'inducció d'un camp magnètic són línies tancades. La regió ocupada
per aquest flux es denomina circuit magnètic.
Si un circuit elèctric s’obre la corrent deixa de circular (FEM). En canvi en un circuit magnèticquedarà tancat a través de l’aire (FMM)
El flux es manté constant gràcies a la força magnetomotriu (FMM), que és
proporcional al nombre de voltes de la bobina i la corrent que circula.
FMM = N · I (Ampers · Volta)
7/23/2019 Tema 3 - Magnetisme i Electromagnetisme
http://slidepdf.com/reader/full/tema-3-magnetisme-i-electromagnetisme 40/48
3.7 Circuits magnètics
Les línies d'inducció d'un camp magnètic són línies tancades. La regió ocupada
per aquest flux es denomina circuit magnètic.
Reluctància
Camp creat per una bobina
Flux a través del nucli
FMM = N · I
Reluctància
Depèn de la longitud,
permeabilitat i secció
7/23/2019 Tema 3 - Magnetisme i Electromagnetisme
http://slidepdf.com/reader/full/tema-3-magnetisme-i-electromagnetisme 41/48
3.7 Circuits magnètics
Les línies d'inducció d'un camp magnètic són línies tancades. La regió ocupada
per aquest flux es denomina circuit magnètic.
Reluctància
Depèn de la longitud,
permeabilitat i secció
Normalment els circuits que veurem seran en sèrie i
heterogenis. En aquest cas es sumen les reluctàncies
dels diferents materials i formes.
7/23/2019 Tema 3 - Magnetisme i Electromagnetisme
http://slidepdf.com/reader/full/tema-3-magnetisme-i-electromagnetisme 42/48
3.7 Circuits magnètics
El nucli magnètic de la figura és de ferro i té una secció transversal de 25 cm2 i una permeabilitat
relativa de 600; té enrotllada una bobina de 400 espires que està travessada per un corrent de 10 A.
Calcula:a ) La reluctància equivalent del conjunt
b ) La inducció magnètica
7/23/2019 Tema 3 - Magnetisme i Electromagnetisme
http://slidepdf.com/reader/full/tema-3-magnetisme-i-electromagnetisme 43/48
3.7 Circuits magnètics
El nucli magnètic de la figura és de ferro i té
una permeabilitat relativa de 600; hi ha
enrotllada una bobina de 500 espires. Calcula
la intensitat que l’ha de recórrer perquè el
flux magnètic sigui d’ 1·10-4 Wb
7/23/2019 Tema 3 - Magnetisme i Electromagnetisme
http://slidepdf.com/reader/full/tema-3-magnetisme-i-electromagnetisme 44/48
3.7 Circuits magnètics
El nucli magnètic de la figura és de ferro i té una permeabilitat relativa de
600; hi ha enrotllada una bobina de 500 espires. Calcula la intensitat que
l’ha de recórrer perquè el flux magnètic sigui d’ 1·10-4 Wb
7/23/2019 Tema 3 - Magnetisme i Electromagnetisme
http://slidepdf.com/reader/full/tema-3-magnetisme-i-electromagnetisme 45/48
3.8 Inducció electromagnètica
Quan en una bobina variem el flux que la travessa, es genera un fem induïda(ε), podem dir que és la velocitat am la què varia el flux magnètic.
Fem induïda en un a bobina
Fem induïda en una bobina que es desplaça de manera lineal
7/23/2019 Tema 3 - Magnetisme i Electromagnetisme
http://slidepdf.com/reader/full/tema-3-magnetisme-i-electromagnetisme 46/48
3.8 Inducció electromagnètica
Quan en una bobina variem el flux que la travessa, es genera un fem induïda(ε), podem dir que és la velocitat am la què varia el flux magnètic.
Fem induïda en un a bobina
Fem induïda en una bobina que rotaPosició
de la
bobina
7/23/2019 Tema 3 - Magnetisme i Electromagnetisme
http://slidepdf.com/reader/full/tema-3-magnetisme-i-electromagnetisme 47/48
3.8 Inducció electromagnètica
Fem induïda en una bobina que rota
Aplicacions del corrent induït
7/23/2019 Tema 3 - Magnetisme i Electromagnetisme
http://slidepdf.com/reader/full/tema-3-magnetisme-i-electromagnetisme 48/48
3.8 Inducció electromagnètica
Fem induïda en una bobina que rota
Aplicacions del corrent induït