La aguja de una brújula no siempre se equilibra en una posición paralela a la superficie de la Tierra, sino que un extremo puede apuntar hacia el piso. Explique por qué

La aguja de la brújula se alinea con el campo magnético local de la Tierra, y las líneas del campo magnético de la Tierra no siempre son paralelas a la superficie de la Tierra.

Dibuje las líneas de campo magnético alrededor de una sección recta de alambre que conduce una corriente horizontal hacia la izquierda.

Las líneas de campo magnético son círculos concéntricos alrededor del alambre. Con el funcionamiento actual a la izquierda, el campo está dirigido en sentido antihorario cuando se mira desde el extremo izquierdo. Así, el campo entra en la página sobre el alambre y que sale de la página por debajo del alambre.

Se sostiene un imán de herradura verticalmente con el polo norte a la izquierda y el polo sur a la derecha. Un alambre que pasa entre los polos, en el punto medio entre ellos, conduce una corriente directamente alejándose de usted. ¿Cuál es dirección de la fuerza sobre el alambre?

La fuerza es hacia abajo. Las líneas de campo señalan desde el polo norte al polo sur, o de izquierda a derecha. Utilice la regla de la mano derecha. Sus dedos apuntan en la dirección de la corriente (alejándola de usted). Acurrúquelo a ellos en la dirección del campo (a la derecha). Su pulgar indica la dirección de la fuerza (hacia abajo).

En l relación ¿qué pares de vectores están siempre a 90°? ¿Cuáles pueden estar a otro ángulo?

Siempre es perpendicular tanto puede ser en cualquier ángulo con respecto a la otra.

El campo magnético debido a una corriente en una casa puede afectar una brújula. Discuta el efecto en términos de corrientes y si éstas son ca o cd.

Las Corrientes alternas tendrán poco efecto sobre la aguja de la brújula, debido a la rápida variación de la dirección de la corriente y del campo magnético que lo rodea. Corrientes directas si desviaran la aguja de la brújula. La desviación depende de la magnitud y dirección de la corriente y la distancia desde la corriente a la brújula. El efecto sobre la brújula disminuye al aumentar la distancia desde el cable.

Si una partícula cargada negativamente entra a una región con un campo magnético uniforme, el cual es perpendicular a la velocidad de la partícula, ¿la energía cinética de la partícula aumenta, disminuye o permanece igual? Explique su respuesta. (Ignore la gravedad y considere que no hay campos eléctricos)

La energía cinética de la partícula será la misma. La fuerza magnética sobre la partícula será perpendicular al vector de velocidad de la partícula y así no habrá ningún trabajo sobre la partícula. La fuerza va a cambiar la dirección de la velocidad de la partícula pero no la velocidad.

En la figura se mueven partículas cargadas en la vecindad de un alambre portador de corriente. Para cada partícula cargada, la flecha indica la dirección de movimiento de la partícula, y el signo + o -indica el signo de la carga. Para cada partícula, indique la dirección de la fuerza magnética debida al campo magnético producido por el alambre.

Partícula positiva en la parte superior izquierda: la fuerza es hacia abajo, hacia el alambre. Partícula negativa en la parte superior derecha: la fuerza es a la izquierda. Partícula positiva en la parte inferior derecha: la fuerza es a la izquierda. Partícula negativa en la parte inferior izquierda: la fuerza es hacia arriba, hacia el alambre.

Una partícula cargada positivamente en un campo magnético no uniforme sigue la trayectoria mostrada en la figura. Indique la dirección del campo magnético en todos los puntos del espacio, suponiendo que la trayectoria siempre está contenida en el plano de la página, e indique las magnitudes relativas del campo en cada región.

En las zonas en las que la trayectoria de la partícula se curva hacia la parte superior de la página, el campo magnético se dirige a la página. Cuando el curvas de trayectoria de las partículas hacia abajo hacia la parte inferior de la página, el campo magnético se dirige hacia fuera de la página. Cuando la partícula es se mueve en una línea recta, la dirección del campo magnético es paralelo o anti-paralelo a la velocidad de la partícula. La fuerza del campo magnético es mayor que el radio de curvatura de la trayectoria es la más pequeña.

El patrón de las líneas de campo magnético alrededor de un imán de barra es similar al de las líneas de campo eléctrico alrededor de un dipolo eléctrico. A partir de este hecho,

prediga cómo cambiará el campo magnético con la distancia a) cerca de uno de los polos de un imán de barra muy largo, y b) lejos del imán como un todo

a) la zona de uno de los polos de un imán de barra muy larga, el campo magnético es

proporcional a 1

r2

b) Lejos del imán como un todo, el campo magnético es proporcional a 1

r3

Explique por qué un imán fuerte que se mantiene cerca de la pantalla de un televisor con cinescopio ocasiona que la imagen se distorsione. Además, explique por qué la imagen en ocasiones se vuelve completamente negra cuando el campo es muy intenso. [Pero no corra el riesgo de dañar su televisor tratando de hacer esto].

La imagen se crea cuando partículas cargadas en movimiento golpean la parte trasera de la pantalla. Un imán fuerte sujetado cerca de la pantalla puede desviar las partículas de sus trayectorias previstas, y por lo tanto distorsionan la imagen. Si el imán es lo suficientemente fuerte, es posible desviar las partículas tanto que ni siquiera llegan a la pantalla, y la imagen "se queda en negro."

Describa la trayectoria de una partícula cargada negativamente en el selector de velocidades de la figura, si su rapidez es mayor que E/B. ¿Cuál es su trayectoria si v<E/B? ¿Habría alguna diferencia si la partícula tuviera carga positiva?

La partícula negativa se curva hacia abajo (hacia la placa negativa) si v> E / B debido a la fuerza magnética (abajo) será mayor que la fuerza eléctrica (arriba). Si v <E / B de la partícula negativa se curva hacia arriba hacia la placa positiva debido a la fuerza eléctrica será mayor que la fuerza magnética. El movimiento de una partícula positiva sería exactamente opuesto a la de una partícula negativo.

Una partícula cargada se desplaza en un círculo bajo la influencia de un campo magnético uniforme. Si se enciende un campo eléctrico que apunte en la misma dirección que el campo magnético, describa la trayectoria que seguirá la partícula cargada

La partícula se moverá en una trayectoria helicoidal de alargamiento en la dirección del campo eléctrico (para una carga positiva). El radio de la hélice se mantendrá constante.

La idea detrás del bombeo electromagnético es la fuerza que existe sobre una partícula en un campo magnético. Se usa para bombear fluidos metálicos (como el sodio) y para bombear la sangre en máquinas para corazones artificiales. La figura presenta el diseño básico. Se aplica un campo eléctrico de manera perpendicular a un vaso sanguíneo y perpendicular a un campo magnético. Explique cuál es la causa del movimiento de los iones. ¿Los iones positivos y negativos experimentarán una fuerza en la misma dirección?

Considere un ion positivo. Se experimentará una fuerza hacia abajo debido al campo eléctrico aplicado. Una vez que comienza a moverse hacia abajo, entonces se experimentará una fuerza hacia fuera (en la dirección de la flecha azul) debido a su movimiento en el campo magnético. Un ion negativo experimentará una fuerza debido al campo eléctrico y, a continuación, ya que es una partícula negativa en movimiento en el campo magnético dirigido hacia la derecha, se experimentará una fuerza hacia fuera. Los iones positivos y negativos por lo tanto cada sienten una fuerza en la misma dirección.

Se dirige un haz de electrones hacia un alambre horizontal que conduce una corriente de izquierda a derecha. ¿En qué dirección se desvía el haz?

El haz es desviado a la derecha. La corriente en el alambre crea un campo magnético en la página que rodea el haz de electrones. Esto da lugar a una fuerza magnética sobre las partículas negativas que está a la derecha.

Una partícula cargada se mueve en línea recta a través de una región particular del espacio. ¿Podría haber un campo magnético diferente de cero en esa región? Si es así, indique dos situaciones posibles.

Sí. Una situación posible es que el campo magnético es paralelo o anti-paralelo a la velocidad de la partícula cargada. En este caso, la fuerza magnética sería cero, y la

partícula continuará moviéndose en una línea recta. Otra situación posible es que hay un campo eléctrico con una magnitud y dirección (perpendicular al campo magnético) de tal manera que las fuerzas eléctricas y magnéticas en la partícula se anulan entre sí. La fuerza neta sería cero y la partícula continuará moviéndose en una línea recta.

Si una partícula cargada en movimiento se desvía de manera lateral en cierta región del espacio, ¿podemos concluir a ciencia cierta que en esa región? Explique

No. Una partícula cargada puede ser desviado hacia los lados por un campo eléctrico si un componente de su velocidad es perpendicular al campo.

¿Cómo podría usted saber si electrones que se mueven en una cierta región del espacio están siendo desviados por un campo eléctrico o por un campo magnético (o por ambos)?

Si la dirección de la velocidad de los electrones está cambiando, pero su velocidad no entonces, a continuación, está siendo desviada solo por un campo magnético, y su trayectoria será circular o helicoidal. Si la velocidad de los electrones está cambiando pero la dirección no, a continuación, que están siendo aceleradas solo por un campo eléctrico.

Si tanto la velocidad y la dirección están cambiando, las partículas posiblemente están siendo desviados por ambos campos, magnéticos y eléctricos, o que están siendo desviados por un campo eléctrico que no es paralelo a la velocidad inicial de las partículas. En este último caso, el componente de la velocidad de los electrones antiparalela a la dirección del campo seguirá aumentando, y el componente de la velocidad de los electrones perpendicular a la dirección del campo permanecerá constante. Por lo tanto, el electrón se aproxima asintóticamente una trayectoria recta en la dirección opuesta a la dirección del campo. Si las partículas continúan con un componente circular de su camino, debe haber un campo magnético presente.

¿Cómo podría construir una brújula sin usar hierro u otro material ferromagnético?

Use una pequeña bobina o solenoide portador de corriente para la aguja de la brújula.

Describa cómo se podría determinar el momento dipolar magnético de un imán de barra o de la aguja de una brújula.

Suspenda el imán en un campo magnético conocido de modo que esté alineado con el campo y libre para girar.

Mida el torque necesario para hacer girar el imán de manera que es perpendicular a las líneas de campo. El momento magnético será el par de torsión dividida por la intensidad de campo magnético.

Así cuando el momento magnético y el campo son perpendiculares.

¿En qué posiciones (si es que existen) una espira de corriente localizada en un campo magnético uniforme estará a) en equilibrio estable y b) en equilibrio inestable?

(a) Si el plano de la espira de corriente es perpendicular al campo tal que la dirección de A es paralela a las líneas de campo, la espira estará en equilibrio estable. Pequeños desplazamientos desde esta posición se traducirá en un par de torsión que tiende a devolver la espira para esta posición.

(b) Si el plano de la espira de corriente es perpendicular al campo tal que la dirección de A es antiparalela a las líneas de campo, la espira estará en equilibrio inestable.

Se inserta una pieza rectangular de material semiconductor en un campo magnético y se conecta una batería a sus extremos como se ilustra en la figura 27-38. Cuando se coloca un voltímetro de precisión entre los extremos a y b, se encuentra que el punto a está a un potencial mayor que el punto b. ¿Cuál es el signo de los portadores de carga en este material semiconductor?

Los portadores de carga son positivos. Partículas positivas que se mueven a la derecha en la figura experimentarán una fuerza magnética en la página, o hacia el punto a. Por lo tanto, los portadores de carga positivos tenderán a moverse hacia el lado que contiene una; este lado será a un potencial más alto que el lado con el punto b.

Dos iones tienen la misma masa, pero uno está ligeramente ionizado mientras que el otro está ionizado al doble. ¿Cómo diferirán sus posiciones en la película del espectrómetro de masas de la figura?

El 2r distancia a los iones una sola carga será el doble de la distancia a los iones doblemente cargados