Tema 3 - Magnetisme i Electromagnetisme

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



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




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





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.





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.

https://www.youtube.com/watch?v=hFAOXdXZ5TM




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




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




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




El nombre de línies de força existents en un circuit magnètic s’anomena

FLUX MAGNÈTICɸ


Unitat WEBBERWb




Quantitat de línies de força que travessen per unitat de superfície

DENSITAT DE FLUXB


Unitat TESLAT (Wb / m2)




DENSITAT DE FLUX B (Tesla)


TeslaWb /m2

Densitat de línies





Webber

FLUX MAGNÈTIC ɸ (Webber)

Quantitat de línies



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





Materials diamagnètics


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.





Materials ferromagnètics


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.




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

https://www.youtube.com/watch?v=j8XNHlV6Qxg







µr = B / B0

µr = µ / µ0







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



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




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.




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

https://www.youtube.com/watch?v=wZiPAJXnT6M




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



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




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:




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




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




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



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




Si llancem una càrrega elèctrica dins d’un camp

magnètic, aquesta patirà una força magnètica

perpendicular a les anteriors


En el cas d’aquesta partícula, tenim una força

que corbarà la seva trajectòria:

Acceleració centrípeta





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





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




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




Estudiarem l’atracció o repulsió entre dos conductors pels quals circulen dos

corrents elèctrics


CREAT PER UN SEGON CONDUCTOR

Corrents seguint el mateix sentit Corrents en sentit contrari




Estudiarem l’atracció o repulsió entre dos conductors pels quals circulen dos

corrents elèctrics


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



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)






Reluctància

Camp creat per una bobina

Flux a través del nucli

FMM = N · I

Reluctància

Depèn de la longitud,

permeabilitat i secció






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.




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




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




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



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




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




Fem induïda en una bobina que rota

Aplicacions del corrent induït

Tema 3 - Magnetisme i Electromagnetisme

Documents

Transcript of Tema 3 - Magnetisme i Electromagnetisme