CAMP MAGNÈTICCAMP MAGNÈTIC

Un poquet d’Història…Un poquet d’Història…

El fenòmen del El fenòmen del magnetisme es va es va descobrir a l’Antiguitat a una regió de descobrir a l’Antiguitat a una regió de l’antiga Grècia anomenada l’antiga Grècia anomenada Magnèsia ……

A aquesta regió hi ha un material molt A aquesta regió hi ha un material molt comú anomenat comú anomenat MAGNETITAMAGNETITA… que … que té la propietat que té la propietat que és capaç d’atreure és capaç d’atreure a objectes de ferroa objectes de ferro ……

La La composició química de la de la magnetitamagnetita és és FeFe 33 OO 44 , és un òxid doble, és un òxid doble de ferro (II) i ferro (III)de ferro (II) i ferro (III)

Segons la Segons la tradiciótradició va ser descobert per va ser descobert per un un pastor quan va adonar-se que, en quan va adonar-se que, en acostar la acostar la punta de ferro del seu bastó del seu bastó a una a una pedra … aquest era atret per ella.… aquest era atret per ella.

Als materials com la Als materials com la magnetita se’ls va se’ls va anomenar anomenar IMANTSIMANTS (in english: (in english: magnet ))

I el nom de la I el nom de la regió de Magnèsia va va donar nom a aquest fenòmen.donar nom a aquest fenòmen.

IMANTSIMANTS

Els materials dels que estan composts els Els materials dels que estan composts els imants són els anomenats imants són els anomenats materials materials ferromagnèticsferromagnètics ::

Han de tenir a la seva composició: Han de tenir a la seva composició: Fe, Ni, Co, Nd

Els Els imants de Neodimiimants de Neodimi són els que més són els que més capacitat d’atracció tenen. La sevacapacitat d’atracció tenen. La seva fórmula  fórmula empírica és empírica és Nd 2Fe 14B (Desenvolupat per la (Desenvolupat per la General Motors en 1982).General Motors en 1982).

APLICACIONS DELS APLICACIONS DELS IMANTSIMANTS

LECTOR DE CDLECTOR DE CD

LECTOR DE DISC DURLECTOR DE DISC DUR

Imant de neodimi iImant de neodimi i fluïd magnètic fluïd magnètic

Util izat en altaveusUtil izat en altaveus

PROPIETATS DELS PROPIETATS DELS IMANTSIMANTS

Tenen major capacitat d’atreure el ferro Tenen major capacitat d’atreure el ferro als seus extrems, anomenats:als seus extrems, anomenats:

POL NORD POL NORD ii POL SUD POL SUD per similitud amb els pols geogràfics.per similitud amb els pols geogràfics.

EXPERIÈNCIA D’OESTERDEXPERIÈNCIA D’OESTERD H.C. OesterdH.C. Oesterd (1777-1851) va comunicar (1777-1851) va comunicar

el descobriment de que un corrent elèctric el descobriment de que un corrent elèctric desviava una agulla imantada.desviava una agulla imantada.

Si fas Si fas cl ick a les fotos es pot veure a les fotos es pot veure aquesta experència!aquesta experència!

Oesterd va comprovar que els va comprovar que els corrents corrents elèctricselèctrics produien els mateixos efectes que els produien els mateixos efectes que els imantsimants ……

És a dir, atrauen a llimadures de ferro i És a dir, atrauen a llimadures de ferro i s’atrauen o es repel·len entre elles.s’atrauen o es repel·len entre elles.

Fins a llavors, els Fins a llavors, els fenòmens elèctrics i magnètics s’estudiaven separadament. s’estudiaven separadament.

A partir d’aquest experiment es va comprovar A partir d’aquest experiment es va comprovar que estan estretament relacionats.que estan estretament relacionats.

Posteriorment, Posteriorment, Ampère i i Maxwell els van els van unificar en la unificar en la TEORIA TEORIA ELECTROMAGNÈTICAELECTROMAGNÈTICA ..

EXPLICACIÓ DEL EXPLICACIÓ DEL MAGNETISME NATURALMAGNETISME NATURAL

Oesterd, segons els seus experiments, va Oesterd, segons els seus experiments, va proposar que el proposar que el magnetisme naturalmagnetisme natural es es produïa gràcies a produïa gràcies a petits corrents tancats a l’interior de la matèria. a l’interior de la matèria.

Els Els electronselectrons giren al voltant giren al voltant del nucli i sobre si mateixos del nucli i sobre si mateixos produïnt els produïnt els efectes magnètics..

A la majoria de les substàncies, aquests A la majoria de les substàncies, aquests petits imants microscopics estan orientats estan orientats a a l’atzar i els seus efectes es cancel·len. i els seus efectes es cancel·len.

Però les Però les substàncies ferromagnètiquessubstàncies ferromagnètiques tenen aquests tenen aquests petits imants orientats en el en el mateix sentit, cosa que fa que aquesta , cosa que fa que aquesta propietat es pugui observar propietat es pugui observar macroscòpicament. .

CAMP MAGNÈTICCAMP MAGNÈTIC

És la És la pertorbació a l’espai que un a l’espai que un imantimant o un o un corrent elèctriccorrent elèctric produeixen a l’espai que els produeixen a l’espai que els envolta.envolta.

És un És un CAMP DE FORCESCAMP DE FORCES ( (camp vectorial ).).

Les CAUSES que creen el camp són: que creen el camp són: CÀRREGUES EN MOVIMENTCÀRREGUES EN MOVIMENT ( (magnitud vectorial ).).

Això fa que Això fa que NO sigui un sigui un CAMP CONSERVATIU..

REPRESENTACIÓ DEL REPRESENTACIÓ DEL CAMP MAGNÈTICCAMP MAGNÈTIC

Les línies del camp magnètic són Les línies del camp magnètic són tancades

Sempre van del Sempre van del pol nordpol nord al al pol sudpol sud ..

Als Als corrents elèctricscorrents elèctrics segueixen segueixen la la regla de la ma dretaregla de la ma dreta

BRÚIXOLABRÚIXOLA- Va ser inventada a - Va ser inventada a China, ,

aproximadament al siglo IX amb el fi de aproximadament al siglo IX amb el fi de determinar les direccions en mar obert.determinar les direccions en mar obert.

- Inicialment va consistir en una Inicialment va consistir en una agulla imantadaagulla imantada surant a una surant a una vasija plena d’aigua. vasija plena d’aigua. - Després es substituir la vasija per un eix - Després es substituir la vasija per un eix

rotatori, i afegint una «rosa dels vents» rotatori, i afegint una «rosa dels vents»

Va suposar un gran avenç ja que va Va suposar un gran avenç ja que va permetre navegar amb temps ennigulat.permetre navegar amb temps ennigulat.

L’explicació la va donar L’explicació la va donar GilbertGilbert al al 1600 quan va suposar que la quan va suposar que la Terra és un Terra és un gran imantgran imant ..

Així el Així el pol nord geogràfic és el pol pol nord geogràfic és el pol sud magnèticsud magnètic i a l’in revés. i a l’in revés.

Encara que hagi una petita separació Encara que hagi una petita separació anomenada anomenada DECLINACIÓ MAGNÈTICA ..

El El CAMP MAGNÈTIC TERRESTRECAMP MAGNÈTIC TERRESTRE ens protegeix de les radiacions solars.ens protegeix de les radiacions solars.

Val Val 1010 - 5- 5 T: T: 100 vegades més feble que el 100 vegades més feble que el creat per un imant d’una joguina.creat per un imant d’una joguina.

Provoca el fenomen Provoca el fenomen de les de les AURORES AURORES POLARS:POLARS: - BOREALS- BOREALS - AUSTRALS- AUSTRALS

Pèrque una Pèrque una aurora polaraurora polar es produeix quan un vent es produeix quan un vent solar, que está format per partícules carregades solar, que está format per partícules carregades procedents del Sol, és guiat pel procedents del Sol, és guiat pel camp magnètic de la Terra de manera que incideix en la atmosfera a prop de manera que incideix en la atmosfera a prop dels pols, produint una dels pols, produint una llum difusallum difusa projectada en projectada en la la ionosfera terrestreionosfera terrestre..

Els Els colors de les aurorescolors de les aurores depenen de l’especie depenen de l’especie atòmica o molecular de la atmosfera que las partícules atòmica o molecular de la atmosfera que las partícules del vent solar excitan i del nivell d’energia que aquests del vent solar excitan i del nivell d’energia que aquests àtoms o molècules assoleixen. àtoms o molècules assoleixen.

Les auroras polars més freqüènts són:Les auroras polars més freqüènts són: - les d’àtoms d’- les d’àtoms d’oxígen , de color , de color verd groguenc . . - El - El blau s’origina als ions de la molècula d’ s’origina als ions de la molècula d’hidrògen .. En En Europa , l’aurora boreal es sol veure amb un to , l’aurora boreal es sol veure amb un to

vermell ..

GRAN ESPECTACLE DE GRAN ESPECTACLE DE LA NATURALESALA NATURALESA

FONTS DEL CAMP FONTS DEL CAMP MAGNÈTICMAGNÈTIC

LLEI DE BIOT I SAVARTLLEI DE BIOT I SAVART

CAMP MAGNÈTIC CREAT PER UN ELEMENT DE

CORRENT

Permeabilitat magnèticaPermeabilitat magnètica

La La permeabil itat magnètica del buitpermeabil itat magnètica del buit µ 0 és: és:

Km és la és la constant magnèticaconstant magnètica ..

CAMP MAGNÈTIC CREAT PER UNA CÀRREGA QUE ES MOU AMB UNA VELOCITAT

CAMP MAGNÈTIC CREAT PER UNA ESPIRA EN EL

CENTRE

FLUX MAGNÈTICFLUX MAGNÈTIC El El f lux magnèticflux magnètic que travessa una que travessa una

superfície tancada és superfície tancada és sempre ZEROsempre ZERO .. Aquest fet es deu a que les Aquest fet es deu a que les línies

d’inducció són són TANCADESTANCADES .. Així, el nombre de Així, el nombre de línies que entren dinslínies que entren dins una superfície tancadauna superfície tancada és el mateix nombre és el mateix nombre de línies que en surten.de línies que en surten.

LLEI D’AMPÈRELLEI D’AMPÈRE És basa en el concepte de És basa en el concepte de

CIRCULACIÓ DEL CAMP CIRCULACIÓ DEL CAMP MAGNÈTIC. MAGNÈTIC.

CAMP MAGNÈTIC CREAT PER UN CORRENT RECTILINI

INDEFINIT

ss

CAMP MAGNÈTIC CREAT PER UN SOLENOIDE

RECTILINI Helical coil (in English)Helical coil (in English)

CAMP MAGNÈTIC CREAT PER UN SOLENOIDE

TOROIDAL DDDD

FORÇA DE LORENTZFORÇA DE LORENTZ Acció del camp mgnètic sobre Acció del camp mgnètic sobre càrregues magnètiques en càrregues magnètiques en moviment.moviment.

- Si la - Si la càrregacàrrega està en està en repòsrepòs , , no hi hi actua actua cap força ..- Si la - Si la càrregacàrrega està en està en movimentmoviment amb una velocitat, experimenta una amb una velocitat, experimenta una força que té les següents que té les següents característiques:característiques:

La Força és La Força és α |q|, |v| i |B|. La Força és La Força és nul· la si la càrrega entra amb una si la càrrega entra amb una

velocitat ‖ al camp magnèticvelocitat ‖ al camp magnètic .. La Força és La Força és màxima si la càrrega entra amb si la càrrega entra amb

una una velocitat velocitat ++ al camp magnètical camp magnètic .. Sempre és és ++ alal pla pla que conté els vectors que conté els vectors

velocitat i camp magnèticvelocitat i camp magnètic .. Per tant, la Força és Per tant, la Força és sempre sempre ++ a la a la

trajectòriatrajectòria , per tant, , per tant, no realitza cap Treball ..

Per ser sempre Per ser sempre ++ al vector velocitat, al vector velocitat, NO pot modificar el mòdul de la velocitat però sí però sí la trajectòriala trajectòria ..

Tenint en compte totes aquestes dades Tenint en compte totes aquestes dades experimentals… la experimentals… la fórmulafórmula per calcular per calcular la la FORÇAFORÇA és: és:

I podem utilitzar I podem utilitzar LA REGLA DE MÀ LA REGLA DE MÀ ESQUERRAESQUERRA per saber la direcció de la per saber la direcció de la força en cada cas:força en cada cas:

Aquesta Aquesta regla s’utilitza si la càrrega és s’utilitza si la càrrega és POSITIVAPOSITIVA ..

Si la càrrega és Si la càrrega és NEGATIVANEGATIVA, el , el resultat serà el contrari del que ens doni la regla. del que ens doni la regla.

Per altre banda, s’ha de tenir en compte Per altre banda, s’ha de tenir en compte que si en la regió on es mou la càrrega hi que si en la regió on es mou la càrrega hi ha un ha un camp elèctriccamp elèctric, a més del , a més del camp camp màgnèticmàgnètic, llavors la , llavors la Força de LorentzForça de Lorentz serà:serà:

Per tant, una càrrega elèctrica que entra Per tant, una càrrega elèctrica que entra dins un camp magnètic té dins un camp magnètic té tres possibil i tats de moviment : :

1.-1.- Entra Entra ‖ al camp‖ al camp → no es veu → no es veu sotmesa a cap força magnètica → no sotmesa a cap força magnètica → no altera la trajectòria.altera la trajectòria.

2.-2.- EntraEntra ++ al campal camp → es veu sotmesa → es veu sotmesa a la força de Lorentz que l’obligarà a a la força de Lorentz que l’obligarà a seguir una trajectòria circularseguir una trajectòria circular

i, per tant, eni, per tant, en MCU MCU ..

La La força de Lorentzforça de Lorentz fa de fa de força força centrípetacentrípeta , per tant, podem calcular el , per tant, podem calcular el radi de la circumferència descrita per descrita per q ..

3.-3.- Entra en oblicuEntra en oblicu al camp al camp → es veu → es veu sotmesa a la força de Lorentz que sotmesa a la força de Lorentz que l’obligarà a seguir una l’obligarà a seguir una trajectòria trajectòria helicoïdalhelicoïdal ..

APLICACIONS DE LA APLICACIONS DE LA FORÇA DE LORENTZFORÇA DE LORENTZ

ESPECTRÒMETRE DE MASSES.ESPECTRÒMETRE DE MASSES.

Aston (1919)

APLICACIONS:APLICACIONS: Determinació i abundància d’isòtops d’un Determinació i abundància d’isòtops d’un

element químic en una mostra.element químic en una mostra. Identificació de composts químics a partir Identificació de composts químics a partir

de la seva massa atòmica o molecular.de la seva massa atòmica o molecular. DESCRIPCIÓ:DESCRIPCIÓ:

FUNCIONAMENT:FUNCIONAMENT:

MILLORA EN EL FUNCIONAMENTMILLORA EN EL FUNCIONAMENT.. Va consistir en introduïr un Va consistir en introduïr un selector de selector de

velocitatsvelocitats abans de fer-los passar per abans de fer-los passar per l’imant.l’imant.

RESULTATS:RESULTATS:

CICLOTRÓCICLOTRÓ INVENTOR: INVENTOR: E.O. Lawrence (1930)E.O. Lawrence (1930)

APLICACIONS:APLICACIONS: Permet accelerar, principalment i protons Permet accelerar, principalment i protons

deuterons (nuclis d’hidrogen pesant) fins a deuterons (nuclis d’hidrogen pesant) fins a aconseguir velocitats molt altes.aconseguir velocitats molt altes.

S’utilizen per a S’utilizen per a produïr materials radioactius amb aplicacions mèdiques..

Per investigar més sobre Per investigar més sobre l ’estructura de la matèria i l ’estudi sobre la Història de l ’Univers ..

DESCRIPCIÓ:DESCRIPCIÓ:

EE

NN

ACCELERADOR LINEALACCELERADOR LINEAL

ACCELERADOR CIRCULARACCELERADOR CIRCULAR

ESQUEMA REALESQUEMA REAL

ACCELERADOR CIRCULAR REALACCELERADOR CIRCULAR REAL

ALGUNS ACCELERADORS ALGUNS ACCELERADORS IMPORTANTSIMPORTANTS

ALBAALBA es la es la instalación española  ubicada  ubicada en Cerdanyola del Vallès, cerca de Barcelona.en Cerdanyola del Vallès, cerca de Barcelona.

Amb fins Amb fins

mèdics. mèdics.

The The ESRFESRF is an international research is an international research institute for cutting-edge science with institute for cutting-edge science with photons: Discovery of the structure and photons: Discovery of the structure and dynamics of our complex world, down to dynamics of our complex world, down to the single atom. the single atom.

Ubicat a Ubicat a GrenobleGrenoble(França)(França)

FERMILABFERMILAB Ubicat a Chicago (USA)Ubicat a Chicago (USA)

LHC (LARGE HADRONS LHC (LARGE HADRONS COLLIDER) CERNCOLLIDER) CERN

Ubicat a Geneve (Suïssa)Ubicat a Geneve (Suïssa)

Túnel de 37 km sota terra.Túnel de 37 km sota terra.

Túnel per dins.Túnel per dins.

Els detectors:Els detectors:

ATLASATLAS

CMSCMS

Si vols veure més, visita el blog:Si vols veure més, visita el blog:

www.lafisicaenrosa.blogspot.comwww.lafisicaenrosa.blogspot.com

La data: desembre de 2010.La data: desembre de 2010.

Utilitzarem la regla de la mà esquerra però Utilitzarem la regla de la mà esquerra però canviant la velocitat per la Intensitat.canviant la velocitat per la Intensitat.

FES CLICK FES CLICK

FORÇA MAGNÈTICA FORÇA MAGNÈTICA SOBRE UN ELEMENT DE SOBRE UN ELEMENT DE

CORRENT.CORRENT.

La llei física que la calcula és la mateixa La llei física que la calcula és la mateixa força de Lorentz però amb la dada de però amb la dada de la intensitat de corrent.la intensitat de corrent.

ACCIÓ DEL CAMP ACCIÓ DEL CAMP MAGNÈTIC SOBRE UNA MAGNÈTIC SOBRE UNA

ESPIRA.ESPIRA. L’espira experimenta L’espira experimenta un parell de

forces que la fan girar. que la fan girar.

En aquest efecte es basa el En aquest efecte es basa el GALVANÒMETRE : aparell que mesura : aparell que mesura corrents molt petits: corrents molt petits:

També es basen els motors elèctrics: També es basen els motors elèctrics:

FORCES ENTRE FORCES ENTRE CORRENTS PARAL·LELSCORRENTS PARAL·LELS

APLICACIONSAPLICACIONS

TREN DE LEVITACIÓ MAGNÈTICATREN DE LEVITACIÓ MAGNÈTICA

Rosa Mª Rodríguez García-CaroRosa Mª Rodríguez García-Caro

Professora de física i químicaProfessora de física i química

IES ALCÚDIAIES ALCÚDIA

ALCÚDIA (MALLORCA)ALCÚDIA (MALLORCA)