Flashcards - Campo Magnético
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¿Cuál es la expresión de la fuerza magnética sobre una carga en movimiento?
La fuerza magnética sobre una carga q que se mueve con velocidad \(\vec{v}\) en un campo magnético \(\vec{B}\) es:
Esta fuerza es perpendicular tanto a la velocidad como al campo magnético.
¿Cuáles son las unidades del campo magnético en el SI y cómo se relacionan con el gauss?
La unidad del SI es el tesla (T):
El gauss (G) es otra unidad común:
¿Cómo se calcula la fuerza magnética sobre un conductor recto que transporta corriente?
Para un segmento recto de longitud L que transporta corriente I:
donde \(\vec{L}\) es un vector en la dirección de la corriente.
¿Qué tipo de movimiento describe una carga que entra perpendicularmente a un campo magnético uniforme?
Describe un movimiento circular uniforme. El radio de la trayectoria es:
donde m es la masa, v la velocidad, q la carga y B la intensidad del campo.
¿Cuál es el periodo de ciclotrón y de qué depende?
El periodo de ciclotrón es el tiempo para completar una órbita circular:
Depende de la relación carga/masa (\(q/m\)) y del campo B, pero es independiente de la velocidad y del radio.
¿Qué es un selector de velocidades y cómo funciona?
Es un dispositivo que usa campos eléctrico y magnético cruzados para seleccionar partículas con velocidad específica:
Cuando las fuerzas eléctrica y magnética se equilibran, las partículas con esta velocidad pasan sin desviarse.
¿Cómo se define el momento dipolar magnético de una espira de corriente?
Para una espira con N vueltas, área A y corriente I:
donde \(\hat{n}\) es el vector unitario normal a la espira, determinado por la regla de la mano derecha.
¿Qué torque experimenta una espira de corriente en un campo magnético?
El torque sobre una espira con momento magnético \(\vec{\mu}\) es:
Este torque tiende a alinear el momento magnético con el campo.
¿Cuál es la energía potencial de un dipolo magnético en un campo magnético?
La energía potencial de un dipolo magnético es:
donde \(\theta\) es el ángulo entre \(\vec{\mu}\) y \(\vec{B}\).
¿En qué consiste el efecto Hall y para qué se utiliza?
Es la separación de cargas en un conductor debido a la fuerza magnética sobre portadores en movimiento. El voltaje Hall es:
Se usa para determinar el signo y densidad de portadores, y para medir campos magnéticos.
¿Qué movimiento describe una carga cuya velocidad no es perpendicular al campo magnético?
Describe un movimiento helicoidal. La componente paralela al campo permanece constante, mientras la perpendicular causa rotación. El radio es:
¿Cómo funciona un espectrómetro de masas?
Acelera iones mediante un voltaje ΔV, luego los hace pasar por un campo B donde describen órbitas circulares. La relación masa/carga es:
¿Qué es un ciclotrón y cómo acelera partículas?
Es un acelerador de partículas que usa un campo magnético constante y un campo eléctrico alterno. Las partículas siguen trayectorias espirales, ganando energía cada vez que cruzan el espacio entre las "des".
¿Cuál es la expresión de la fuerza sobre un elemento infinitesimal de corriente?
Para un elemento \(d\vec{\ell}\) que transporta corriente I:
Esta es la forma diferencial de la fuerza magnética sobre conductores.
¿Cuáles son las propiedades de las líneas de campo magnético?
- Son cerradas (no tienen principio ni fin)
- Su densidad indica la intensidad del campo
- Nunca se cruzan
- Salen del polo norte y entran en el polo sur
- Son perpendiculares a la fuerza magnética
¿Qué es una botella magnética y cómo confina partículas?
Es una configuración de campo magnético con regiones de intensidad variable. Las partículas cargadas quedan atrapadas oscilando entre puntos donde el campo es más intenso, siguiendo trayectorias en espiral alrededor de las líneas de campo.
¿Cuál es la frecuencia de ciclotrón y su expresión?
Es la frecuencia angular del movimiento circular de una carga en campo magnético:
o en Hz: \(f = \frac{qB}{2\pi m}\). Es independiente de la velocidad y del radio.
¿Cómo se determina la densidad de portadores usando el efecto Hall?
La densidad numérica de portadores es:
donde I es la corriente, B el campo, t el espesor, e la carga del electrón y \(V_H\) el voltaje Hall.
¿Cuál es la magnitud del torque sobre una espira rectangular en un campo magnético?
Para una espira con N vueltas, área A, corriente I, formando ángulo θ con B:
El torque es máximo cuando θ = 90° y cero cuando θ = 0° o 180°.
Menciona algunas aplicaciones prácticas de los campos magnéticos.
Motores eléctricos, generadores, espectrómetros de masas, resonancia magnética nuclear (RMN), confinamiento de plasma en fusión nuclear, brújulas, altavoces, y dispositivos de almacenamiento magnético.
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