EXPERIMENTO DE CIENCIAS NATURALES
LA FUERZA DE LORENTZ EN UN LÍQUIDO
LA FUERZA DE LORENTZ EN UN LÍQUIDO
Tema: Fuerza Electromagnética – Camo !agnético – Electro"u#mica Introducc!n: Lo$ rim rimero$ ro$ inte intent nto$ o$ %e %e$cri& ri&ir cuantitati'amente la (uerza electromagnética $e )icieron en el $iglo *+II, -e ro rou$ u$o o "ue "ue la (uer (uerza za %e lo$ lo$ olo olo$$ magnético$. or /o)ann To&#a$ !a0er 0 otro$ en 1234. 0 lo$ o&5eto$ con carga eléctrica. or 6enr0 Ca'en%i$) en 1237. o&e%eci8 a una una le0 le0 %el %el in'e in'er$ r$o o %el %el cua% cua%ra ra%o %o,, -in -in em&a em&arg rgo. o. en am&o am&o$$ ca$ ca$o$. o$. la rue rue&a &a e9erim rimenta ntal no era ni comle mleta ta ni conclu0ente, No (ue $ino )a$ta 12:; cuan%o C)arle$
(uerza. ara %e$ué$ %ar$e comleta %e$crici8n matem>tica %e Lor% ?el'in 0 /ame$ Cler@ !a9ell, De$%e una er$ecti'a mo%erna e$ o$i&le i%enti=car en 1:3B (ormulaci8n %e $u$ ecuacione$ %e camo %e una (orma %e la ecuaci8n %e (uerza %e Lorentz en relaci8n a la$ corriente$ eléctrica$ %e !a9ell. $in em&argo. en el momento %e !a9ell no era e'i%ente c8mo $u$ ecuacione$ relaciona%a$ con la$ (uerza$ en mo'er o&5eto$ carga%o$, // T)om$on
ltimo. en 1:7. 6en%ri@ Lorentz %eri'a la (orma mo%erna %e la (8rmula ara la (uerza electromagnética "ue inclu0e la$ contri&ucione$ a la (uerza total. tanto %e la eléctrica 0 lo$ camo$ magnético$, Lorentz comenz8 al a&an%onar la$ %e$cricione$ ma9elliana$ %el éter 0 la con%ucci8n, En cam&io. Lorentz )ace una %i$tinci8n entre la materia 0 el éter lum#nico 0 trat8 %e alicar la$ ecuacione$ %e !a9ell en una e$cala micro$c8ica, Al u$ar la
(uerza. ara %e$ué$ %ar$e comleta %e$crici8n matem>tica %e Lor% ?el'in 0 /ame$ Cler@ !a9ell, De$%e una er$ecti'a mo%erna e$ o$i&le i%enti=car en 1:3B (ormulaci8n %e $u$ ecuacione$ %e camo %e una (orma %e la ecuaci8n %e (uerza %e Lorentz en relaci8n a la$ corriente$ eléctrica$ %e !a9ell. $in em&argo. en el momento %e !a9ell no era e'i%ente c8mo $u$ ecuacione$ relaciona%a$ con la$ (uerza$ en mo'er o&5eto$ carga%o$, // T)om$on (ue el rimero en intentar %eri'ar %e la$ ecuacione$ %e camo %e !a9ell la$ (uerza$ electromagnética$ en un o&5eto carga%o en mo'imiento en cuanto a la$ roie%a%e$ %el o&5eto 0 camo$ e9terno$, T)om$on %eri'a la (orma &>$ica correcta %e la (8rmula. ero. a cau$a %e alguno$ errore$ %e c>lculo 0 una %e$crici8n incomleta %e la corriente %e %e$lazamiento. inclui%o un (actor %e e$cala incorrecta %e un me%io en el (rente %e la (8rmula, Fue Oli'er 6ea'i$i%e. "ue )a&#a in'enta%o la notaci8n 'ectorial mo%erna 0 la$ )a alica%o a la$ ecuacione$ %e camo %e !a9ell. "ue en 1::B 0 1:: =5a lo$ errore$ %e %eri'aci8n %e T)om$on 0 lleg8 a la (orma correcta %e la (uerza magnética $o&re un o&5eto carga%o mo'imiento, or
ltimo. en 1:7. 6en%ri@ Lorentz %eri'a la (orma mo%erna %e la (8rmula ara la (uerza electromagnética "ue inclu0e la$ contri&ucione$ a la (uerza total. tanto %e la eléctrica 0 lo$ camo$ magnético$, Lorentz comenz8 al a&an%onar la$ %e$cricione$ ma9elliana$ %el éter 0 la con%ucci8n, En cam&io. Lorentz )ace una %i$tinci8n entre la materia 0 el éter lum#nico 0 trat8 %e alicar la$ ecuacione$ %e !a9ell en una e$cala micro$c8ica, Al u$ar la 'er$i8n %el 6ea'i$i%e %e la$ ecuacione$ %e !a9ell ara un éter e$tacionario 0 la alicaci8n %e la mec>nica lagrangiana. Lorentz lleg8 en la (orma correcta 0 comleta %e la le0 %e la (uerza "ue a)ora lle'a $u nom&re,
O"#et$o: Determinar me%iante la e9eriencia la Fuerza %e lorentz. la interacci8n %e lo$ camo$ magnético$ con la$ carga$ eléctrica$ 0 $u$ e(ecto$ en lo$ cuero$ $8li%o$ 0 l#"ui%o$,
Fundamento Te!rco: !uc)o$ (en8meno$ magnético$ $e e9lican or el $iguiente )ec)o
Cuando una corriente eléctrica fuye en un conductor que está inmerso en un campo magnético, el conductor experimenta una uerza.
E$ta (uerza $e conoce como Fuerza %e Lorentz, La %irecci8n 0 $enti%o %e e$ta$ tre$ canti%a%e$ $e relacionan entre $#. 0a "ue $on 'ectore$
En la ecuaci8n anterior. F e$ la (uerza. % e$ la carga. E el camo eléctrico. & la 'eloci%a% %e la corriente 0 ' el camo magnético, En el ca$o mo$tra%o no tenemo$ carga % ni camo eléctrico,
ilu$tra en la =gura, Colocan%o la mano iz"uier%a como $e mue$tra. $i auntamo$ el %e%o #n%ice en %irecci8n %el camo magnético 0 el cor%ial o me%io en %irecci8n %e la corriente. entonce$ el ulgar no$ $eHalar> la %irecci8n en "ue $e ro%uce la (uerza,
Marco Ana()tco:
Le0 %e la (uerza %e Lorentz
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E$ (>cil recor%ar la$ %ireccione$ utilizan%o una regla mnemotécnica conoci%a como la Gregla %e la mano iz"uier%a %e FlemingG. 0 "ue $e
Te!rco
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*+ Fuerza e$t> %a%a en Neton N %+ Carga eléctrica e$t> %a%a en Coulom& C $+ +eloci%a% e$t> %a%a en
metro$
$egun%o
mJ$
$o&re
•
'+
Camo magnético
e$t> %a%a en Te$la$ •
T E+ eléctrico
Camo
E9re$i8n en mo%ulo
Cuan%o la % e$ o$iti'a la art#cula ten%r> una tra0ectoria circular con $enti%o contrario a la$ agu5a$ %el relo5,
B
f =q ∙ ( E + v ∙ B ) sin ( v )
E9re$amo$ la $egun%a le0 %e Neton en la %irecci8n normal
Cuan%o la % e$ negati'a la art#cula ten%r> una tra0ectoria circular con $enti%o %e giro %e la$ agu5a$ %el relo5,
Como la 'eloci%a% $ 0 el camo ' $on eren%iculare$. el m8%ulo %e F $er> igual a q.v.B. or lo "ue el ra%io %e la tra0ectoria circular e$
Matera(e,: -e ue%e tam&ién calcular el erio%o T %el mo'imiento
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Tran$(orma%or 774 + JAC
E,%uema:
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Recti=ca%or %e AC a CD Relé temoriza%or 4$ a 34$ Tre$ (oco$ %e $eHal C77 Un im>n comn 0 un im>n %e neo%imio Un 'a$o %e l>$tico Do$ 'arilla$ %e co&re Agua %e 14 mm a 1Bmm Una cuc)ara %e $al
E-.erenca: +amo$ a mo$trar un e9erimento en el "ue )acemo$ Kuir una corriente eléctrica en un l#"ui%o. 0 alicamo$ un camo magnético al mi$mo,
E$te camo magnético interacta con la corriente en el l#"ui%o 0 $e ro%uce una (uerza en el l#"ui%o. la cual crea corriente$ en el mi$mo, +eamo$ el $iguiente e$"uema
En un reciiente %e l>$tico. colocamo$ agua con $al, El agua $ala%a con%uce la electrici%a%, El reciiente cuenta con %o$ terminale$ "ue llegan )a$ta el (on%o. %e mo%o "ue "ue%an inmer$a$ en el l#"ui%o, Alicamo$ al mi$mo un 'olta5e %e 7; 'olt$ %e corriente %irecta, De inme%iato 'emo$ "ue $e emiezan a (ormar &ur&u5a$ en la$ terminale$. ro%ucto %e la corriente eléctrica "ue circula or el agua $ala%a, -i a)ora colocamo$ un im>n %e&a5o %el reciiente. entonce$ $e ro%uce la (uerza %e Lorentz. "ue emerge %e la interacci8n %e la corriente I con el camo magnético B,
-i 'emo$ el reciiente %e$%e arri&a. la corriente circula %e iz"uier%a a %erec)a. mientra$ "ue el camo magnético no $e mue$traM 'iene %e a&a5o )acia arri&a, E$to genera. $egn la regla %e la mano iz"uier%a. una (uerza en el l#"ui%o "ue 'a en el $enti%o mo$tra%o, El l#"ui%o $e mo'er> %e un e9tremo %el reciiente )acia el otro. llegar> a la are% 0 %ar> la 'uelta. con lo "ue $e (orman %o$ remolino$ en el reciiente, En lo$ electro%o$ tienen lugar tam&ién roce$o$ electro"u#mico$, En uno $e ro%uce una reacci8n %e o9i%aci8n %e lo$ ione$M 0 en el otro una re%ucci8n, -i la %i$oluci8n e$ %e an)#%ri%o cl8rico. 'eremo$ c8mo en uno %e lo$ electro%o$ en el negati'oM lo$ ione$ Cu7 $e tran$(orman en Cu metalM 0 $e %e$ren%e un ol'illo %e color ro5izo, -i $e utilizan otra$ %i$olucione$. en lo$ electro%o$ $e %e$ren%er>n otra$ $u$tancia$,
Conc(u,one,: !e%iante el e9erimento u%imo$ comro&ar como interacta lo$ camo$ magnético$ con lo$ camo$ eléctrico %an%o lugar a la llama%a (uerza %e Lorentz. a%em>$ tam&ién 'imo$ lo$ cam&io$ electro"u#mico$ %e o9i%aci8n 0 re%ucci8n "ue $u(re el agua 0 la$ terminale$ %e co&re. cuan%o a$a una corriente eléctrica or me%io %e un camo magnético,
A.(cacone,: La alicaci8n m>$ imortante e$ ara la (a&ricaci8n %e motore$ eléctrico$ mo%erno$ "ue (uncionan &a5o el rinciio %e la (uerza %e Lorentz, Un %i$o$iti'o e9erimental &a$a%o en e$te (en8meno $e %enomina cc(otr!n. $u alicaci8n m>$ imortante e$ la %e ace(erador de .art)cu(a, carga%a$ ara &om&ar%ear ncleo$ at8mico$ 0 ro'ocar reaccione$ nucleare$, ara ello $e %e&e com&inar el camo magnético con un camo eléctrico, Otra alicaci8n %el mo'imiento %e una carga en un camo magnético e$ el e,.ectr!metro de ma,a,,
Ta&la %e conteni%o INDICE
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TEMA0
INTRODUCCION 012 O'3ETI&O 4 FUNDAMENTO TEORICO 415 FUNDAMENTO ANALITICO 61718 MATERIALES
9
ESQUEMA / EXPERIENCIA
//1/0
CONCLUSIONES /2 APLICACIONES
/2
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