Física de 2º: problemas de campo magnético e inducción

El electromagnetismo ocupa buena parte del bloque B de la Física de 2º de Bachillerato y en la PAU de Física suele aparecer como problema completo: una partícula cargada que entra en un campo magnético, dos corrientes que interaccionan o un circuito en el que se induce una fuerza electromotriz. Este material reúne problemas numéricos de ese tipo para practicar después de haber estudiado la teoría del campo magnético y de la inducción.

El cuestionario tiene doce problemas. En la parte de cargas en movimiento calcularás el radio de la trayectoria de un electrón acelerado por una diferencia de potencial, el periodo de una partícula alfa (y comprobarás que no depende de la velocidad), la velocidad que deja pasar un selector de velocidades y la separación de dos isótopos en un espectrómetro de masas. En la parte de corrientes obtendrás el campo en el interior de un solenoide, la fuerza sobre un conductor inclinado respecto al campo, la fuerza por unidad de longitud entre dos hilos paralelos (con su carácter atractivo o repulsivo) y el punto entre dos hilos donde el campo total se anula. En la parte de inducción aplicarás la ley de Faraday a una espira y a una bobina con campo variable, calcularás la fuerza electromotriz máxima de un alternador y resolverás el circuito de una varilla que se desliza sobre raíles: intensidad, fuerza necesaria y balance de potencias. Los distractores reproducen errores típicos como olvidar el número de espiras, usar la frecuencia en lugar de la pulsación o confundir radio y diámetro.

Las tarjetas de memoria repasan el radio y el periodo de una carga en un campo magnético, el selector de velocidades, la fuerza sobre un conductor, el campo de un hilo y de un solenoide, la fuerza entre hilos paralelos, el flujo magnético, la ley de Faraday-Lenz, la fuerza electromotriz de una varilla y de un alternador, y la relación de transformación.

El trabajo escrito plantea ocho tareas para resolver a mano: un protón acelerado que entra en un campo magnético (velocidad, radio, periodo y trabajo de la fuerza magnética), la explicación del funcionamiento de un espectrómetro de masas, una espira que entra en un campo con aplicación de la ley de Lenz, la fuerza electromotriz de una espira con campo sinusoidal, un transformador ideal, la definición del amperio a partir de la fuerza entre corrientes, la justificación energética de la ley de Lenz y la comparación del movimiento de una carga en un campo eléctrico y en uno magnético.

Los datos necesarios (carga y masas de las partículas, ${\mu }_0$) se dan en cada enunciado, con coma decimal y unidades del Sistema Internacional. El material sirve para entrenar el planteamiento ordenado que se pide en una respuesta de examen.

• Calcular radio, periodo y velocidad de partículas cargadas en campos magnéticos, incluidos el selector de velocidades y el espectrómetro de masas.
• Calcular el campo de hilos y solenoides, la fuerza sobre un conductor y la fuerza entre corrientes paralelas.
• Aplicar la ley de Faraday-Lenz para obtener la fuerza electromotriz inducida y su sentido.
• Resolver circuitos con una varilla móvil y calcular la fuerza electromotriz de un alternador.
• Aplicar la relación de transformación de un transformador ideal.

Material de práctica elaborado por Zestly a partir de los saberes básicos del bloque B (Campo electromagnético: cargas en campos magnéticos, campos creados por corrientes y generación de la fuerza electromotriz) de Física de 2º de Bachillerato, Real Decreto 243/2022.