Tiene ciertas características, tal como se menciona a continuación: en el exterior del imán, cada línea se orienta desde el polo norte al polo sur. Las líneas son cerradas, es decir, no se interrumpen en la superficie del imán.El vector de campo magnético en cada punto del espacio es tangente a la línea de campo que pasa por ese punto.
La cantidad de líneas por unidad de área en la vecindad de un punto es proporcional a la intensidad de campo en dicho punto.
Las líneas nunca se interceptan ni se cruzan en ningún punto del espacio.
Propiedad física generada en una región del espacio por un imán o una corriente eléctrica, que ejerce una fuerza sobre cuerpos cargados o imantados ubicados en las cercanías.
Campo magnético creado por una corriente eléctrica
En torno a un alambre recto y muy largo, por el cual circula corriente, se producen líneas de inducción que corresponden a círculos concéntricos al conductor; el campo magnético B es tangente a ellas.
Su módulo se calcula mediante la siguiente fórmula:
B= ?o · i 2? · r
Donde
i = intensidad de corriente. r = distancia donde se mide el campo. ?o = permeabilidad magnética en el vacío = 4? · 10-7 (T·m/A) La unidad del campo magnético en el Sistema Internacional es Tesla.
Además, se tiene que Tesla = (Newton/Ampere · m). También se utiliza el Gauss = 10-4 Tesla (aunque esta unidad no pertenece al sistema internacional).
Campo magnético creado por una corriente eléctrica
Ya sabemos que un campo magnético, creado por una corriente que circula por un conductor, tiene la forma de circulos concéntricos en torno al conductor, tal como muestra la figura. Pero ¿cómo podemos determinar el sentido de dicho campo magnético? El sentido del campo magnético depende del sentido de circulación de la corriente a través del conductor. Para ello se aplica la regla de Ampere, que establece: “Al situar el dedo pulgar de la mano derecha paralelo al conductor y apuntando en el sentido de la corriente, los cuatro dedos restantes indicarán el sentido de las líneas de inducción y, en consecuencia, el sentido del campo magnético”.
También es importante mencionar que mientras más cercano el campo magnético al conductor, mayor es su intensidad.
La fuerza magnética de Lorentz se puede calcular mediante la siguiente ecuación si conocemos ciertas variables, tales como la cantidad de carga que se mueve, la velocidad que lleva dicha carga, el campo magnético donde se sitúa la carga y el ángulo entre la velocidad y el campo magético.
La ecuación para determinar el módulo de la fuerza de Lorentz es:
F= q · v · B · sen?
Donde
q = carga. v = rapidez de la carga. B = campo magnético. ? = el menor ángulo entre v y B
Las unidades más utilizadas para medir la Fuerza de Lorentz, según los sistemas de unidades, son las siguientes:
- En el sistema internacional (S.I.) se utiliza: Newton. - En el sistema cegesimal (CGS) se utiliza: dina.
Estudiaremos cuándo la fuerza magnética de Lorentz es máxima, es decir, cuándo el ángulo es ? = 90º, entre el campo magnético (B) y la velocidad (v) de la carga.
Fuerza magnética sobre una carga
La dirección de la fuerza siempre es perpendicular a la velocidad y al campo magnético. Si la carga q es negativa, el sentido de la fuerza se determina con la regla de la mano derecha.
Donde
- Fuerza = dedo pulgar. - Campo magnético (B) = dedo índice. - Rapidez de la carga (v) = dedo medio
Es importante saber que trabajaremos con estos tres vectores, los cuales son perpendiculares entre sí, lo que implica que uno de los tres vectores siempre estará saliendo o entrando de nuestra hoja. Para ello, utilizaremos la siguiente notación:
= vector saliendo de la hoja.
= vector entrando a la hoja.
Trayectoria sobre una carga negativa (-q)
Si la velocidad (v) es perpendicular al campo magnético (B), describe una trayectoria circular de radio r y en sentido de las manecillas del reloj.
La fuerza de Lorentz (F) actúa como fuerza centrípeta, apuntando siempre hacia el centro de la circunferencia.
Fuerza magnética sobre una carga positiva
La dirección de la fuerza siempre es perpendicular a la velocidad y al campo magnético. Si la carga q es positiva, el sentido de la fuerza se determina con la regla de la mano izquierda.
Resolvamos el ejercicio nº 8 de la guía nº 12
- Fuerza = dedo pulgar. - Campo magnético (B) = dedo índice. - Rapidez de la carga (v) = dedo medio.
Trayectoria sobre una carga positiva (+q)
Si la velocidad (v) es perpendicular al campo magnético (B), describe una trayectoria circular de radio r y en sentido CONTRARIO a las manecillas del reloj.
La fuerza de Lorentz (F) actúa como fuerza centrípeta, apuntando siempre hacia el centro de la circunferencia.
Para la acción de un campo magnético sobre una partícula de carga positiva q+ y otra negativa q- experimentando una fuerza magnética, es posible afirmar que
I. en I, la velocidad de la partícula es hacia fuera de la página. II. en II, el campo magnético apunta hacia la derecha. III. en ambos casos, la velocidad apunta hacia dentro de la página.
Es (o son) incorrecta(s): A) Sólo I B) Sólo II C) Sólo III D) Sólo I y II E) Sólo II y III
La alternativa correcta es la A, ya que la alternativa I es falsa, pues la velocidad de la partícula es hacia adentro de la página (aplicando regla de la mano izquierda para cargas positivas). La alternativa II es verdadera, pues el campo masgnético apunta hacia la derecha (aplicando regla de la mano derecha para cargas negativas). La alternativa III es verdadera, pues, aplicando la regla de la mano izquierda en el caso I y la regla de la mano derecha para en el caso II, en ambos casos la velocidad apunta hacia dentro de la página.
Trayectoria sobre una carga
Sin importar el signo de la carga, el radio r, que describe la trayectoria circular, se determina por la siguiente expresión:
r= m · v q · B
Donde
q = carga. v = rapidez de la carga. B = campo magnético. m = masa de la carga.
Fuerza entre dos conductores rectilíneos
Dos conductores de largo (l), portando corrientes eléctricas y próximos entre sí, experimentan una fuerza ATRACTIVA cuando las corrientes tienen el mismo sentido. La fuerza será REPULSIVA si las corrientes tienen sentidos opuestos.
El módulo de la fuerza es:
F= i2 · l · B1
i2= corriente producida por el conductor 2. l = largo del conductor. B1 = campo magnético del conductor 1.
= vector saliendo de la hoja.
= vector entrando a la hoja.
magnética, es posible afirmar que
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