Estudiante

Capítulo 7

CAMPO MAGNÉTICO

El magnetismo se conoce desde hace mas de mil años. La gente observaba que existían ciertas piedras que atraían pedazos de hierro. Los antiguos griegos tenían el conocimiento de la brújula magnética y la usaban para facilitar la navegación. En 1269, el científico francés Pierre de Maricourt trazó las direcciones de la aguja de una brújula colocándola en diferentespuntos alrededor de un imán esférico. El encontró que las direcciones formaban líneas que encerraban a la esfera y todas las líneas pasaban por dos puntos del imán diametralmente opuestos, a los cuales llamó polos del imán. Cualquier imán tiene dos polos: norte y sur, que corresponden a las cargas magnéticas. Se observó que los polos magnéticos siempre se encuentran en pares, es decir, no puedenaislarse: el polo sur no puede existir aislado, sin el polo norte. El conjunto de líneas trazadas por Pierre de Maricourt describen el campo magnético de un imán. Anteriormente hemos descrito la interacción entre las cargas eléctricas en términos del campo eléctrico. La interacción entre las cargas magnéticas puede ser descrita, de manera similar, en términos del campo magnético.

Un campomagnético puede ser producido por una carga magnética (imán) o por una carga eléctrica en movimiento (el segundo fenómeno fue descubierto al principios del siglo XIX). El campo magnético puede ser producido por corrientes eléctricas que a fin de cuentas son cargas eléctricas en movimiento. Como las cargas eléctricas interactúan entre sí a través del campo eléctrico, del mismo modo, las cargas magnéticasy las cargas eléctricas en movimiento interactúan entre sí a través del campo magnético.

Fuerza magnética sobre una carga puntual en movimiento

La expresión para la fuerza magnética que actúa sobre una carga puntual en movimiento se obtuvo experimentalmente. Vamos a tratar de simular este experimento aquí. Con unos imanes vamos a producir un campo magnético en cierta región del espacio.La dirección de este campo se indica en la figura y vamos a dejar entrar a esta región una carga puntual positiva q, moviéndose con una cierta velocidad . Podemos medir la aceleración de la partícula y, conociendo su masa, definir la fuerza magnética a través de la segunda ley de Newton. Asimismo, podemos variar tanto el campo magnético (cambiando los imanes por unos más o menos potentes), como lamagnitud y signo de la carga, su velocidad inicial y el ángulo entre el campo magnético y la velocidad. Si llevamos a cabo este experimento, se van a observar las siguientes características:

1. La magnitud de la fuerza va a ser proporcional a la magnitud de la carga, a su velocidad y a la intensidad del campo magnético.

2. La magnitud de la fuerza dependerá del ángulo que forma lavelocidad inicial de la partícula con el campo magnético: si la velocidad de la partícula es paralela ó antiparalela al campo, la fuerza magnética será cero; y se observará la fuerza magnética máxima cuando la velocidad de la partícula sea perpendicular al campo.

3. La dirección de la fuerza magnética es perpendicular tanto al campo magnético, como a la velocidad (ver la figura a continuación);además, la fuerza magnética sobre una carga positiva tiene dirección contraria a la de la fuerza magnética sobre una carga negativa que se mueve en la misma dirección.

La fuerza magnética es perpendicular a la velocidad de la carga y al campo
magnético, así, en el dibujo se dirige hacia afuera de la hoja. Eso se puede
reducir a una expresión: FB = qvB sen o bien: = q [ x ]La magnitud de : B = F .
qv sen Las unidades del campo magnético son Teslas.



Fuerza de Lorentz

Por lo general, los campos eléctricos y magnéticos no existen por separado, en la naturaleza siempre existe una combinación de los dos. Por lo tanto, una...