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TEMA 10
EL CAMPO MAGNÉTICO


1. Magnetismo

Los primeros efectos magnéticos ob-servados en la antigüedad estaban relaciona-dos con los imanes naturales, que son trozos de un mineral de hierro llamado magnetita. Los imanes tienen la propiedad de atraerse o repe-lerse entre sí y atraen también fragmentos de hierro.
Las zonas de un imán donde esta pro-piedad es más intensa se denominanpolos magnéticos. La experiencia muestra que hay dos tipos de polos, que se representan con las letras N y S (norte y sur). El nombre deriva del hecho de que una imán, si puede girar libre-mente en torno a la vertical, se orienta siempre con uno de sus polos en dirección muy próxima al norte geográfico. Esto prueba que la Tierra misma es un gran imán.
Los imanes tienen dos polos opuestos en susextremos. Cuando acercamos dos ima-nes, se atraen o se repelen entre sí, depen-diendo de que los polos más próximos sean distintos o no:
- Los polos magnéticos iguales se repelen y los polos distintos se atraen.
La fuerza magnética se estudió inicial-mente asociando una masa o carga magnética a los polos y midiendo la fuerza entre ellos en función de la distancia. Se llega así a resulta-dossimilares a los de la ley de Coulomb para la electrostática.
Pero, a diferencia de las cargas eléctri-cas positivas y negativas, que se pueden aislar y medir independientemente, los polos magné-ticos nunca se presentan por separado: si divi-dimos un imán por la mitad no obtenemos un polo norte y otro sur, sino dos nuevos imanes, cada uno con sus dos polos. Tampoco se han encontrado partículas elementalescon un solo tipo de "carga magnética" (monopolos).
La razón es que el magnetismo es una propiedad de las cargas eléctricas, que se pone de manifiesto cuando están en movimiento res-pecto al observador.
Sin embargo, hasta 1820 no se demos-tró la relación entre electricidad y magnetismo, cuando H. Oersted observó que una brújula se desviaba en las proximidades de un cable que transportabacorriente. En 1830, M. Faraday observó el efecto inverso: la aparición de co-rrientes eléctricas inducidas por campos mag-néticos variables. Los dos experimentos sugie-

ren una conexión entre magnetismo y cargas en movimiento.
En la actualidad se sabe que todos los fenómenos magnéticos tienen la misma causa, incluyendo el magnetismo natural, cuyo origen está en el movimiento de los electrones queforman parte de los átomos.

2. Fuerza magnética sobre una carga

Tanto los imanes naturales como las corrientes eléctricas se atraen o se repelen a distancia, lo mismo que ocurría con la fuerza de Coulomb entre cargas eléctricas en reposo. Entonces, al describir la interacción electros-tática, se utilizó el concepto de campo. Segui-remos aquí el mismo esquema, estudiando el magnetismo en dosfases:
- Una carga móvil, corriente eléctrica o imán crean una campo magnético en el espacio que les rodea.
- Dicho campo ejerce una fuerza sobre cual-quier carga móvil, corriente o imán que esté bajo su influencia.
El campo magnético es una magnitud vectorial que se designa con el símbolo B(r).
Empezaremos el estudio de la interac-ción magnética considerando la fuerza sobre una partícula decarga q que se mueve con ve-locidad v en el seno de un campo B que puede ser, por ejemplo, el que existe entre los polos de un imán (figura 1).



Figura 1
La fuerza resulta ser proporcional a la carga q y al módulo de la velocidad v ; pero también depende de la dirección en que se mueva la partícula. En particular, no aparece ninguna fuerza cuando el movimiento es en la dirección que va de unpolo magnético al otro; por el contrario, F es máxima si la partícula se mueve perpendicularmente a dicha dirección, que identificamos como dirección del campo B (el sentido se toma de polo norte a polo sur).
Para una dirección cualquiera, la mag-nitud de la fuerza es proporcional a la compo-nente de la velocidad perpendicular al campo, v = v sen . La componente de v paralela a B no tiene...