Magnetismo

-------------------------------------------------
Breve explicación del magnetismo
Cada electrón es, por su naturaleza, un pequeño imán (véase Momento dipolar magnético electrónico). Ordinariamente, innumerables electrones de un material están orientados aleatoriamente en diferentes direcciones, pero en un imán casi todos los electrones tienden a orientarse en la misma dirección, creando unafuerza magnética grande o pequeña dependiendo del número de electrones que estén orientados.
El magnetismo es uno de los aspectos del electromagnetismo, que es una de las fuerzas fundamentales de la naturaleza. Las fuerzas magnéticas son producidas por el movimiento de partículas cargadas, como por ejemplo electrones, lo que indica la estrecha relación entre la electricidad y el magnetismo. Elmarco que enlaza ambas fuerzas, es el tema de este curso, se denomina teoría electromagnétic. La manifestación más conocida del magnetismo es la fuerza de atracción o repulsión que actúa entre los materiales magnéticos como el hierro. Sin embargo, en toda la materia se pueden observar efectos más sutiles del magnetismo. Recientemente, estos efectos han proporcionado claves importantes para comprenderla estructura atómica de la materia.
Además del campo magnético intrínseco del electrón, algunas veces hay que contar también con el campo magnético debido al movimiento orbital del electrón alrededor del núcleo. Este efecto es análogo al campo generado por una corriente eléctrica que circula por una bobina (ver dipolo magnético). De nuevo, en general el movimiento de los electrones no da lugara un campo magnético en el material, pero en ciertas condiciones los movimientos pueden alinearse y producir un campo magnético total medible.
El comportamiento magnético de un material depende de la estructura del material y, particularmente, de la configuración electrónica.
El campo magnético

Una barra imantada o un cable que transporta corriente pueden influir en otros materialesmagnéticos sin tocarlos físicamente porque los objetos magnéticos producen un ‘campo magnético’. Los campos magnéticos suelen representarse mediante ‘líneas de campo magnético’ o ‘líneas de fuerza’. En cualquier punto, la dirección del campo magnético es igual a la dirección de las líneas de fuerza, y la intensidad del campo es inversamente proporcional al espacio entre las líneas.

Fuerzas Magnéticasentre distribuciones de corriente
La expresión básica para el cálculo de fuerzas magnéticas es la fuerza de Lorentz:
Que como :

En el caso de las dos distribuciones de la figura, la fuerza que ejerce la distribución 1 sobre la 2 es:

Si el volumen encierra a la distribución, no puede haber corriente a través de la superficie que la limita.

Intercambiando los subíndices se observa que lasfuerzas magnéticas cumplen el principio de acción y reacción.

Si se aplica la expresión al cálculo de la fuerza que ejerce una distribución sobre sí misma se obtiene un valor nulo. Esto no quiere decir que una distribución no ejerza fuerza sobre sus elementos de corriente, sino que la fuerza total sobre el conjunto de sus elementos de corriente es nula.
La fuerza total sobre un elemento decorriente debe ser ortogonal al mismo
La fuerza entre dos elementos de corriente, en principio, no es necesariamente radial, pero como las distribuciones tienen divergencia nula, sólo contribuye la componente radial. Así que la suma de las fuerzas que dos elementos de corriente ejercen el uno sobre el otro es nula. Dos elementos de corriente paralelos se atraen si sus corrientes llevan el mismosentido y se repelen si llevan sentidos contrarios.

Ejemplo 1. Fuerza entre una corriente rectilínea indefinida y un espira rectangular

En este caso es más práctico partir de la expresión en función del campo magnético.
El campo debido a la línea de corriente en el plano x = 0 es:

-------------------------------------------------
Historia
Los fenómenos magnéticos fueron conocidos por los...