Las fuerzas magnéticas aparecen en cargas con movimiento relativo.
Estas fuerzas son menos intensas que las de Coulomb y, al contrario
de ellas, no son de origen central. Introducción teórica se
lleva a cabo como consecuencia de las pequeñas correcciones
que debemos hacer en las ecuaciones físicas acaso de los principios
relativistas.
No obstante, estas fuerzas tienen preponderancia en circuitos
de recorridos por corrientes estacionarias, movilizando gran
número de cargas, como ocurre en estas corrientes se pueden
conseguir fuerzas magnéticas grandes.
El campo magnético y eléctrico están relacionados.
Las primeras manifestaciones magnéticas se conocían ya integran
los imanes naturales tales como la magnetita. Los primeros imanes
obtenidos fueron barras de hierro que eran capaces de atraer
limaduras. Las fuerzas presentaban mayor intensidad en los extremos
de los imanes y su comportamiento era semejante al de un dipolo
eléctrico. Se consideró entonces que cada imán tenía dos polos
que fueron denominados despectivamente polo norte y polo sur.
Se descubrió también que la Tierra tenía propiedades magnéticas
ya que todo el imán no sometido a ninguna fuerza se orientaba
siempre en la dirección del meridiano terrestre. Se supuso entonces
que la tierra era un gran dipolo en el que el polo norte geográfico
correspondía aproximadamente al pueblo sur magnético.
De la misma forma que las cargas eléctricas podían separarse
y aislarse, se pensó que también ocurriría asi con las cargas
magnéticas, pero se encontró que al dividir una barra para separar
los polos aparecían dos nuevos polos. Se pensó entonces qué
el material magnético estaría constituido por dipolos microscópicos
que no podían romperse. Estos dipolos estarían parcialmente
orientados en una barra imantada dando lugar a un dipolo macroscópico.
Durante muchos años pocos más fueron los descubrimientos que
se hicieron sobre las propiedades magnéticas de la materia.
Hasta 1819 no se demostró que existe relación entre los magnéticos
y eléctricos. En aquel año, el físico danés Oersted observó
que un imán que puede girar alrededor de un eje, se desviaba
al encontrarse en la proximidad de un hilo conductor es transportaba
una corriente. Doce años más tarde, Faraday observó que se producía
en un circuito una corriente instantánea, cuando en otro circuito
próximo se establecía o se interrumpía una corriente. Poco después
se observó que en el movimiento de un imán acercándose o alejándose
del circuito producía el mismo efecto.
El trabajo de Oersted demostró que podrían producirse efectos
magnéticos por el movimiento de cargas eléctricas, y el de Faraday
que podían obtenerse corrientes por el movimiento de imanes.
Últimamente se ha encontrado que las nociones de polo magnético
y masa magnética no son necesarias para describir el magnetismo.
Las interacciones eléctrica y magnética están íntimamente ligadas
en realidad sólo dos aspectos diferentes de una propiedad de
la materia: Su carga eléctrica; el magnetismo es un efecto del
movimiento de las cargas eléctricas. Las interacciones eléctricas
y magnéticas deben considerarse conjuntamente bajo la designación
más general de interacción electromagnética.
Fuerza
magnética sobre una carga en movimiento.-
cuándo colocamos una carga eléctrica en reposo en un campo magnético
no se observa ninguna interacción, pero cuando la carga eléctrica
se mueve en una región donde hay un campo magnético, se observa
una nueva fuerza sobre la carga, además debidas a las interacciones
gravitacional y eléctrica. Midiendo en el mismo punto del eje
magnético la fuerza que experimentan diferentes cargas moviéndose
de distintas maneras, podemos obtener una relación entre las
fuerzas, las cargas y las velocidades. De ese modo se encuentra
la siguiente ley experimental:
La fuerza
ejercida por un campo magnético sobre una carga en movimiento
es proporcional a la carga eléctrica y a su velocidad , y
la dirección de la fuerza es perpendicular a la velocidad
de la carga.
Recordando a las definiciones de producto vectorial, podemos
expresar matemáticamente la anterior ley poniendo:
Ecuación que satisface los requisitos experimentales. B es
un vector que se determina en cada punto comparando valor observado
de F en ese cuento con los valores de \( Q \;y\; v \).
El vector B puede variar de un punto a otro un campo magnético,
pero en cada punto se encuentra experimentalmente que es el
mismo para todas las cargas y velocidades. Por lo tanto, describe
una propiedad que es característica del campo magnético y que
podemos llamar intensidad del campo magnético (esta propiedad
también se conoce con el nombre de inducción magnética).
Cuando una partícula se mueve en una región donde hay un campo
eléctrico y uno magnético, la fuerza total es la suma de las
fuerzas eléctrica y la fuerza magnética:
\( F = Q(E + v\wedge B) \)
Expresión que recibe el nombre de fuerza de Lorentz.
Por su ecuación de definición, vemos que la fuerza magnética
no es solo perpendicular a la velocidad de la partícula que
se mueve, sino que el campo magnético B. Dicha ecuación implica
también que cuando v es paralela a B, la fuerza magnética, \(
F_m \) es 0, y cuando ambos valores son perpendiculares la fuerza
es máxima.
En cada punto de un magnético hay una cierta dirección de movimiento
para la cual no se ejerce fuerza alguna sobre la carga en movimiento.
Esta dirección define la dirección del campo magnético en el
punto.
Por otro lado, según lo dicho, el módulo del vector intensidad
del campo magnético será:
\( \displaystyle F = Q·v·B·\sin \alpha
\Rightarrow B = \frac{F}{v·Q·\sin \alpha} \)
Dónde\( \alpha \) es el ángulo formado por el vector velocidad
y el vector intensidad del campo.
La anterior ecuación nos permite hallar las unidades en qué
se mide el módulo del vector B. Teniendo en cuenta el carácter
adimensional de\( \sin \alpha \) podemos poner :
\( \displaystyle B= \frac{F}{Q·v} \)
Y considerando los distintos sistemas de unidades, tenemos:
SISTEMA U.E.M.
\( \displaystyle B= \frac{dina}{decaculombio \times cm/seg}
=\frac{dina}{decamperio \times cm}= Gauss\)
SISTEMA GIORGI
\( \displaystyle B= \frac{Newton}{culombio \times m/seg} =\frac{Newton}{amperio
\times m}= tesla\)
Y tenemos 1 Tesla \(=10^4\) Gauss
Monografía en dos capítulos, primer capítulo:
Electromagnetismo. Capítulo
dos y final Electromagnetismo
(II)