CAMPO MAGNETICO

ING. PEDRO ROSALES GUTIERREZ

CAMPO MAGNETICO

Movimiento de cargas en uncampo eléctrico

Una carga, al moverselibremente entre dos puntosde un campo eléctricoconstante, experimenta unaaceleración y un incrementode su energía cinética queequivale al producto de lacarga por la diferencia depotencial eléctrico entre esosdos puntos.

• En el movimiento de partículascargadas en un campo eléctrico, sepueden dar dos situaciones: que laspartículas ingresen en formaparalela a las líneas de campo o quelo hagan en forma perpendicular aestas líneas.

• a. En un campo eléctrico uniformeen que VA > VB, una carga positivainicialmente en reposo se moverá demayor a menor potencial, mientrasque una carga negativa se moverá demenor a mayor potencial. Así, losprotones se mueven en la direcciónen que disminuye el potencialeléctrico y los electrones lo hacen enla dirección en que el potencialaumenta. Sin embargo, ambascargas describirán una trayectoriarectilínea con un movimientouniformemente acelerado paralelo alas líneas de campo, ya que la fuerzaeléctrica sobre ellas es constante.

La energía potencial de la partículainicialmente en reposo setransformará en energía cinética amedida que se mueve de acuerdo asu signo según:

qV = mv2 / 2

Esta expresión que muestra laconservación de la energía, permitedeterminar la velocidad quealcanzará la partícula al atravesarla diferencia de potencial ∆V. Escomún expresar la energía demovimiento de las partículascargadas que se desplazan en uncampo eléctrico mediante la unidadelectrón volt (eV). Un electrón voltcorresponde a la energía que unelectrón (o un protón) adquierecuando se acelera a través de unadiferencia de potencial de un volt ysu equivalencia con el joule es:

1 eV = 1,6 x 10–19 J

b. Cuando la velocidad inicial dela partícula es perpendicular alas líneas del campo eléctrico,estas describen trayectoriasparabólicas y con unmovimiento uniformementeacelerado, curvándose en elsentido de las líneas de campo,si son positivas, y en sentidocontrario, si son negativas. Esteprocedimiento es útil paradeterminar la carga eléctrica y lamasa de muestras radiactivas,radiación cósmica, etc.

Fenómenos magnéticos

El campo magnético se origina por elmovimiento de las cargas eléctricas.Por esto, alrededor de un cableconductor por el que circula unacorriente se crea un campo magnéticoque se puede representar mediantelíneas circulares. Análogamente, unacarga en movimiento en un campomagnético experimentará una fuerzamagnética.

El fenómeno del magnetismo esuna propiedad que se manifiestaen forma natural en ciertassustancias como el hierro, cobaltoy níquel, principalmente y que secaracteriza por la aparición defuerzas de atracción o de repulsiónentre imanes. Esto sugiere queexisten dos zonas magnéticasllamadas polo norte y sur;concepto que introdujo en 1600, elfísico William Gilbert. El primerimán utilizado fue un mineral dehierro de color negro que recibió elnombre de magnetita, puesprovenía de la región de Magnesia,en Asia, y ya era conocida hace másde 2.500 años por las culturaschina y griega.

Al igual que una carga crea uncampo eléctrico en su entorno yuna masa crea un campogravitatorio, un imán crea uncampo magnético a su alrededor,que se detecta por la aparición defuerzas magnéticas, y que sepuede representar mediantelíneas de campo magnético o defuerza magnética; conceptoacuñado en 1831 por Faraday. Esimportante notar que no existenlos monopolos magnéticos, comolo constató De Maricourt: alseparar un imán en dos, siempreresultan dos nuevos imanes, condos polos cada uno. El campomagnético se mide en cada puntomediante el vector

intensidad de campo magnético (𝛽 ), que es tangente a las líneas de campo magnético. Estas tienen las siguientes propiedades:

• En el exterior del imán, cada línea se orienta desde el polo norte al polo sur.

• A diferencia de las líneas de campo eléctrico, las líneas de campo magnético son cerradas y 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 del campo en dicho punto.

• La líneas nunca se intersectan ni se cruzan en ningún punto del espacio.

Electricidad y magnetismo

En 1820, el profesor de Físicadanés Hans Christian Oersteddescubrió en forma casualdurante una clase, que cerca deun cable por el que circulabacorriente eléctrica la aguja de unabrújula se desviaba de ladirección norte-sur. A partir deesta experiencia, concluyó que elmagnetismo no solo es causadopor los imanes sino que tambiénpuede ser producido por lacorriente eléctrica. Este hecho seconoce como el efecto Oersted yfue el primer paso que conectabala electricidad y el magnetismo, enun área que posteriormente sellamó electromagnetismo.

Poco tiempo después, elfrancés André-Marie Ampèredescubrió que, así como dosimanes pueden atraerse orepelerse entre sí, doscorrientes eléctricas tambiéninteractúan magnéticamente.Planteó además que elmagnetismo natural eraproducido por pequeñascorrientes eléctricas queactuaban a nivel molecular. Almismo tiempo, MichaelFaraday empezó a desarrollarideas sobre la teoría decampos,

Concluyendo que se pueden generarcorrientes eléctricas a partir decampos magnéticos variables. Elaporte que cerró el círculo fue hechopor James Clerk Maxwell, quien en ladécada de 1860 descubrió que eraposible generar campos magnéticosa partir de campos eléctricosvariables. Todos estos estudiospermitieron establecer que laelectricidad y el magnetismo sonfenómenos íntimamenterelacionados, siendo, en realidad,dos aspectos diferentes derivadosde una misma propiedad de lamateria: la carga eléctrica.

Campo magnético creado por una corrienteeléctrica.En un conductor recto muy

largo por el que circula una

corriente i, el campo magnético

alrededor de él es perpendicular

a la corriente, y las líneas del

campo toman la forma de

anillos concéntricos en torno al

alambre, donde la dirección del

vector campo magnético es

tangente en cada punto a esas

líneas.

Su intensidad (módulo) (β) enun punto ubicado a unadistancia (r) de él se obtienesegún:

𝜷 = µ0i /2πr

El valor de (µ0) llamadopermeabilidad magnética en elvacío es de 4π x 10–7 Tm/A.

Para determinar el sentido de las líneas de fuerza de un campo magnético generado por una corriente eléctrica, se utiliza la llamada “regla de la mano derecha”.

Esta consiste en apuntar el pulgar derecho en el sentido de la corriente, y el sentido en el que cierran los demás dedos corresponderá al sentido del campo magnético. Donde las líneas de campo estén más juntas el campo es más intenso, y viceversa (ver figura).

Fuerza magnética sobre una carga eléctrica

Cuando una partícula cargada seencuentra quieta dentro de uncampo magnético, noexperimenta ninguna fuerza. Perosi está en movimiento en unadirección distinta de las líneas decampo magnético, sufre unafuerza magnética que la desviaráde su curso. Esta fuerza ejercidapor un campo magnético sobreuna carga (que pertenece a ungrupo de cargas) en movimiento,es proporcional a la carga q y a lacomponente de la velocidad de lacarga en la direcciónperpendicular a la dirección delcampo magnético. La expresiónvectorial es:

El sentido de esta fuerza para unacarga positiva, se puededeterminar mediante la aplicaciónde la “regla de la mano izquierda”,ubicando el dedo índice en elsentido de y el dedo del medio enel sentido de . La posición en quequeda el dedo pulgar ubicadoperpendicularmente a los otrosdos, señala el sentido de . Si lacarga es negativa, se invierte elsentido de la fuerza.

La dirección de la fuerza

magnética es perpendicular

tanto al campo magnético como

a la velocidad de la partícula.

Su intensidad se puede calcular

mediante la siguiente relación

escalar: En ella, θ es el ángulo formadopor los vectores velocidad de lapartícula y campo magnético.