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L  a  G r a n  E n c i c l o p e d i a   I l u s t r a d a  d e l   P r o y e c t o  S a l ó n  H o g a r

 

 

Campo Magnético


El magnetismo está muy relacionado con la electricidad. El Electromagnetismo es la parte de la Física que estudia la relación entre corrientes eléctricas y campos magnéticos. Una carga eléctrica crea a su alrededor un campo eléctrico. El movimiento de la carga eléctrica produce un campo magnético. Toda carga eléctrica que se mueve en el entorno de un campo magnético experimenta una fuerza. Dos cargas eléctricas móviles, no sólo están sometidas a las fuerzas electrostáticas que se ejercen mutuamente debidas a su carga, sino que además entre ellas actúan otras fuerzas electromagnéticas que dependen de los valores de las cargas y de las velocidades de éstas.




 

Naturaleza del magnetismo

Desde la antigüedad se sabe que ciertos minerales de hierro ( magnetita ) poseen la propiedad, denominada magnetismo, de atraer otros metales como el hierro, el acero, el cobalto y el níquel. Se dice que tales minerales están imantados.
La magnetita es un imán natural. Los imanes construidos por el hombre se llaman imanes artificiales.
 

 

En principio se creyó que los fenómenos magnéticos no tenían relación con los fenómenos eléctricos. Sin embargo, a comienzos del siglo XIX, el físico danés Hans Christian Oersted (1777-1851) observó que un conductor por el que circula una corriente ejerce una fuerza sobre un imán colocado en sus proximidades. Experimentos subsiguientes realizados por Andre Marie Ampère y otros físicos demostraron que las corrientes eléctricas atraen trocitos o limaduras de Hierro y que corrientes paralelas se atraen entre sí.
Ampère propuso la teoría de que las corrientes eléctricas son las fuentes de todos los fenómenos magnéticos. El modelo de Ampere es la base de la teoría moderna del magnetismo.


Posteriormente fueron estudiadas otras conexiones que existen entre el magnetismo y la electricidad realizada por Michael Faraday y Joseph Henry, que demostraron que un campo magnético variable produce un campo eléctrico no conservativo y mediante la teoría de Maxwell que demostró que un campo eléctrico variable produce un campo magnético.


En la actualidad, se sabe que cualquier fenómeno de atracción o repulsión magnética no es otra cosa que una fuerza de acción a distancia ejercida por una carga en movimiento sobre otra carga que también se encuentra en movimiento. Por ello, una corriente eléctrica al ser una carga en movimiento, ejerce una acción magnética sobre cualquier otra carga en movimiento.


 

Para explicar el comportamiento magnético de los imanes, se considera que los electrones son cargas eléctricas en movimiento, es lógico esperar que cada uno de ellos por separado sea capaz de producir fenómenos magnéticos. En la mayor parte de las sustancias no se manifiestan, ya que, por estar los átomos orientados aleatoriamente, las acciones de sus electrones se anulan entre sí. Sin embargo en los materiales magnéticos, los átomos poseen una orientación tal que las acciones de sus electrones se suman unas a otras, presentándose la posibilidad de manifestarse magnéticamente.

Campo magnético de un imán
Un imán puede girar libremente en un plano horizontal y se orienta aproximadamente en la dirección Norte-Sur geográfica. En consecuencias, si un imán en las condiciones citadas se coloca en una determinada región del espacio y cambia de posición, orientándose en otra dirección, esto indica que sobre el imán actúa una fuerza y por consiguiente se ha realizado una interacción. Se dice entonces que en la región del espacio donde está situado el imán existe un campo magnético. La dirección del campo magnético es el eje longitudinal del imán y el sentido, el que va dirigido del polo Sur(S) al polo Norte (N).


 
En el espacio que rodea a un imán existe un campo magnético, que es originado por el movimiento de los electrones alrededor de los núcleos de los átomos y por un movimiento rotatorio de los electrones sobre sí mismos que recibe el nombre de spin

 		 Campo magnético de una corriente
Experimento de Oersted
La conexión entre la electricidad y magnetismo no se conoció sino hasta el siglo XIX, cuando Hans Christian Oersted descubrió que una corriente eléctrica influye sobre la orientación de la aguja de una brújula. Oersted comprobó en 1820 la estrecha vinculación que existe entre magnetismo y corriente eléctrica. Colocó por encima de una brújula (aguja imantada) y paralelamente a ella un alambre recto cuyos extremos van conectados a una fuente de corriente continua.

Si en el circuito se intercala un interruptor S se observa que mientras el circuito está abierto no hay movimiento definido de cargas eléctricas en el alambre, por lo que el campo magnético no existe y la aguja imantada mantiene su posición original. Cuando se cierra el circuito, hay un movimiento definido de cargas eléctricas en el alambre y se origina un campo magnético a su alrededor.

 
Si por un conductor circula una corriente eléctrica (cargas en movimiento) en el espacio que rodea al conductor se origina un campo magnético.


Líneas de Campo magnético.
Para representar y describir un campo magnético se utilizan línea de campo magnético o líneas de inducción. Al igual que los campos eléctricos, los campos magnéticos se pueden materializar mediante líneas de fuerzas, que pueden presentar distintas formas, según sea el agente creador, del campo. Distintas formas presentan las líneas de fuerza del campo magnético creado por una corriente, según que el conductor sea rectilíneo, circular o en forma de bobina.

Cuando se trata del campo magnético creado por un imán las líneas de fuerzas salen de una zona del mismo denominado polo norte y vuelven a otra zona que recibe el nombre de polo sur y es en las proximidades de estos polos donde más apretada se encuentran las líneas de fuerzas y, como consecuencias, donde con mayor intensidad se manifiestan los fenómenos magnéticos.


 
Del mismo modo que en un campo eléctrico, y por análogas razones, las líneas de fuerzas de un campo magnético son líneas continuas que no se cortan entre sí.

Inducción Magnética


Noción de inducción magnética
Por razones históricas, el vector se denomina normalmente vector de inducción magnética. Aunque se puede utilizar también la expresión campo magnético. La fuerza que actúa sobre una carga positiva, que se desplaza dentro de un campo magnético, perpendicularmente a las líneas de fuerza y con una velocidad V, depende del valor de la carga, de su velocidad y de una característica especifica de campo, denominada inducción magnética () .
La inducción magnética del campo es la fuerza que actúa sobre cada la unidad de carga y por unidad de velocidad, viene dada en módulo por la fórmula.


 
La inducción magnética de un campo, en un punto del mismo, es la fuerza que actúa sobre una unidad de carga positiva que se desplaza, perpendicularmente a las líneas de fuerza, con una unidad de velocidad. Se representa por ().

Fuerza magnética sobre una carga móvil
Sobre la carga móvil q actúa una fuerza magnética, llamada fuerza de Lorentz, cuya dirección es perpendicular a los vectores y cuyo módulo viene dado por: F = q.V.B.
Las direcciones de los vectores , y son perpendiculares entre sí y sus sentidos pueden determinarse mediante la regla de la palma de la mano derecha. Para ello se coloca la mano derecha extendida con el pulgar perpendicular a los restantes dedos.

Si en estas condiciones el pulgar señala el sentido del vector y los restantes dedos señalan el sentido de la inducción magnética (campo magnético) , la fuerza que el campo magnético ejerce sobre la partícula es perpendicular a la palma de la mano y se aleja de ella. En el caso general el vector velocidad forma con el vector de inducción magnética un ángulo q, el módulo de la fuerza que actúa sobre la carga viene dado por: F = q.V.B.senq
Cuando q = 90º se obtiene la fuerza máxima. ¿Qué sucede con la fuerza cuando q = 0º o q = 180º


De = q.(.), se permite definir de manera más amplia el módulo del vector de la inducción magnética o campo magnético .


 
El módulo de la inducción magnética o campo magnético en un punto es una magnitud que se mide por el cociente entre el módulo de la fuerza que actúa sobre una carga móvil que pasa por el punto y el producto de dicha carga por la componente de la velocidad perpendicular al vector inducción.

Unidades inducción magnética o campo magnético.
La unidad de inducción magnética en el Sistema Internacional o MKS se denomina Tesla .

En el sistema cegesimal o CGS, la unidad de inducción es el Gauss.


 
Un Tesla es la inducción de un campo magnético en el que una carga de un coulomb que se desplaza perpendicularmente a las líneas de fuerzas con una velocidad de 1 m/seg se ve sometida a una fuerza de un newton.

En la explicación o resolución de problemas donde intervienen campos magnéticos o corrientes eléctricas son importantes las siguientes notaciones.
Para representar un campo magnético uniforme perpendicular al plano de la página y dirigido hacia adentro se utiliza como símbolo una cruz ( X ).
Para representar un campo magnético uniforme perpendicular al plano de la página y dirigido hacia afuera se utiliza como símbolo un punto ( · ).

 
Existe un campo magnético cuando al penetrar en una región del espacio, una carga móvil experimenta una fuerza que depende de la velocidad de la carga.




 


Movimiento de una partícula cargada, situada en un campo magnético
Cuando una partícula cargada penetra perpendicularmente a un campo magnético, su trayectoria es una circunferencia, porque sobre ella actúa una fuerza magnética que es una fuerza deflectora, perpendicular al vector principal.
Fcentrípeta =
Fmagnética = q.V.B

Como la fuerza centrípeta es igual a la fuerza magnética al igualar estos valores se obtiene la siguiente fórmula: ;

el radio de la órbita descrita es: . La rapidez tangencial Vde la partícula en función de la rapidez angular w se determina mediante la ecuación V = w.R

En consecuencia la rapidez angular de la partícula es:


Fuerza magnética sobre una corriente rectilínea
Una corriente eléctrica consiste en un movimiento definido de cargas eléctricas en un conductor. Un campo magnético ejerce una fuerza magnética sobre una carga aislada en movimiento. Por consiguiente, es de esperarse que un campo magnético ejerza una fuerza magnética sobre un conductor rectilíneo por el cual circula una corriente eléctrica.

Para comprobarlo basta colocar un conductor rectilíneo PQ de longitud l perpendicularmente a un campo magnético uniforme de inducción magnética . Si por el conductor se hace pasar una corriente eléctrica de intensidad I en el sentido indicado, el campo magnético actúa sobre el conductor con una fuerza , por lo que el conductor se mueve o tiende a moverse en el sentido de dicha fuerza.

Como los sentidos del campo magnético y de la corriente son generalmente conocidos, el sentido de la fuerza puede determinarse aplicando la regla de la palma de la mano derecha se coloca la mano derecha extendida con el pulgar perpendicular a los restantes dedos. Si en estas condiciones el pulgar señala el sentido de la corriente l, y los restantes dedos señalan el sentido de la inducción magnética , la fuerza que el campo magnético ejerce sobre la corriente es perpendicular a la palma de la mano y se aleja de ella.

A fin de estudiar la fuerza ejercida por un campo magnético de inducción , considere un tramo recto de un conductor, de longitud l, que transporta una corriente de intensidad l, siendo q la carga total que se está desplazando por el conductor y t el tiempo que esta carga tarda en recorrer la longitud considerada.
Teniendo en cuenta que la intensidad de la corriente es la carga que circula por cada unidad de tiempo:

y que la velocidad con que se mueve las cargas es el espacio recorrido por unidad de tiempo:

Las anteriores ecuaciones permite deducir:

 
Sustituyendo la anterior expresión de la velocidad en la fórmula de la fuerza ejercida por un campo magnético sobre una carga en movimiento, resulta: F = q.V.B

La anterior ecuación es válida únicamente cuando el vector inducción magnética es perpendicular al conductor de longitud l.

 
La fuerza ejercida por un campo magnético sobre un conductor rectilíneo situado perpendicularmente a las líneas de fuerza es igual al producto que resulta de multiplicar la inducción magnética por la longitud del conductor y por la intensidad de la corriente.

Si la inducción magnética o campo magnético forma con el conductor l un ángulo q se tiene que la componente de perpendicular al conductor es . Por consiguiente, el módulo de la fuerza magnética que actúa sobre el conductor es:
F = I. B1 .l
Pero: B1 = B.senq
Por consiguiente:
F = I.B.l senq .

Fundación Educativa Héctor A. García