Campo Magnetico

LEYES DE MAGNETISMO

LEY DE LORENTZ

Vamos a estudiar la acción de un campo magnético sobre una carga móvil. Imaginemos una región espacial donde existe un campo magnético. Si se abandona una carga en reposo, no se observa interacción alguna debido al campo. Si la partícula incide con el campo a una cierta velocidad, aparece una fuerza. Experimentalmente se llegó a las siguientes conclusiones:

* La fuerza es proporcional a la carga y a la velocidad con la que la partícula entra en el campo magnético.

* Si la carga incide en la dirección del campo, no actúa ninguna fuerza sobre ella.

* Si la carga incide en la dirección al campo, la fuerza adquiere su máximo valor y es a la velocidad y al campo.

* Si la carga incide en dirección oblicua al campo, aparece una fuerza a este y a la velocidad cuyo valror es proporcional al seno del ángulo de incidencia.

* Cargas de distinto signo experimentan fuerzas de sentidos opuestos.

LEY DE LOS POLOS DE UN IMÁN:

Una de las primeras cosas que se advierten al examnar una barra común de un imán es que tiene dos polos, o "centros" de fuerza, es donde se concentra en mayor cantidad la propiedad magnética del imán, cada uno cerca de un extremo más que distinguirse como positivo y negativo, estos polos se llaman norte (N) y sur(S).

LEY DE INSEPARABILIDAD DE LOS POLOS MAGNÉTICOS

Si a un imán lo quebramos en dos piezas; se obtiene 2 piezas de imán cada uno con sus dos polos magnéticos. Hasta donde se sabe, los polos magnéticos siempre vienen en pares. Los científicos han tratado de "romper" los imanes, aun a nivel microscópico en "monopolos" separados (imanes de un solo polo), pero ninguno ha tenido éxito.- Coulomb explicó la "inseparabilidad de los polos magnéticos" admintiendo que el magnetismo de los cuerpos se encuentra en las moléculas del imán.

CAMPOS Y FUERZAS MAGNÉTICAS.

El fenómeno del magnetismo es ejercido por un campo magnético, por ejemplo, una corriente eléctrica o un dipolo magnético crea un campo magnético, éste al girar imparte una fuerza magnética a otras partículas que están en el campo.

Para una aproximación excelente (pero ignorando algunos efectos cuánticos, véase electrodinámica cuántica) las ecuaciones de Maxwell (que simplifican la ley de Biot-Savart en el caso de corriente constante) describen el origen y el comportamiento de los campos que gobiernan esas fuerzas. Por lo tanto el magnetismo se observa siempre que partículas cargadas eléctricamente están en movimiento. Por ejemplo, del movimiento de electrones en una corriente eléctrica o en casos del movimiento orbital de los electrones alrededor del núcleo atómico. Estas también aparecen de un dipolo magnético intrínseco que aparece de los efectos cuánticos, p.e. del spin de la mecánica cuántica.

La misma situación que crea campos magnéticos (carga en movimiento en una corriente o en un átomo y dipolos magnéticos intrínsecos) son también situaciones en que el campo magnético causa sus efectos creando una fuerza. Cuando una partícula cargada se mueve a través de un campo magnético B, se ejerce una fuerza F dado por el producto cruz:

donde es la carga eléctrica de la partícula, es el vector velocidad de la partícula y es el campo magnético. Debido a que esto es un producto cruz, la fuerza es perpendicular al movimiento de la partícula y al campo magnético.

La fuerza magnética no realiza trabajo mecánico en la partícula, esto cambiaría la dirección del movimiento de ésta, pero esto no causa su aumento o disminución de la velocidad. La magnitud de la fuerza es : donde es el ángulo entre los vectores y .`

Una herramienta para determinar la dirección del vector velocidad de una carga en movimiento, es siguiendo la ley de la mano derecha (véase Regla de la mano derecha).

El físico alemán Heinrich Lenz formuló lo que ahora se denomina la ley de Lenz, ésta da una dirección de la fuerza electromotriz (fem) y la corriente resultante de una inducción electromagnética.

DIPOLOS MAGNÉTICOS

Se puede ver una muy común fuente de campo magnético en la naturaleza, un dipolo. Éste tiene un "polo sur" y un "polo norte", sus nombres se deben a que antes se usaban los magnetos como brújulas, que interactuaban con el campo magnético terrestre para indicar el norte y el sur del globo.

Un campo magnético contiene energía y sistemas físicos que se estabilizan con configuraciones de menor energía. Por lo tanto, cuando se encuentra en un campo magnético, un dipolo magnético tiende a alinearse sólo con una polaridad diferente a la del campo, lo que cancela al campo lo máximo posible y disminuye la energía recolectada en el campo al mínimo. Por ejemplo, dos barras magnéticas idénticas pueden estar una a lado de otra normalmente alineadas de norte a sur, resultando en un campo magnético más pequeño y resiste cualquier intento de reorientar todos sus puntos en una misma dirección. La energía requerida para reorientarlos en esa configuración es entonces recolectada en el campo magnético resultante, que es el doble de la magnitud del campo de un magneto individual (esto es porque un magneto usado como brújula interactúa con el campo magnético terrestre para indicar Norte y Sur).

Una alternativa formulada, equivalente, que es fácil de aplicar pero ofrece una menor visión, es que un dipolo magnético en un campo magnético experimenta un momento de un par de fuerzas y una fuerza que pueda ser expresada en términos de un campo y de la magnitud del dipolo (p.e. sería el momento magnético dipolar). Para ver estas ecuaciones véase dipolo magnético.

DIPOLOS MAGNÉTICOS ATÓMICOS

La causa física del magnetismo en los cuerpos, distinto a la corriente eléctrica, es por los dipolos atómicos magnéticos. Dipolos magnéticos o momentos magnéticos, en escala atómica, resultan de dos tipos diferentes del movimiento de electrones. El primero es el movimiento orbital del electrón sobre su núcleo atómico; este movimiento puede ser considerado como una corriente de bucles, resultando en el momento dipolar magnético del orbital. La segunda, más fuerte, fuente de momento electrónico magnético, es debido a las propiedades cuánticas llamadas momento de spin del dipolo magnético (aunque la teoría mecánica cuántica actual dice que

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