Fuerza De Lorentz

Introducción

Si bien algunos efectos magnéticos han sido conocidos desde la antigüedad, como por ejemplo el poder de atracción que sobre el hierro ejerce la magnetita, no fue sino hasta el siglo XIX cuando la relación entre la electricidad y el magnetismo quedó patente, pasando ambos campos de ser diferenciados a formar el cuerpo de lo que se conoce como electromagnetismo.

Con el advenimiento posterior de las ecuaciones de Maxwell, relación de ecuaciones en las que quedan expresadas todas las leyes del electromagnetismo, quedó cerrado el estudio clásico de este campo. Tan importantes y logradas fueron estas ecuaciones que Albert Einstein, eligiendo entre la veracidad de las ecuaciones de Maxwell o la Mecánica Newtoniana, que no son compatibles entre si, logró desbancar la teoría Newtoniana imponiendo la llamada Teoría de la Relatividad.

En este nivel veremos algunas de las relaciones más patentes entre la electricidad y el magnetismo, así como las fuerzas a las que la aparición de campos magnéticos da lugar.

En este trabajo se trata de llevar a cabo en práctica la Fuerza Lorentz en la que se trata de la fuerza que se crea al juntar un campo magnético y una corriente eléctrica ya que crean una fuerza. También sobre la regla de la mano izquierda, que es una forma vectorial y ejemplificada de una manera más practica y fácil de entenderse, explicar la ley de la fuerza de Lorentz.

Fuerza De Lorentz

Hendrik Antoon Lorentz nació en Arnhem, Países Bajos, 18 de julio de 1853 y murió en Haarlem, 4 de febrero de 1928. Fue físico y matemático neerlandés galardonado con el Premio Nobel de Física del año 1902, junto con su pupilo Pieter Zeeman, por su investigación conjunta sobre la influencia del magnetismo en la radiación, originando la radiación electromagnética.

Estudió en la Universidad de Leiden, de donde fue profesor de física matemática entre 1878 y 1883, y director de investigación en el Instituto Teyler, de Haarlem, de 1885 a 1888. Gracias a su cargo en la universidad en 1890 nombró a Pieter Zeeman asistente personal, induciéndolo a investigar el efecto de los campos magnéticos sobre las fuentes de luz, descubriendo lo que hoy en día se conoce con el nombre de efecto Zeeman.

Se le deben importantes aportaciones en los campos de la termodinámica, la radiación, el magnetismo, la electricidad y la refracción de la luz. Formuló conjuntamente con George Francis FitzGerald una teoría sobre el cambio de forma de un cuerpo como resultado de su movimiento; este efecto, conocido como “contracción de Lorentz-FitzGerald”, cuya representación matemática es conocida con el nombre de transformación de Lorentz, fue una más de las numerosas contribuciones realizadas por Lorentz al desarrollo de la teoría de la relatividad.

En su honor, la Real Academia Holandesa de Artes y Ciencias creó en 1925 la Medalla Lorentz que premia las investigaciones teóricas de físicos. También en su honor se bautizó el cráter Lorentz de la Luna.

Electromagnetismo

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El electromagnetismo es una rama de la física que estudia y unifica los fenómenos eléctricos y magnéticos en una sola teoría, cuyos fundamentos fueron sentados por Michael Faraday y formulados por primera vez de modo completo por James Clerk Maxwell. La formulación consiste en cuatro ecuaciones diferenciales vectoriales que relacionan el campo eléctrico, el campo magnético y sus respectivas fuentes materiales (corriente eléctrica, polarización eléctrica y polarización magnética), conocidas como ecuaciones de Maxwell.

El electromagnetismo es una teoría de campos; es decir, las explicaciones y predicciones que provee se basan en magnitudes físicas vectoriales o tensoriales dependientes de la posición en el espacio y del tiempo. El electromagnetismo describe los fenómenos físicos macroscópicos en los cuales intervienen cargas eléctricas en reposo y en movimiento, usando para ello campos eléctricos y magnéticos y sus efectos sobre las sustancias sólidas, líquidas y gaseosas. Por ser una teoría macroscópica, es decir, aplicable sólo a un número muy grande de partículas y a distancias grandes respecto de las dimensiones de éstas, el electromagnetismo no describe los fenómenos atómicos y moleculares, para los que es necesario usar la mecánica cuántica.

El electromagnetismo considerado como fuerza es una de las cuatro fuerzas fundamentales del universo actualmente conocido.

Ley de Lorentz

Es la fuerza ejercida por el campo electromagnético que recibe una partícula cargada o una corriente eléctrica.

Lorentz estudió las fuerzas ejercidas por un campo magnético y eléctrico sobre cargas en movimiento y corrientes eléctricas.

(26)

La ley completa de Lorentz se establece por la Ecuación 26 , pero este trabajo se centrará en los efectos del campo magnético descartando la presencia de campos eléctricos, por tanto la Ecuación 26 se reducirá a la Ecuación 27.

(27)

¿Y los imanes?

El concepto de campo magnético suele asociarse sobre todo con los imanes. Sin embargo, las experiencias de Øersted de 1820 mostraron que: Las corrientes eléctricas producen fuerzas magnéticas sobre los imanes.

A partir de ahí, Ampère por un lado y Biot y Savart por otro, postularon la expresión simétrica:

Los imanes producen fuerzas magnéticas sobre las corrientes eléctricas

Y por tanto,

Las corrientes eléctricas producen fuerzas magnéticas entre sí

Ampère postuló además que también las fuerzas magnéticas entre imanes son interacciones entre corrientes. Puesto que las corrientes eléctricas no son más que conjuntos de cargas en movimiento:

El magnetismo se reduce a la interacción entre cargas.

Unidades del campo magnético

De la expresión de la fuerza magnética resulta que, (Campo magnético), se mide en

A esta unidad se la denomina Tesla, en honor del científico e ingeniero Nikola Tesla.

Fuerzas sobre una carga en movimiento

Lorentz lanzo cargas eléctricas básicas, protones y electrones, al interior de un campo magnético. Durante estos experimentos pudo observar que, una vez la carga alcanzaba la zona influenciada por el campo, esta variaba su dirección, describiendo círculos (Figura 29). Además observo que si la carga estaba en reposo, dentro del campo, no se apreciaba ninguna fuerza; sin embargo, si la carga que se movía dentro del campo se observa cómo su trayectoria se curvaba.

Lorentz, al ver lo que

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