Magnetismo

7.1 DEFINICIONES

El electromagnetismo es una rama de la física que estudia y unifica los fenómenos eléctricos y magnéticos. Estos dos fenómenos se unen en una sola teoría, ideada por Faraday, y se resumen en cuatro ecuaciones vectoriales que relacionancampos eléctricos, campos magnéticos y sus respectivas fuentes, conocidas como las ecuaciones de Maxwell.El electromagnetismo es una teoría de campos, es decir, las explicaciones y predicciones que provee se basan en magnitudes físicas cuya descripción matemática son campos vectoriales dependientes de la posición en el espacio y del tiempo. El electromagnetismo estudia los fenómenos físicos en los cuales intervienen cargas eléctricas en reposo y en movimiento, así como los relativos a los campos magnéticos y a sus efectos sobre diversas sustancias sólidas, líquidasy gaseosas.Por ser una teoría macroscópica, es decir, aplicable sólo a un número muy grandede partículas y a distancias grandes respecto de las dimensiones de éstas, elelectromagnetismo 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.

7. 2 CAMPO MAGNÉTICO TERRESTRE

La Tierra crea a su alrededor un campo magnético semejante al que produciría un imán con forma de barra colocado cercade su centro. Los polos magnéticos no coinciden con los polosgeográficos. En la actualidad, el polo norte magnético y el polo sur geográfico distan entre sí unos 1.300 km, mientras que el polo sur magnético y el polo norte geográfico distan unos1.200 km entre sí. Además. Las posiciones de los polos cambian con el tiempo, habiendo sufrido incluso unas cuatro inversiones completas en los últimos 4,5.10 6 años a un promedio de una cada 10,6 años. La evidencia de estos acontecimientos la han proporcionado las rocas de basaltoque, al contener hierro, guardan recuerdo

de la dirección del campo magnético en el momento en el que solidificaron.Una brújula colocada en un punto del exterior de la Tierra se orienta paralela al Campo magnético terrestre, de forma que las líneasde campo penetran por su polo sur y salen por su polo norte. Su utilización para la navegación marítima se remonta al siglo XI de nuestra era y ha supuesto una ayuda inestimable cuando la climatología impedía orientarse por métodos astronómicos. La propiedad de orientación de las agujas imantadas se conocía en China desde alrededor de 2300 a. C. Se cree que fue usada por Aníbal en el 203 a. C.El valor del módulo del campo magnético terrestre es de unos 50 mT. Es máximo en las proximidades de los polos y mínimo en el Ecuador. El ángulo que forma la dirección del vector campo magnético terrestre con la horizontal de un lugar se llama ángulo de inclinación. En el hemisferio norte el campo magnético tiene componente vertical hacia dentro de la Tierra y en el hemisferio sur es al contrario.

El ángulo que forma la dirección del campo en un punto con la dirección norte sur Geográfico se llama declinación. El ángulo de declinación viene a cambiar 1 o

cada10-20 años. Por ejemplo, en Toledo (Observatorio Geofísico) las medias anualesde la declinación han sido 9 o 19,3' Oeste (en 1950), 8 o 5,9' Oeste (en 1960), 7 o 4'Oeste (en 1970) y 5 o 45,9´ Oeste (en 1980). En el Observatorio Magnético de San Pablo de los Montes (Toledo), la media anual en 1994 fue de 3 o 58' Oeste, y el 7de julio de 1998 la declinación en ese lugar fue de 3 o

17.8' Oeste.No existe una explicación completamente satisfactoria del origen del magnetismoterrestre. Aunque la Tierra posee en su interior una gran cantidad de hierro no sepuede deber al ferromagnetismo, pues las altas temperaturas allí existentes prohíben esta magnetización. El origen más probable son las corrientes eléctricas existentes en el núcleo terrestre. También existe una fuerte relación entre la velocidad angular de rotación de un planeta y su campo magnético: a mayor velocidad angular mayor campo magnético.

7.3 TRAYECTORIA DE LAS CARGAS EN MOVIMIENTO DENTRO DE UN CAMPO MAGNÉTICO.

En la electrostática se enseña que toda carga eléctrica está rodeada por un campó eléctrico. Si esta carga se pone en movimiento genera alrededor de ella un campo magnético, el campo magnético que genera una carga en movimiento se debe a la distorsión que sufre el campo eléctrico cuando la carga está en movimiento, si la carga no se mueve no se produce un campo magnético. Albert Einstein en 1905explicó este fenómeno en la teoría especial de la relatividad en donde demostró que el campo magnético es una consecuencia relativista del campo eléctrico.En un imán el campo magnético es producido por los electrones que se mueven al rededor del núcleo atómico, el electrón también tiene movimiento rotacional al rededor de su eje, esto también es una corriente eléctrica (carga en movimiento) por lo que también produce un campo magnético. El magnetismo en materiales como el hierro, níquel y cobalto los campos magnéticos que producen los átomos no se anulan totalmente por lo que estos materiales poseen magnetismo natural. Una partícula que tiene carga eléctrica y está en reposo no siente la presencia deun campo magnético externo debido a que, por estar en reposo, no produce un campo magnético que interactúe con el campo magnético externo. Si la partículase pone en movimiento produce un campo magnético que interactúa Con el campo magnético externo y siente una fuerza debida a esta interacción. Esta fuerza magnética alcanza su intensidad máxima cuando la partícula cargadase mueve en dirección perpendicular a las líneas del campo magnético y se anula cuando la partícula viaja en dirección paralela a las líneas del campo magnético. La fuerza magnética que siente una carga q que se mueve con una velocidad vdentro de un campo magnético B es.F= qv X B (1)Esta fuerza desvía a la partícula y la hace seguir una trayectoria circular de radio r.Por la segunda ley de Newton sabemos que F = ma, por lo que si se sustituye la magnitud de la fuerza en la ecuación 1 y suponemos que la velocidad de la partícula es perpendicular al campo magnético se obtiene.ma = qvB (2)Como la trayectoria que sigue la partícula es circular, la aceleración está dada por a=v2/r, esta aceleración se sustituye en la ecuación 2 y se reordenan los términos para obtener la relación entre la carga y la masa de la partícula.q/m=v/rB (3)La ecuación 3 se conoce como la relación carga-masa del electrón de Thomsonen honor al investigador J.J. Thomson quien la encontró por primera vez en 1897.

7.4 FUERZAS MAGNÉTICAS

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