El Campo Magnético

Campo magnético: es la zona de influencia generada por un imán.

Características:

• Se representa mediante líneas de fuerza cerradas que salen por el polo norte y entran por el polo sur.
• La magnitud representativa es la inducción magnética (B) y representa la intensidad del campo en un punto.
• La intensidad con la que dos polos de un imán se atraen o repelen varía conforme al inverso del cuadrado de la distancia.

Una corriente eléctrica (partículas cargadas en movimiento) produce un campo magnético.

Los imanes y las corrientes eléctricas constituyen fuentes generadoras de campos magnéticos.

Los campos magnéticos son producidos por partículas cargadas en movimiento. Definimos al campo magnético según su acción sobre partículas cargadas en movimiento, las partículas pueden estar aisladas o formando una corriente eléctrica.

Acción de un Campo Magnético sobre una Carga en Movimiento

Conclusiones:

• La fuerza es proporcional al valor de la carga y al de la velocidad con la que la partícula entra en el campo magnético.
• Si la carga incide en dirección del campo, no actúa fuerza alguna sobre ella.
• Si incide perpendicular al campo, la fuerza adquiere su máximo valor y es perpendicular a la velocidad y al campo.
• Si incide en dirección oblicua, aparece una fuerza perpendicular al campo y a la velocidad, y su valor es proporcional al valor del seno del ángulo de incidencia.
• Cargas de distinto signo en movimiento experimentan fuerzas de sentidos opuestos.

Fuerza de Lorentz: describe la fuerza que experimenta una carga en un campo magnético. Un campo magnético se mide en Tesla (T) o Gauss (G).

Acción de un Campo Magnético sobre una Corriente Eléctrica

Una corriente eléctrica en un conductor viene caracterizada por la intensidad de corriente.

• Campo magnético uniforme sobre conductor rectilíneo: produce una fuerza sobre el conductor.
• Campo magnético uniforme sobre una espira: no ejerce fuerza neta sobre un conductor en forma de espira cerrada por el que circula una corriente.

Orientación de una Espira en un Campo Magnético

• El momento de par de fuerzas que actúa sobre una espira por la que circula una corriente y que está situada en un campo magnético es igual al producto vectorial del momento magnético de la espira por el vector campo.
• La espira no girará si el plano de la espira es perpendicular al campo y girará si se coloca en cualquier otra posición, de modo que oscilará alrededor de la posición de equilibrio hasta colocarse en dirección perpendicular al campo.

Aplicaciones de Campos Magnéticos

• Galvanómetro: aparato que se usa para medir pequeñas intensidades de corriente.
• Movimiento de partículas cargadas que entran en dirección perpendicular a un campo uniforme: una partícula cargada que penetra en dirección perpendicular a un campo magnético uniforme describe un movimiento circular uniforme. Podemos utilizar un campo magnético para separar partículas de distinto signo. Cuanto mayor sea la carga, menor será el radio. La velocidad angular se llama frecuencia de ciclotrón. En los campos magnéticos, las partículas solo modifican su trayectoria.
• Ciclotrón: es el primer acelerador de partículas cargadas que operó con campos magnéticos y con el que se consiguieron energías elevadas (Lawrence). Está formado por dos regiones conductoras huecas con forma de D en las que se ha practicado el vacío, conectadas a un generador de corriente alterna y situadas en el seno de un campo magnético uniforme perpendicular a las mismas. Uno de los defectos que tuvo fue que a grandes velocidades aparecen efectos relativistas que suponen el aumento del periodo de semirrevolución, lo que da lugar a un desfase con las alternancias de voltaje.
• Selector de velocidad: si la carga es positiva, la fuerza eléctrica estará dirigida hacia arriba y la magnética hacia abajo.
• Espectrógrafo de masas: con él se realizan cálculos de masas isotópicas.

Campos Magnéticos Producidos por Corrientes Eléctricas

Fuerzas Magnéticas entre Corrientes Paralelas

• Cuando circula corriente en sentido ascendente por el conductor, las líneas de fuerza se orientan en un sentido, si no, en el opuesto.
• Las líneas del campo magnético que son creadas por una corriente rectilínea constituyen circunferencias concéntricas en el plano perpendicular al conductor.
• La dirección de B es tangente en cada punto a dichas líneas y su sentido es el que determinan los dedos de la mano derecha cuando el pulgar señala el sentido de la corriente.
• Las fuerzas magnéticas entre dos conductores rectilíneos por los que circula corriente son iguales y de sentidos opuestos.
• Las fuerzas magnéticas entre dos conductores paralelos son atractivas si las corrientes circulan en el mismo sentido y repulsivas si lo hacen en sentido contrario.

Campo Magnético Producido por una Corriente Rectilínea Indefinida

En un punto exterior P es directamente proporcional a la intensidad e inversamente proporcional a la distancia a dicho punto y su dirección es tangente en el plano perpendicular a la corriente.

Ley de Biot-Savart

Describe el campo magnético producido para un elemento de corriente.

Propiedades:

• Es directamente proporcional al elemento de corriente que produce el campo e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia al punto.
• El vector dB es perpendicular al elemento de corriente y al vector unitario, en la dirección de la recta que une el elemento de corriente y el punto considerado.