En los artículos anteriores, hablamos sobre qué es el magnetismo, con su definición y sus propiedades. También hablamos sobre el campo magnético que se encuentra en los imanes y cómo modifica las propiedades del espacio.

En esta oportunidad hablaremos sobre las fuerzas magnéticas sobra cargas en movimiento, cómo influyen y sus principales características y fórmulas.

MAGNETISMO SOBRE CARGAS EN MOVIMIENTO

Acabamos de ver en el artículo anterior, que el pasaje de corriente afecta a un imán de la misma manera que la presencia de otro imán. Es decir que entre imanes aparecen fuerzas magnéticas y también aparecen fuerzas magnéticas entre una corriente (cargas en movimiento) y un imán. Es de esperar entonces que asimismo aparezcan fuerzas magnéticas entre cargas en movimiento o entre corrientes eléctricas o sobre cargas en movimiento en presencia de imanes. Estudiaremos ahora cómo es la fuerza magnética que aparece sobre una carga móvil cuando hay un campo magnético presente (ya sea producido por imanes o por corrientes). Las características de esta fuerza fueron determinadas experimentalmente estudiando el movimiento de partículas en presencia de campos magnéticos. Lo primero que podemos notar es que sobre partículas descargadas no aparece ninguna fuerza; eso es independiente de si las partículas se mueven o no. Esto significa que la fuerza magnética sobre una partícula depende de la carga eléctrica de la partícula. Otra cosa importante es que, si tenemos una partícula cargada en reposo en presencia de un campo magnético, tampoco aparecen fuerzas sobre ella. O sea, la presencia de un imán no afecta para nada a las cargas eléctricas mientras estas se encuentran en reposo. Esto indica que los campos magnéticos afectan a las partículas cargadas que están en movimiento, es decir, que tienen alguna velocidad. También se verifica que, cuando la velocidad de la partícula cargada resulta paralela a la dirección del campo magnético (en el mismo sentido o en el sentido contrario), no aparece ninguna fuerza magnética sobre la partícula. Eso es lo que se muestra en la figura para el caso de una partícula cargada moviéndose en un campo magnético constante y uniforme. Cuando la velocidad de la partícula forma un ángulo con la dirección del campo magnético, aparece la fuerza. Esta fuerza aumenta con el ángulo que forman la velocidad y el campo magnético y toma su valor máximo cuando el ángulo llega a los 90°, o sea, cuando la partícula se mueve en la dirección perpendicular al campo magnético. En suma, la intensidad de la fuerza magnética sobre una carga Q que se mueve con rapidez V en un campo magnético B se escribe de la siguiente manera:

Viendo la imagen que se encuentra debajo de este párrafo, vemos que α es el ángulo entre la velocidad y el campo. La dirección de la fuerza magnética resulta perpendicular al plano definido por el vector velocidad V el vector campo magnético B. Es decir que la fuerza es perpendicular a ambos vectores, V y B. El sentido de la fuerza magnética está determinado por la regla de la mano derecha: ponemos la mano derecha plana, con los dedos extendidos. Luego apuntamos con el pulgar en la dirección en que se mueve la partícula. Orientamos los otros dedos en la dirección del campo magnético. En ese momento, la mano estará en el plano determinado por los dos vectores. El sentido de la fuerza magnética sobre una carga positiva es el que correspondería a dar una cachetada (si la carga es negativa, el sentido será opuesto). Hay una versión alternativa para esta regla: primero cerramos el puño. Después extendemos el pulgar y el índice. En ese momento, veremos que esos dedos forman una "L". Con el pulgar, indicamos la dirección de V, y con el índice, la dirección de B. Ahora extendemos el anular de manera perpendicular al pulgar y al índice. La fuerza magnética apuntará en la dirección que indica el dedo anular si la carga es positiva (si la carga es negativa, la fuerza magnética apuntará en el sentido opuesto).

Volviendo a ver la figura anterior, notamos que el producto B * senα es igual a la componente del campo magnético que resulta perpendicular a la velocidad B⊥. Esto nos permite expresar a la fuerza magnética con la siguiente fórmula:

Esta ecuación indica que las unidades de campo magnético son unidades de fuerza / (carga * velocidad). Si expresamos la carga en coulomb, la velocidad en metros/segundos y la fuerza en newton, B resultará expresado en la unidad internacional de campo magnético, denominada tesla (T) (en honor a Nicola Tesla, científico e inventor serbio). O sea:

Si éste y los anteriores artículos sobre magnetismo te han gustado y te han sido de utilidad o tiene más dudas sobre el tema, no dudes en dejarnos un comentario para seguir ayudándote y mejorando sobre los futuros temas.

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En el artículo anterior, hablamos sobre qué es el magnetismo, con su definición y sus propiedades. En esta oportunidad, hablaremos sobre el campo magnético que se encuentra en los imanes y cómo modifica las propiedades del espacio.

CAMPO MAGNÉTICO EN IMANES

La presencia de imanes también modifica las propiedades del espacio de la misma manera que el pasaje de corrientes, porque también en su presencia las agujas magnetizadas se orientan hacia alguna dirección en cada punto. Esto quiere decir que los imanes producen un campo magnético, al igual que las corrientes.

Hoy sabemos que, en el caso de los imanes, el campo magnético también está producido por corrientes eléctricas las generadas por cierto movimiento ordenado que tienen los electrones alrededor de los núcleos en algunos materiales.

Al igual que en el caso del campo eléctrico, la descripción del campo magnético se puede hacer a través de líneas de campo magnético. Estas son líneas tales que el campo magnético resulta tangente a ellas en todo punto, como muestra la figura. Una manera práctica de determinar las líneas de campo es con limaduras de hierro. Si sobre un imán en forma de barra ponemos
una hoja de papel y sobre ella desparramamos limaduras de hierro, esas limaduras se comportarán como pequeñas agujas magnetizadas y se orientarán según las direcciones de las líneas de campo magnético. Como se puede ver en la figura, las líneas de campo salen
del polo Norte y llegan al polo Sur. Si a un imán con forma de barra lo doblamos formando una "U", veremos que las líneas de campo entre los extremos de la “U” se hacen paralelas. Eso indica que en la región del espacio que está en el medio de la “U”, cercana a los extremos, el campo es prácticamente constante y uniforme.

Cómo mencionamos al principio, las agujas magnetizadas se orientan en la superficie terrestre de una manera particular: el polo Norte magnético de la aguja apunta al Norte geográfico terrestre (NG) y el polo Sur magnético de la aguja apunta al polo Sur geográfico de la Tierra (SG). Esto quiere decir que la Tierra es un gran imán que produce un campo magnético. Las líneas del campo magnético de la Tierra salen del polo Sur geográfico y entran en el polo Norte geográfico.

En el próximo artículo, hablaremos sombre las fuerzas magnéticas sobre una carga en movimiento. No olvides visitar este artículo para complementar este tema.

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Las primeras observaciones respecto de las manifestaciones de fenómenos magnéticos por parte de la humanidad se remontan a 2.500 años.

Se trata de unas piedras que tienen la propiedad de atraerse o repelerse mutuamente según como se las acerca. Como estas piedras fueron halladas por primera vez en la región conocida por los griegos con el nombre de Magnesia, a la propiedad se la llamó magnetismo.

Actualmente sabemos que las propiedades de estas piedras tienen que ver con su composición química; se las denomina magnetitas. Estos son los imanes (o magnetos) naturales.

Hoy, los imanes que conocemos son resultados artificiales y se pueden obtener a partir de procesos de imantación.

PROPIEDADES DE LOS IMANES

• Si ponemos un imán en contacto con limaduras de hierro, encontraremos que estas se pegan al imán. La manera en que se pegan no es uniforme, sino que “escogen” ciertas regiones. Si este tiene forma de barra las limaduras se pegan solo en los extremos. Estos lugares corresponden a los dos denominados polos del imán.

• Si bien ambos polos poseen el mismo comportamiento en cuanto a la propiedad de atracción de las limaduras de hierro, los antiguos chinos determinaron una propiedad notable que distingue los polos de un imán. Un imán liviano, suspendido de manera que se pueda orientar libremente, se orienta de modo que el eje del imán indica la dirección Norte-Sur. Es decir, que un polo se orienta hacia el norte y el otro hacia el sur.

• Si tomamos dos de estos imanes y los acercamos de manera de acercar los dos polos que se orientan hacia el norte o los dos hacia el sur, veremos que estos se repelen. Si los acercamos de manera opuesta estos se atraerán. Si pintamos un iman por su polo Norte de un color, tendremos un aparato que nos permite orientarnos en la superficie terrestre sin necesidad de tener otros puntos de referencia. Cuando Marco Polo llevó de China a Europa esta información (la brújula), se produjo un espectacular avance en los viajes marítimos que hasta el momento estaban prácticamente restringidos a la navegación costera.

• Si tomamos un imán y lo cortamos en dos para tener el polo Norte separado del polo Sur, nos llevaremos una sorpresa: no se puede. Al cortarlo, obtendremos dos imanes. La parte que corresponde al polo Norte obtendrá un polo Sur y viceversa. Si repitiésemos el intento de cortarlos, obtendremos cada vez más imanes, más pequeños.

En los siguientes artículos, hablamos sobre el campo magnético de los imanes y también sobre las fuerzas magnéticas sobre una carga en movimiento. No dudes en pasar a leerlas para complementar toda esta información.

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