Download La intensidad del campo magnético

El magnetismo se define como el fenómeno físico por medio del cual ciertos
materiales tienen la capacidad de atraer o repeler a otros materiales, basándose
su origen en el movimiento de partículas cargadas el magnetismo forma parte de
la fuerza electromagnética siendo una de las fuerzas fundamentales de la
naturaleza.
Muchos de nosotros hemos experimentado con el magnetismo mediante el uso
de imanes, un imán es un material que dispone de una alta capacidad magnética
para atraer a materiales ferromagnéticos como el hierro, acero, níquel, etc. Así
como de repeler o atraer a otros imanes, el origen de dichas fuerzas de atracción
o repulsión magnética reside en la distribución a nivel atómico de los electrones
que componen el imán.
Tal y como hemos descrito en la definición de magnetismo su origen físico
reside en la existencia de partículas cargadas eléctricamente y en movimiento,
por ello los electrones son considerados como pequeños imanes dado a que son
partículas cargadas las cuales se mueven u orbitan alrededor del núcleo atómico
así como giran sobre su propio eje de simetría (espín). Todos estos movimientos
de los electrones crean pequeñas fuerzas magnéticas las cuales son responsables
de la capacidad magnética de un material u otro.
Realmente todos los materiales son
magnéticos lo que ocurre es que existen
materiales que disponen de una distribución
desigual de sus electrones anulándose las
distintas fuerzas magnéticas originadas, por
otro lado existen materiales que disponen de
una gran cantidad de electrones distribuidos
en una misma dirección de tal forma que las
distintas fuerzas magnéticas orginadas se
suman creando un efecto magnético a escala
macroscópica.
Por otro lado cuando hacemos circular un
flujo de electrones a través de un cable
eléctrico, es decir aplicamos una corriente
eléctrica, obtenemos magnetismo debido al
movimiento de dichos electrones a través del
cable, por lo que la electricidad y el magnetismo se encuentran estrechamente
ligados siendo considerados a ambos como un único fenómeno físico conocido
como electromagnetismo el cual junto con la gravedad, la nuclear débil y la
nuclear fuerte componen las 4 fuerzas fundamentales de la naturaleza.
Esta estrecha relación entre la electricidad y el magnetismo hace que cualquier
campo magnético lleve asociado un campo eléctrico y viceversa, el conocimiento
de dichos fenómenos han permitido el desarrollo de generadores eléctricos
mediante la rotación de imanes cerca de una bobina así como el desarrollo de los
motores eléctricos los cuales mediante la
aplicación de corriente eléctrica próxima a un
imán producen un movimiento mecánico el
cual puede ser aprovechado para mover por
ejemplo las ruedas de una motocicleta.
El magnetismo de los imanes
El estudio del comportamiento de los imanes pone de manifiesto la existencia en cualquier
imán de dos zonas extremas o polos en donde la acción magnética es más intensa. Los
polos magnéticos de un imán no son equivalentes, como lo prueba el hecho de que
enfrentando dos imanes idénticos se observen atracciones o repulsiones mutuas según se
aproxime el primero al segundo por uno o por otro polo.
Para distinguir los dos polos de un imán recto se
les denomina polo norte y polo sur. Esta
referencia geográfica está relacionada con el
hecho de que la Tierra se comporte como un gran
imán. Las experiencias con brújulas indican que
los polos del imán terrestre se encuentran
próximos a los polos Sur y Norte geográficos
respectivamente. Por tal motivo, el polo de la
brújula que se orienta aproximadamente hacia el
Norte terrestre se denomina polo Norte y el
opuesto constituye el polo Sur. Tal distinción
entre polos magnéticos se puede extender a
cualquier tipo de imanes.
Las experiencias con imanes ponen de manifiesto que polos del mismo tipo (N-N y S-S)
se repelen y polos de distinto tipo (N-S y S-N) se atraen. Esta característica del
magnetismo de los imanes fue explicada por los antiguos como la consecuencia de una
propiedad más general de la naturaleza consistente en lo que ellos llamaron la « atracción
de los opuestos ».
Otra propiedad característica del comportamiento de los imanes consiste en la
imposibilidad de aislar sus polos magnéticos. Así, si se corta un imán recto en dos mitades
se reproducen otros dos imanes con sus
respectivos polos norte y sur. Y lo mismo
sucederá si se repite el procedimiento
nuevamente con cada uno de ellos. No es
posible, entonces, obtener un imán con un
solo polo magnético semejante a un cuerpo
cargado con electricidad de un solo signo.
Dicha experiencia fue efectuada por primera
vez por Peregrinus, sabio francés que vivió
sobre 1270 y a quien se debe el perfeccionamiento de la brújula, así como una importante
aportación al estudio de los imanes.
Historia del magnetismo
El fenómeno del magnetismo era conocido por antiguas civilizaciones como los
fenicios, egipcios y persas entre otros, pero fue el filósofo griego Tales de Mileto
en ser el primer testimonio escrito sobre este extraño fenómeno al afirmar que
las magnetitas tenían alma al poder atraer partículas de hierro.
Pero no fue hasta el año 1600 cuando el médico e investigador William Gilbert
publicó su famoso libro "De Magnete" donde se recogía todas sus investigaciones
científicas sobre el fenómeno del magnetismo. Willian Gilbert fue el primero en
identificar a nuestro planeta Tierra como un gigantesco imán cuyos polos están
próximos a los polos geográficos explicando la orientación de las brújulas
apuntando al norte, por otro lado describió los fenómenos de imantación sobre
otros materiales así como la influencia de la temperatura sobre las capacidades
magnéticas.
Posteriormente en el año 1820 el físico y químico danés Han Christian Oersted
demostró la relación existente
entre la electricidad y el
magnetismo cuando al colocar un
brújula imantada cerca de un
alambre por donde fluía cierta
corriente eléctrica observó como la
brújula se movió y se colocó
perpendicularmente al alambre,
Oersted fue el primer científico en
acuñar
la
palabra
electromagnetismo.
primer motor eléctrico de la historia.
El gran físico experimentador y
científico
Michel
Faraday
profundizó sobre los experimentos
de Oersted descubriendo la
inducción electromagnética por
medio de la cual desarrolló el
En el año 1865 el matemático y físico James Clark Maxwell desarrolló las
ecuaciones matemáticas que describían todos los fenómenos descubiertos y
descritos anteriormente por Faraday y Oersted, gracias a la ecuaciones de
Maxwell la teoría electromagnética revolucionó la física de aquella época al
relacionar matemáticamente el magnetismo y la electricidad bajo una misma
teoría y al predecir la existencia de ondas electromagnéticas las cuales fueron
descubiertas por el físico Heinrich Hertz en 1888 siendo la base del desarrollo del
mundo de las telecomunicaciones como la radio, la televisión o el teléfono.
Las fuerzas características de los imanes se denominan fuerzas magnéticas. El
desarrollo de la física amplió el tipo de objetos que sufren y ejercen fuerzas magnéticas.
Las corrientes eléctricas y, en general, las cargas en movimiento se comportan como
imanes, es decir, producen campos magnéticos. Siendo las cargas móviles las últimas en
llegar al panorama del magnetismo han permitido, sin embargo, explicar el
comportamiento de los imanes, esos primeros objetos magnéticos conocidos desde la
antigüedad.
El término magnetismo tiene su origen en el nombre que en la época de los filósofos
griegos recibía una región del Asia Menor, entonces denominada Magnesia; en ella
abundaba una piedra negra o piedra imán capaz de atraer objetos de hierro y de
comunicarles por contacto un poder similar. A pesar de que ya en el siglo VI a. de C. se
conocía un cierto número de fenómenos magnéticos, el magnetismo como disciplina no
comienza a desarrollarse hasta más de veinte siglos después, cuando la experimentación
se convierte en una herramienta esencial para el desarrollo del conocimiento científico.
Gilbert (1544-1603), Ampere (1775-1836), Oersted (1777-1851), Faraday (1791-1867)
y Maxwell (1831-1879), investigaron sobre las características de los fenómenos
magnéticos, aportando una descripción en forma de leyes.
Los fenómenos magnéticos habían permanecido durante mucho tiempo en la historia de
la ciencia como independientes de los eléctricos. Pero el avance de la electricidad por
un lado y del magnetismo por otro, preparó la síntesis de ambas partes de la física en
una sola, el electromagnetismo, que reúne las relaciones mutuas existentes entre los
campos magnéticos y las corrientes eléctricas. Maxwell fue el científico que cerró ese
sistema de relaciones al elaborar su teoría electromagnética.
El campo magnético es una magnitud vectorial y, por lo tanto, hay que definir su
módulo, dirección y sentido.
= campo magnético, inducción magnética o densidad de flujo magnético es
una descripción matemática de la influencia magnética de las corrientes
eléctricas y de los materiales magnéticos. El campo magnético en cualquier
punto está especificado por dos valores, la dirección y la magnitud; de tal forma
que es un campo vectorial. Específicamente, el campo magnético es un vector
axial (rotacional o radial o cilíndrica), como lo son los momentos mecánicos y
los campos rotacionales. Los campos magnéticos son producidos por cualquier
carga eléctrica en movimiento y el momento magnético En la relatividad
especial, campos eléctricos y magnéticos son dos aspectos interrelacionados de
un objeto, llamado el tensor electromagnético. Las fuerzas magnéticas dan
información sobre la carga que lleva un material a través del efecto Hall. La
interacción de los campos magnéticos en dispositivos eléctricos tales como
transformadores es estudiada en la disciplina de circuitos magnéticos.entre las
definiciones de campo magnético se encuentra la dada por la fuerza de Lorentz. Esto
sería el efecto generado por una corriente eléctrica o un imán, sobre una región del
espacio en la que una carga eléctrica puntual de valor (q), que se desplaza a una
velocidad
, experimenta los efectos de una fuerza que es perpendicular y
proporcional tanto a la velocidad (v) como al campo (B). Así, dicha carga percibirá una
fuerza descrita con la siguiente ecuación.
Donde F es la fuerza magnética, V es la velocidad y B el campo magnético,
también llamado inducción magnética y densidad de flujo magnético. (Nótese
que tanto F como v y B son magnitudes vectoriales y el producto vectorial tiene
como resultante un vector perpendicular tanto a v como a B). El módulo de la
fuerza resultante será:
La existencia de un campo magnético se pone de relieve gracias a la propiedad
(la cual la podemos localizar en el espacio) de orientar un magnetómetro
(laminilla de acero imantado que puede girar libremente). La aguja de una
brújula, que evidencia la existencia del campo magnético terrestre puede ser
considerada un magnetómetro.
Observaciones
1º Si el haz de electrones se desvía, existe un campo magnético
.
2º Se define como dirección de
: "la dirección en que ha de moverse una
carga para que el campo magnético no ejerza fuerza sobre ella".
Supongamos que esto ocurre cuando, en la figura,
OZ, siendo, por tanto, ésta la dirección de
tiene la dirección del eje
.
3º Cuando la velocidad de la carga móvil es perpendicular al campo
magnético, la fuerza que actúa sobre la carga es perpendicular a
como en la figura.
y
4º Consideremos que emitimos iones positivos a una velocidad
no
perpendicular a
.
, tal
Se observa que la fuerza
que actúa
sobre la carga, +q, móvil, es
perpendicular a
y
, siendo su
módulo proporcional al valor de la carga
ya
.
Se define módulo de : "la constante de
proporcionalidad entre F y
", es decir
5º La fuerza ejercida sobre una carga positiva es opuesta a la ejercida sobre una
negativa para valores fijos de
Dado que el sentido de
definimos sentido de
y
.
es inmedible (es un ente abstracto inventado),
: "aquél que cumple la relación
Historia
Si bien algunos materiales magnéticos han sido conocidos desde la antigüedad, como
por ejemplo el poder de atracción que la magnetita ejerce sobre el hierro, no fue sino
hasta el siglo XIX cuando la relación entre la electricidad y el magnetismo quedó
plasmada, pasando ambos campos de ser diferenciados a formar el cuerpo de lo que se
conoce como electromagnetismo.
Antes de 1820, el único magnetismo conocido era el del hierro. Esto cambió con un
profesor de ciencias poco conocido de la Universidad de Copenhague, Dinamarca, Hans
Christian Oersted. En 1820 Oersted preparó en su casa una demostración científica a sus
amigos y estudiantes. Planeó demostrar el calentamiento de un hilo por una corriente
eléctrica y también llevar a cabo demostraciones sobre el magnetismo, para lo cual
dispuso de una aguja de brújula montada sobre una peana de madera.
Mientras llevaba a cabo su demostración eléctrica, Oersted notó para su sorpresa que
cada vez que se conectaba la corriente eléctrica, se movía la aguja de la brújula. Se calló
y finalizó las demostraciones, pero en los meses sucesivos trabajó duro intentando
explicarse el nuevo fenómeno. ¡Pero no pudo! La aguja no era ni atraída ni repelida por
ella. En vez de eso tendía a quedarse en ángulo recto. Hoy sabemos que esto es una
prueba fehaciente de la relación intrínseca entre el campo magnético y el campo
eléctrico plasmada en las ecuaciones de Maxwell.
Como ejemplo para ver la naturaleza un poco distinta del campo magnético basta
considerar el intento de separar el polo de un imán. Aunque rompamos un imán por la
mitad éste "reproduce" sus dos polos. Si ahora volvemos a partir otra vez en dos,
nuevamente tendremos cada trozo con dos polos norte y sur diferenciados. En
magnetismo no existen los monos polos magnéticos.
LÍNEAS DE CAMPO MAGNÉTICO
Del mismo modo que el campo eléctrico E puede representarse mediante líneas
de campo eléctrico, también el campo magnético B puede ser representado
mediante líneas de campo magnético. En ambos casos, la dirección del
campo viene indicada por la dirección de las líneas de campo, y la magnitud del
campo por su densidad. Existen, sin embargo, dos importantes diferencias entre
líneas del campo eléctrico y líneas de campo magnético:
1. Las líneas de campo eléctrico poseen la
dirección de la fuerza eléctrica sobre la carga
positiva, mientras que las líneas de campo
magnético son perpendiculares a la fuerza
magnética sobre una carga móvil.
2. Las líneas de campo eléctrico comienzan en
las cargas positivas y terminan en las cargas
negativas; las líneas de campo magnético
forman circuitos cerrados. Con los polos
magnéticos aislados aparentemente no
existen, no hay puntos en el espacio donde las líneas de campo magnético
comiencen o terminen.
Las líneas de campo magnético dentro y fuera de una
barra magnética. Las líneas emergerían del polo norte y
entrarían en el polo sur, pero carecen de principio y fin.
En su lugar forman circuitos cerrados.
En esta segunda figura, vemos las líneas de campo magnético
que son exteriores a una barra imanada, visualizadas por
limaduras de hierro.
UNIDADES:
Las líneas de campo magnético nunca se intersectan. Cuando una carga en
movimiento se encuentra en un campo magnético, dicha partícula experimentara
una fuerza. Esta fuerza es perpendicular a las direcciones del campo magnético y
de la velocidad. Puesto que la fuerza es una partícula siempre tiene una sola
dirección, podemos concluir que las líneas de campo magnético no se pueden
cruzar.
Estas líneas que rodean el material forman el campo
magnético que contiene y para poder visualizarlo se
trazan líneas de campo magnético llamadas líneas de
flujo. Estas líneas salen del polo norte de un imán y
entran por el polo sur; no tienen principio ni fin; es
decir, forman una especie de espiral que pasa por la
barra magnetizada.
La intensidad del campo magnético, también conocida
como inducción magnética, se representa por la letra B y es una cantidad vectorial
con dirección y sentido expresados mediante las líneas de fuerza magnética. La
magnitud de campo magnético B en cualquier punto del espacio se expresa
mediante la siguiente ecuación:
𝐹
𝐵
𝑞0 (𝑉𝑠𝑒𝑛𝜃)
Donde F representa la magnitud de la fuerza magnética que se ejerce sobre una
carga q0 , cuya velocidad v forma un ángulo θ con el campo.
La unidad de campo magnético en el Sistema Internacional es el tesla (T) en
honor a Nicola Tesla (1856-1943), la cual representa la intensidad que ha de tener
un campo magnético para que una cara de 1 C, moviéndose en su interior a una
velocidad de 1 m/s perpendicularmente a la dirección del campo, experimente
una fuerza magnética de 1 newton, es decir:
1 T=
1N/1 C x 1 m/s.
Dado que la fuerza magnética, en el campo
magnético y la velocidad pueden ser
considerados como vectores, es necesario reunir
en una regla la concerniente a la relación entre
sus direcciones y sentidos. Mediante la Regla de
la Mano Derecha N° 1”, podemos visualizar la
dirección de estos tres componentes, donde el
dedo mediano apuntará hacia la dirección del
campo magnético, mientras que el dedo índice
identificará la dirección de la velocidad, y el
pulgar señalará la dirección de la fuerza.
Ejemplo:
Determina la magnitud de campo magnético de una carga de 8.3µC, la cual al
aplicarle una fuerza de 5.4 x 10-3 N alcanza una velocidad de 7.6 x10 m/s. El
ángulo que existe entre la velocidad de la carga y el campo magnético es 52°.
𝐵=
𝐹
=
𝑞(𝑉𝑠𝑒𝑛Ө)
5.4𝑥10−3 𝑁
5.4𝑥10−3 𝑁
=
=
8.3𝑥10−6 𝐶(7.4𝑥106 𝑚/𝑠) 𝑠𝑒𝑛52°
(61.42𝐶. 𝑚/𝑠)𝑠𝑒𝑛52°
5.4𝑥10−3 𝑁
48.39962049𝐶.𝑚/𝑠
= 1.1𝑥10−4 T
Espectros magnéticos
Cuando se espolvorea en una cartulina o en una lámina de vidrio, situadas sobre un
imán, limaduras de hierro, éstas se orientan de un modo regular a lo largo de líneas que
unen entre sí los dos polos del imán. Lo que sucede es que cada limadura se comporta
como una pequeña brújula que se orienta en cada punto como consecuencia de las
fuerzas magnéticas que soporta. La imagen que forma este conjunto de limaduras
alineadas constituye el espectro magnético del imán.
El espectro magnético de un imán permite no sólo distinguir con claridad los polos
magnéticos, sino que además proporciona una representación de la influencia magnética
del imán en el espacio que le rodea. Así una pareja de imanes enfrentados por sus polos
de igual tipo dará lugar a un espectro magnético diferente al que se obtiene cuando se
colocan de modo que sean los polos opuestos los más próximos. Esta imagen física de
la influencia de los imanes sobre el espacio que les rodea hace posible una
aproximación relativamente directa a la idea de campo magnético.
La intensidad del campo magnético
Como sucede en otros campos de fuerza, el campo magnético queda definido
matemáticamente si se conoce el valor que toma en cada punto una magnitud vectorial
que recibe el nombre de intensidad de campo. La intensidad del campo magnético, a
veces denominada inducción magnética, se representa por la letra b y es un vector tal
que en cada punto coincide en dirección y sentido con los de la línea de fuerza
magnética correspondiente. Las brújulas, al alinearse a lo largo de las líneas de fuerza
del campo magnético, indican la dirección y el sentido de la intensidad del campo b.
La obtención de una expresión para b se deriva de la observación experimental de lo
que le sucede a una carga q en movimiento en presencia de un campo magnético. Si la
carga estuviera en reposo no se apreciaría ninguna fuerza mutua; sin embargo, si la
carga q se mueve dentro del campo creado por un imán se observa cómo su trayectoria
se curva, lo cual indica que una fuerza magnética Fm se está ejerciendo sobre ella. Del
estudio experimental de este fenómeno se deduce que:
a) Fm es tanto mayor cuanto mayor es la magnitud de la carga q y su sentido depende
del signo de la carga.
b) Fm es tanto mayor cuanto mayor es la velocidad v de la carga q.
c) Fm se hace máxima cuando la carga se mueve en una dirección perpendicular a las
líneas de fuerza y resulta nula cuando se mueve paralelamente a ella.
d) la dirección de la fuerza magnética en un punto resulta perpendicular al plano
definido por las líneas de fuerza a nivel de ese punto y por la dirección del movimiento
de la carga q, o lo que es lo mismo, Fm es perpendicular al plano formado por los
vectores b y v.
Las conclusiones experimentales a,b y e quedan resumidas en la expresión:
Fm = q.v.B.sen φ(11.1)
donde B representa el módulo o magnitud de la intensidad del campo y φ el ángulo que
forman los vectores v y b. Dado que Fm, v y b pueden ser considerados como vectores,
es necesario además reunir en una regla lo relativo a la relación entre sus direcciones y
sentidos: el vector Fm es perpendicular al plano formado por los vectores v y b y su
sentido coincide con el de avance de un tornillo que se hiciera girar en el sentido que va
de v a b (por el camino más corto). Dicha regla, llamada del tornillo de Maxwell, es
equivalente a la de la mano izquierda, según la cual las direcciones y sentidos de los
vectores Fm,v y b vienen dados por los dedos pulgar, índice y corazón de la mano
izquierda dispuestos en la forma que se muestra en la figura adjunta.
La ecuación (11.1) constituye una definición indirecta del módulo o magnitud de la
intensidad del campo magnético, dado que a partir de ella se tiene:
B = Fm/q.v.sen φ(11.2)
La dirección de b es precisamente aquélla en la que debería desplazarse q para que Fm
fuera nula; es decir, la de las líneas de fuerza. La unidad del campo magnético en el SI
es el tesla (T) y representa la intensidad que ha de tener un campo magnético para que
una carga de 1 C, moviéndose en su interior a una velocidad de 1 m/s
perpendicularmente a la dirección del campo, experimentase una fuerza magnética de 1
newton.
1 T = 1 N/1 C. 1 m/s
Aunque no pertenece al SI, con cierta frecuencia se emplea el gauss (G): 1 T = 104 G
EL MOVIMIENTO DE PARTICULAS EN UN CAMPO MAGNETICO
Los campos eléctricos y magnéticos desvían ambos las trayectorias de las cargas en
movimiento, pero lo hacen de modos diferentes. Una partícula cargada que se mueve en
un campo eléctrico (como el producido entre las dos placas de un condensador plano
dispuesto horizontalmente) sufre una fuerza eléctrica Fe en la misma dirección del
campo E que curva su trayectoria. Si la partícula alcanza el espacio comprendido entre
las dos placas según una dirección paralela, se desviará hacia la placa + si su carga es
negativa y hacia la - en caso contrario, pero siempre en un plano vertical, es decir,
perpendicular a ambas placas. Dicho plano es el definido por los vectores v y E.
Si las dos placas del condensador se sustituyen por los dos polos de un imán de
herradura, la partícula sufre una fuerza magnética Fm que según la regla de la mano
izquierda es perpendicular a los vectores v y b. En este caso la trayectoria de la partícula
cargada se desvía en el plano horizontal.
Campos magnéticos - El experimento de Oersted
Aun cuando los filósofos griegos presintieron que las fuerzas eléctricas y las magnéticas
tenían un origen común, la experimentación desarrollada desde William Gilbert (1544-
1603) en torno a este tipo de fenómenos no reveló ningún resultado que indicara que un
cuerpo cargado en reposo es atraído o repelido por un imán. A pesar de su similitud, los
fenómenos eléctricos parecían independientes de los fenómenos magnéticos. Esta era la
opinión de los colegas de Oersted (1777-1851) y probablemente la suya propia hasta
que un día de 1819, al finalizar una clase práctica en la Universidad de Copenhague, fue
protagonista de un descubrimiento que lo haría famoso. Al acercar una aguja imantada a
un hilo de platino por el que circulaba corriente advirtió, perplejo, que la aguja
efectuaba una gran oscilación hasta situarse inmediatamente perpendicular al hilo. Al
invertir el sentido de la corriente, la aguja invirtió también su orientación.
Este experimento, considerado por algunos como fortuito y por otros como
intencionado, constituyó la primera demostración de la relación existente entre la
electricidad y el magnetismo. Aunque las cargas eléctricas en reposo carecen de efectos
magnéticos, las corrientes eléctricas, es decir, las cargas en movimiento, crean campos
magnéticos y se comportan, por lo tanto, como imanes.
Fuerza Magnética
El campo magnético B se define de la ley de la Fuerza de Lorentz, y
específicamente de la fuerza magnética sobre una carga en movimiento| 1o:
Las implicaciones de esta expresión incluyen:
1. La fuerza es perpendicular a ambas, a la velocidad v de la carga y al campo
magnético B.
2. La magnitud de la fuerza es F = qvB senθ donde θ es el ángulo < 180 grados
entre la velocidad y el campo magnético. Esto implica que la fuerza magnética
sobre una carga estacionaria o una carga moviéndose paralela al campo
magnético es cero.
3. La dirección de la fuerza está dada por la regla de la mano derecha. La
fórmula de la fuerza de arriba está en forma de producto vectorial.
Cuando se aplica la fórmula de la fuerza magnética a un cable portador de
corriente, se debe usar la regla de la mano derecha, para determinar la dirección
de la fuerza sobre el cable.
De la fórmula de la fuerza de arriba se puede deducir que las unidades de campo
magnético son los Newtons segundo / (Culombios metro) o Newtons por
Amperio metro. Esta unidad se llama Tesla. Es una unidad grande y para
pequeños campos como el campo magnético de la Tierra, se usa una unidad mas
pequeña llamada Gauss. 1 Tesla es 10.000 Gauss. El campo magnético de la
Tierra en su superficie es del orden de medio Gauss.
REGLA DELA MANO DERECHA
La regla de la mano derecha o del
sacacorchos es un método para determinar
direcciones vectoriales, y tiene como base los
planos cartesianos. Se emplea prácticamente en
dos maneras; para direcciones y movimientos
vectoriales lineales, y para movimientos y
direcciones rotacionales.
Así, cuando se hace girar un sacacorchos o un
tornillo "hacia la derecha" (en el sentido de la
agujas de un reloj) el sacacorchos o el tornillo
"avanza", y viceversa, cuando se hace girar un
sacacorchos o un tornillo "hacia la izquierda"
(contrario a las agujas del reloj), el sacacorchos o
el tornillo "retroceden".
REGLA DE LA MANO IZQUIERDA
Es la que determina hacia donde se mueve un conductor o en qué sentido se
genera la fuerza dentro de él.
En un conductor que está dentro de un campo
magnético y por el cual se hace circular una corriente, se
crea una fuerza cuyo sentido dependerá de cómo
interactúen ambas cosas (corriente y campo). Se
colocan perpendicularmente entre sí los tres primeros
dedos de la mano izquierda, de modo que el índice señale
el sentido del campo, el medio indique el sentido de la
corriente y, entonces, el pulgar señala el sentido del
movimiento del conductor o de la desviación que
experimentan las cargas.
En general se acepta que el magnetismo de la materia es el resultado del
movimiento de los electrones en los átomos de las sustancias. De ser así, el
magnetismo es una propiedad de la carga en movimiento y está estrechamente
relacionado con el fenómeno eléctrico. De acuerdo con la teoría clásica, los
átomos individuales de una sustancia magnética son, en efecto, diminutos
imanes con polos norte y sur. La polaridad magnética de los átomos se basa
principalmente en el espín de los electrones y se debe, solo en parte, a sus
movimientos orbitales alrededor del núcleo. No deben tomarse muy enserio los
diagramas de este tipo, ya que aún se ignoran muchos aspectos relacionados con
el movimiento de los electrones. No obstante, creemos firmemente que los
campos magnéticos de todas las partículas deben ser causados por cargas en
movimiento, y tales modelos nos ayudan a describir tales fenómenos.
Los átomos en un material magnético están agrupados en microscópicas
regiones magnéticas conocidas como dominios. Se piensa que todos los átomos
dentro de un dominio están polarizados magnéticamente a lo largo de un eje
cristalino. En un material no magnetizado, estos dominios se orientan en
direcciones al azar. Se usa un punto para indicar que una flecha está dirigida
hacia afuera del papel, y una cruz indica una dirección hacia adentro del papel.
Si un gran número de dominios se orientan en la misma dirección, el material
mostrara fuertes propiedades magnéticas.
Esta teoría del magnetismo es muy útil porque ofrece una explicación para gran
número de los efectos magnéticos observados en la materia. Por ejemplo, una
barra de hierro no magnetizada se puede transformar en un imán simplemente
sosteniendo otro imán cerca de ella o en contacto con ella. Este proceso llamado
inducción magnética se muestra en la imagen abajo, las tachuelas se convierten,
por inducción, en imanes temporalmente. Observe que las tachuelas de la
derecha se magnetizaron, a pesar de que en realidad no se han puesto en
contacto con el imán. La inducción magnética se explica por medio de la teoría
del dominio. La introducción de un campo magnético provoca la alineación de
los dominios, y eso da por resultado la
magnetización.
El magnetismo inducido es, a menudo, solo
temporal, y cuando se retira el campo, los
dominios gradualmente se vuelven a
desorientar. Si los dominios permanecen
alineados en cierto grado después de que el
campo se ah eliminado, se dice que el
material está permanentemente
magnetizado. La capacidad de retener el
magnetismo se conoce como retentividad.
Otra propiedad de los materiales magnéticos
que se explica fácilmente a la luz de la teoría
del dominio es la saturación magnetica. Tal
parece que existe un límite para el grado de
magnetización que experimenta un material.
Una vez que se ah alcanzado dicho límite,
ningún campo externo, por fuerte que sea,
puede incrementar la magnetización. Se
piensa que todos los dominios ya se han
alineado.
1º Calcula la inducción magnética en el centro de una espira de 32 cm de
radio si la corriente es de 2 A.
El módulo de la inducción magnética en el centro de una espira puede
calcularse utilizando la ecuación:
B
o I
2r

Donde B es el módulo de la inducción magnética ( B es el vector
inducción magnética que representa matemáticamente el campo magnético) o
la permeabilidad magnética en el vacío ( o  4   107 T m / A) , I la intensidad de
la corriente que circula por la espira y r el radio de la espira. Sustituyendo
datos:
B
o I
2r

Tm
2A
A
 3,9  10 6 T
2  0,32 m
4   10 7
2º A una distancia de 30 cm de un hilo conductor muy largo se ha
medido un campo magnético de 4,2. 106 T. Si no existe ninguna otra fuente de
campo magnético, calcula la intensidad de la corriente que circula por el hilo.
La expresión del campo magnético debido a un conductor rectilíneo es:
B
o I
2 r
(1)
Donde B es el módulo de la inducción magnética, o es la permeabilidad
magnética del vacío ( o  4   107 T m / A) , I es la intensidad de la corriente que
circula por el conductor y r la distancia desde el conductor al punto en el que la
inducción magnética es B.
Como nos piden la intensidad de la corriente que circula por el
conductor, debemos despejar I de la ecuación (1)
B
o I
2 r

I
2 r B
o
Sustituyendo datos:
I
2 r B
o

2   0,30  4,2  106
 6,3 A
4   10 7