Noción de inducción magnética Por razones históricas, el vector
se denomina normalmente vector de inducción magnética.
Aunque se puede utilizar también la expresión campo
magnético. La fuerza que actúa sobre una carga positiva,
que se desplaza dentro de un campo magnético, perpendicularmente
a las líneas de fuerza y con una velocidad V,
depende del valor de la carga, de su velocidad y de una característica
especifica de campo, denominada inducción magnética
() .
La inducción magnética del campo es la fuerza que
actúa sobre cada la unidad de carga y por unidad de velocidad,
viene dada en módulo por la fórmula.
La inducción magnética
de un campo, en un punto del mismo, es la fuerza que actúa
sobre una unidad de carga positiva que se desplaza, perpendicularmente
a las líneas de fuerza, con una unidad de velocidad.
Se representa por ().
Fuerza magnética sobre una carga móvil Sobre la carga móvil q
actúa una fuerza magnética, llamada fuerza
de Lorentz, cuya dirección es perpendicular a los
vectores y
cuyo módulo viene dado por: F = q.V.B. Las direcciones de los vectores ,
y
son perpendiculares entre sí y sus sentidos pueden determinarse
mediante la regla de la palma de la mano derecha.
Para ello se coloca la mano derecha extendida con el pulgar perpendicular
a los restantes dedos.
Si en estas condiciones el pulgar señala el sentido del vector
y los restantes
dedos señalan el sentido de la inducción magnética
(campo magnético) ,
la fuerza que
el campo magnético ejerce sobre la partícula es perpendicular
a la palma de la mano y se aleja de ella. En el caso general el
vector velocidad
forma con el vector de inducción magnética
un ángulo q, el módulo
de la fuerza que actúa sobre la carga viene dado por: F
= q.V.B.senq Cuando q
= 90º se obtiene la fuerza máxima. ¿Qué
sucede con la fuerza cuando q
= 0º o q
= 180º
De = q.(.),
se permite definir de manera más amplia el módulo
del vector de la inducción magnética o campo magnético
.
El módulo de la inducción
magnética o campo magnético en un punto es
una magnitud que se mide por el cociente entre el módulo
de la fuerza que actúa sobre una carga móvil
que pasa por el punto y el producto de dicha carga por la
componente de la velocidad perpendicular al vector inducción.
Unidades inducción magnética o campo magnético.
La unidad de inducción magnética en el Sistema Internacional
o MKS se denomina Tesla .
En el sistema cegesimal o CGS, la unidad de inducción es
el Gauss.
Un Tesla es la inducción de un
campo magnético en el que una carga de un coulomb que
se desplaza perpendicularmente a las líneas de fuerzas
con una velocidad de 1 m/seg se ve sometida a una fuerza de
un newton.
En la explicación o resolución de problemas donde
intervienen campos magnéticos o corrientes eléctricas
son importantes las siguientes notaciones.
Para representar un campo magnético uniforme perpendicular
al plano de la página y dirigido hacia adentro se utiliza
como símbolo una cruz ( X ).
Para representar un campo magnético uniforme perpendicular
al plano de la página y dirigido hacia afuera se utiliza
como símbolo un punto ( ·
).
Existe un campo magnético cuando
al penetrar en una región del espacio, una carga móvil
experimenta una fuerza que depende de la velocidad de la carga.
Movimiento de una partícula cargada, situada en un
campo magnético Cuando una partícula cargada penetra perpendicularmente
a un campo magnético, su trayectoria es una circunferencia,
porque sobre ella actúa una fuerza magnética que es
una fuerza deflectora, perpendicular al vector principal. Fcentrípeta = Fmagnética = q.V.B
Como la fuerza centrípeta es igual a la fuerza magnética
al igualar estos valores se obtiene la siguiente fórmula:
;
el radio de la órbita descrita es: .
La rapidez tangencial Vde la partícula
en función de la rapidez angular w
se determina mediante la ecuación V
=w.R
En consecuencia la rapidez angular de la partícula es:
Fuerza magnética sobre una corriente rectilínea Una corriente eléctrica consiste en un movimiento
definido de cargas eléctricas en un conductor. Un campo magnético
ejerce una fuerza magnética sobre una carga aislada en movimiento.
Por consiguiente, es de esperarse que un campo magnético
ejerza una fuerza magnética sobre un conductor rectilíneo
por el cual circula una corriente eléctrica.
Para comprobarlo basta colocar un conductor rectilíneo PQ de
longitud l perpendicularmente a un campo
magnético uniforme de inducción magnética .
Si por el conductor se hace pasar una corriente eléctrica de
intensidad I en el sentido indicado,
el campo magnético actúa sobre el conductor con una
fuerza , por lo
que el conductor se mueve o tiende a moverse en el sentido de dicha
fuerza.
Como los sentidos del campo magnético y de la corriente son
generalmente conocidos, el sentido de la fuerza puede determinarse
aplicando la regla de la palma de la mano derecha
se coloca la mano derecha extendida con el pulgar perpendicular
a los restantes dedos. Si en estas condiciones el pulgar señala
el sentido de la corriente l, y los
restantes dedos señalan el sentido de la inducción
magnética ,
la fuerza que
el campo magnético ejerce sobre la corriente es perpendicular
a la palma de la mano y se aleja de ella.
A fin de estudiar la fuerza ejercida por un campo magnético
de inducción ,
considere un tramo recto de un conductor, de longitud l,
que transporta una corriente de intensidad l,
siendo q la carga total que se está
desplazando por el conductor y t el
tiempo que esta carga tarda en recorrer la longitud considerada.
Teniendo en cuenta que la intensidad de la corriente
es la carga que circula por cada unidad de tiempo:
y que la velocidad con que se mueve las cargas es el espacio recorrido
por unidad de tiempo:
Las anteriores ecuaciones permite deducir:
Sustituyendo la anterior expresión de la velocidad
en la fórmula de la fuerza ejercida por un campo magnético
sobre una carga en movimiento, resulta: F
= q.V.B La anterior ecuación es válida únicamente
cuando el vector inducción magnética
es perpendicular al conductor de longitud l.
La fuerza ejercida por un campo magnético
sobre un conductor rectilíneo situado perpendicularmente
a las líneas de fuerza es igual al producto que resulta
de multiplicar la inducción magnética por
la longitud del conductor y por la intensidad de la corriente.
Si la inducción magnética o campo magnético
forma con el conductor
l un ángulo q
se tiene que la componente de perpendicular
al conductor es .
Por consiguiente, el módulo de la fuerza magnética
que actúa sobre el conductor es: F = I. B1
.l Pero: B1
= B.senq Por consiguiente: F = I.B.l senq
.