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Una partícula cargada que se mueve en presencia de un campo
magnético, suele verse sometida a una fuerza llamada fuerza de
Lorentz. Esta fuerza viene dada por la siguiente expresión:
Como se observa, la fuerza depende además del campo
magnético, de la carga eléctrica, de la velocidad de ésta y de la
dirección relativa del campo respecto a la velocidad de la carga.
Podemos comprobar que una partícula inicialmente en reposo
no experimenta fuerza magnética. Sin embargo, si está en
movimiento, se ve sometida a una fuerza desviadora que es
perpendicular a la velocidad y al campo magnético.
Por tanto, al igual que una corriente
eléctrica es capaz de desviar la
aguja imantada de una brújula, como
comprobó Oersted, en la experiencia
realizada con sus alumnos en 1820,
un imán es capaz de desviar a un
conductor por el que circule una
corriente eléctrica.
Los fenómenos eléctricos y
magnéticos que hasta el siglo XIX
habían sido tratados de forma
independiente, quedan ligados
Hendrik Antoon Lorentz (1853 - 1928)
como dos aspectos de una
Físico y matemático holandés.
misma interacción: la interacción
electromagnética, fundamento de los grandes avances
tecnológicos de los últimos tiempos.
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Acción de un Campo Magnético sobre una Corriente
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ANTE
¿Cómo se llama la expresión matemática que representa la fuerza magnética sobre
una partícula cargada en movimiento? Escríbela
Con esta expresión matemática contesta las siguientes preguntas:
¿Cuál sería la fuerza si la carga se hace doble?
¿y si la partícula fuera un neutrón?
¿y si reducimos el campo a la mitad?
¿y si la partícula se mueve de forma paralela al campo?
¿y si lo hace de forma perpendicular?
Un electrón en movimiento en presencia de un campo eléctrico y otro magnético
¿a qué fuerzas estará sometido?
Compara la fuerza magnética que actúa sobre una partícula cargada en
movimiento, con la fuerza eléctrica que existe entre cargas eléctricas y la fuerza
gravitatoria entre masas.
Si en un campo magnético, en vez de una sola carga, tenemos un conductor por el
que circula una corriente, ¿qué le ocurrirá al conductor?
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Observa el módulo y dibuja un esquema sencillo del mismo.
¿Qué dirección relativa tiene el campo magnético y el conductor por el que
circulará la corriente?
Pulsa el botón haciendo pasar la corriente por el conductor, primero en un sentido
y luego en el otro, ¿qué ocurre? Anótalo.
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Repasa lo que observaste y anotaste durante la visita. Al hacer pasar la corriente
por el conductor ¿por qué se movió?
En el esquema que dibujaste, representa mediante vectores la dirección y sentido
del campo y de la corriente, así como la dirección y sentido en el que se movió el
conductor. Explícalo.
Según la disposición relativa del campo y del conductor en el módulo,
¿cómo es la fuerza a la que se haya sometido éste?
En las siguientes figuras aparecen regiones donde hay un campo magnético
entrante (representado como ) y un campo magnético saliente (representado
como ).Si una partícula cargada (por ejemplo un electrón) se moviera
perpendicularmente en cada una de estas zonas en la dirección indicada,
representa la fuerza que actuaría sobre ella:
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Un campo magnético puede desviar un haz de electrones pero no puede efectuar
trabajo sobre ellos para cambiar su rapidez, ¿por qué?
Dos partículas cargadas son lanzadas a un campo magnético que es perpendicular
a sus velocidades. Si se desvían en direcciones opuestas, ¿qué indica esto?
Si tenemos dos conductores por los que circula corriente,
¿ejercerán alguna fuerza entre sí? ¿cómo será ésta?
¿Cómo influye el campo magnético terrestre
sobre los rayos cósmicos que llegan a nuestro planeta?
¿De qué forma sencilla podemos demostrar que la Tierra es un gran imán?
¿Qué es el cinturón de Van Allen?
¿Por qué los astronautas se mantienen a altitudes menores
que las del cinturón de Van Allen cuando hacen paseos espaciales?
¿Cómo funcionan los tubos de rayos catódicos de los televisores?
¿Qué es el efecto Hall?
¿Cómo detecta un galvanómetro la corriente eléctrica?
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Acción de un Campo Magnético sobre una Corriente
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CURIO
Existen gran cantidad de aparatos tecnológicos basados en la fuerza que ejerce
un campo magnético sobre una corriente. Entre otros están el espectrómetro de
masas, el ciclotrón y los aparatos de resonancia magnética nuclear (RMN).
El espectrómetro de masas fue diseñado por Francis William Aston en 1919 y sirve
para determinar la masa de moléculas.
De forma esquemática, consta de una fuente de iones los cuales son acelerados
por un campo eléctrico, y entran en un campo magnético uniforme. Si los iones
parten del reposo y se mueven a través de una diferencia de potencial +V, cuando
entren en el campo magnético (de intensidad B), su energía cinética será igual a
la pérdida de energía potencial (por conservación de la energía). Dentro del campo
magnético, describirán una trayectoria semicircular de radio r, de modo que la
relación masa /carga del ión vendrá dada por la expresión:
m/q= B2 • r2 / 2+V
El primer ciclotrón de protones de 1 MeV fue
construido por Lawrence y Livingstone en
Berkeley. Este aparato permite la aceleración
múltiple de los iones hasta alcanzar elevadas
velocidades sin el empleo de altos voltajes.
Estas partículas de alta energía se utilizan para
bombardear núcleos atómicos produciendo así
reacciones nucleares empleadas con diferentes
fines (tecnológicos, médicos,…)
La RMN utilizada en medicina se basa en el
comportamiento de los núcleos de hidrógeno
como minúsculos imanes, los cuales pueden
tener dos orientaciones posibles.
Al aplicar un intenso campo magnético se
produce una diferencia de energía entre las dos
orientaciones y pueden provocarse transiciones
entre ellas, irradiando la muestra con ondas de radio. Cuando la energía asociada a
la radiofrecuencia de irradiación coincide con la de transición entre dos niveles, se
produce una absorción cuya frecuencia depende del “ambiente químico” donde esté
el protón. Tras analizar estas señales, se observan densidades variables de átomos
de hidrógeno en el organismo, y sus interacciones con los tejidos vecinos.
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