Al igual que las fuerzas eléctricas las fuerzas magnéticas son fuerzas de acción a distancia y, para facilitar la descripción, se recurre al concepto de campo magnético:
Una carga móvil crea un campo magnético
en todo el espacio y este campo ejerce una fuerza sobre las otras
cargas en movimiento.
En general, el campo magnético
(algunas veces
a
se le llama inducción magnética o también
densidad de flujo magnético) en un punto se define a partir
de la fuerza magnética (
) resultante sobre
una carga de ensayo q que se mueve con velocidad
.
Dicha fuerza en función del campo se considera, por definición,
expresada de la siguiente forma3
Esta definición de la fuerza magnética a partir del campo4 recibe el nombre de fuerza de Lorentz. Obsérvese que, de acuerdo con esta definición, la fuerza magnética es siempre perpendicular al vector velocidad y al campo magnético.
Midiendo la fuerza que actúa sobre la carga de prueba para varias
direcciones de su velocidad
puede llegar a determinarse
valor del campo magnético
. Téngase en cuenta
que:
Si además del campo magnético
, existe un campo
eléctrico
, la fuerza total que actúa
sobre la carga q que se mueve con velocidad
es
expresión que a veces se conoce como ley de la fuerza de Lorentz.
El primer término en la ecuación 4 corresponde a la fuerza que experimenta la carga debida al campo eléctrico. En este caso la fuerza tiene la dirección del campo eléctrico, y su sentido si la carga q es positiva (ver figura 2).
El segundo término es la fuerza debida al campo magnético (fuerza de Lorentz). En este caso, la dirección es la del producto vectorial de la velocidad por el campo magnético.
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En el SI la unidad de campo magnético es el tesla (T).
El tesla puede relacionarse con las unidades fundamentales a partir de 3:
Como el tesla es realmente una unidad bastante grande, en la práctica se utiliza con frecuencia la unidad del sistema CGS llamada gauss (G). Se comprueba que
Para tener una idea de los órdenes de magnitud: el campo magnético terrestre cercano a su superficie es aproximadamente de 0.5G o 0.5×10-4T .
Los imanes convencionales de laboratorio generan campos magnéticos de hasta 25000G (o 2.5T). Se ha llegado a construir imanes superconductores que generar campos magnéticos superiores a 250000G o 25T.
Consideramos una carga q1
moviéndose con velocidad
.
La fuerza magnética que ejerce sobre una carga de ensayo q,
que se mueve con velocidad
y cuyo vector posición
respecto a q1
es
, es (a partir de 2):
Comparando esta expresión con la definición 3, se deduce el campo magnético creado por la carga puntual q1 :
Hemos visto que la interacción magnética entre las cargas en movimiento verifica el principio de superposición. Como consecuencia el campo magnético debe verificar dicho principio. Es decir, el campo magnético resultante producido por un sistema de cargas qi es la suma de los campos magnéticos creado por cada una de las cargas del sistema:
donde
Al igual que con el campo eléctrico, la distribución espacial de campo magnético en una región puede ser representada por líneas de campo magnético.
Las líneas de campo magnético se dibujan de forma que el campo
sea tangente en cada punto a la línea correspondiente; y el sentido
es el de
.
El campo
ha de ser proporcional al número de
líneas por unidad de área que cruzan una superficie perpendicular
a las mismas líneas.
Hemos visto que la fuerza magnética que actúa sobre una carga móvil, es perpendicular al campo magnético. Por lo tanto, a diferencia de las líneas de campo eléctrico, las líneas de campo magnético no poseen la dirección de la fuerza magnética sobre una carga móvil.
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