Fuerza Magnetica sobre una carga en movimiento


La Ley de Coulomb no es suficiente para explicar la interacción entre las cargas. Cuando las cargas se mueven, existen dos interacciones, una que no depende de la velocidad, que está adecuadamente descrita por la ley de Coulomb y el campo eléctrico E que conlleva, y otra que depende de la velocidad. Esta segunda se describe por medio del campo magnético B, que está producido por las cargas en movimiento. 

En primer lugar, estudiaremos los efectos que produce B sobre las cargas en movimiento, y más adelante veremos cómo se obtiene el valor de B a partir de las cargas en movimiento.

El campo magnético es un campo vectorial que está generado por las cargas en movimiento y actúa, a su vez, sobre las cargas en movimiento.

El campo magnético es un conjunto de vectores, B, y el vector B en un punto se denomina inducción magnética. No obstante, en lugar de emplear dicho término oficial, utilizaremos el de campo magnético, de uso generalizado, tanto para el conjunto de los B como para su valor en un punto.

Supongamos que en una región del espacio existe un campo magnético B, cualquiera que sea su origen. Si allí tenemos una carga Q, viajando con velocidad r, encontramos experimentalmente lo siguiente.

La fuerza que ejerce un campo magnético B sobre una carga en movimiento, con velocidad v, es igual a:
Fuerza Magnetica sobre una carga en movimiento 1

La fuerza magnética es perpendicular a la velocidad de la carga y, por tanto, a su trayectoria, por lo que no ejerce trabajo alguno sobre la partícula. De acuerdo con el teorema de las fuerzas vivas, no habrá variación de la energía cinética ni, en consecuencia, del módulo de la velocidad. La acción de un campo magnético es variar la dirección de la velocidad de las cargas, sin alterar su módulo.
Fuerza Magnetica sobre una carga en movimiento 2
La unidad del campo magnético en el Sistema Internacional es el tesla (T). De acuerdo con la ecuación anterior, un tesla se define como el campo magnético que ejerce una fuerza de un newton sobre una carga de un culombio viajando perpendicular al campo a una velocidad de un metro por segundo. O sea, T=Ns/(mC) o T = kg/(sC). El tesla es una unidad bastante grande; por eso se utiliza con relativa frecuencia el gauss, jgual a 10-4 T.

Cuando se tienen cargas en movimiento, que generan tanto campos eléctricos como magnéticos; el campo eléctrico se define como el campo cuya fuerza no depende de la velocidad, mientras que el campo magnético es aquel cuya fuerza es proporcional a la velocidad. En general, se tiene:
fuerza de Lorentz.
Esta expresión es absolutamente general y válida en todas las circunstancias (aunque los campos dependan del tiempo). A la fuerza dada por dicha expresión se la conoce como fuerza de Lorentz.


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