Electromagnetismo


electromagnetismo es una rama de la Física que estudia y unifica los fenómenos eléctricos y magnéticos en una sola teoría, cuyos fundamentos fueron sentados por Michael Faraday y formulados por primera vez de modo completo por James Clerk Maxwell. La formulación consiste en cuatroecuaciones diferenciales vectoriales que relacionan el campo eléctrico, elcampo magnético y sus respectivas fuentes materiales (corriente eléctrica,polarización eléctrica y polarización magnética), conocidas como ecuaciones de Maxwell.
El electromagnetismo es una teoría de campos; es decir, las explicaciones y predicciones que provee se basan en magnitudes físicas vectorialesdependientes de la posición en el espacio y del tiempo. El electromagnetismo describe los fenómenos físicos macroscópicos en los cuales intervienen cargas eléctricas en reposo y en movimiento, usando para ello campos eléctricos y magnéticos y sus efectos sobre las sustancias sólidas, líquidas y gaseosas. Por ser una teoría macroscópica, es decir, aplicable sólo a un número muy grande de partículas y a distancias grandes respecto de las dimensiones de éstas, el Electromagnetismo no describe los fenómenos atómicos y moleculares, para los que es necesario usar la Mecánica Cuántica.
El electromagnetismo considerado como fuerza es una de las cuatro fuerzas fundamentales del universo actualmente conocido.
Historia
Artículo principal: Historia del electromagnetismo
Desde la antigua Grecia se conocían los fenómenos magnéticos y eléctricos pero no es hasta inicios del siglo XVII donde se comienza a realizar experimentos y a llegar a conclusiones científicas de estos fenómenos.1 Durante estos dos siglos, XVII y XVIII, grandes hombres de ciencia como William Gilbert, Otto von Guericke, Stephen Gray, Benjamin Franklin, Alessandro Volta entre otros estuvieron investigando estos dos fenómenos de manera separada y llegando a conclusiones coherentes con sus experimentos.
A principios del siglo XIX Hans Christian Ørsted encontró evidencia empírica de que los fenómenos magnéticos y eléctricos estaban relacionados. De ahí es que los trabajos de físicos como André-Marie Ampère, William Sturgeon,Joseph Henry, Georg Simon Ohm, Michael Faraday en ese siglo, son unificados por James Clerk Maxwell en 1861 con un conjunto de ecuaciones que describían ambos fenómenos como uno solo, como un fenómeno electromagnético.1Las ahora llamadas ecuaciones de Maxwell demostraban que los campos eléctricos y los campos magnéticos eran manifestaciones de un solo campo electromagnético. Además describía la naturaleza ondulatoria de la luz, mostrándola como una onda electromagnética.2 Con una sola teoría consistente que describía estos dos fenómenos antes separados, los físicos pudieron realizar varios experimentos prodigiosos e inventos muy útiles como la bombilla eléctrica por Thomas Alva Edison o el generador de corriente alterna por Nikola Tesla.3 El éxito predicitivo de la teoría de Maxwell y la búsqueda de una interpretación coherente de sus implicaciones, fue lo que llevó a Albert Einstein a formular su teoría de la relatividad que se apoyaba en algunos resultados previos deHendrik Antoon Lorentz y Henri Poincaré.
En la primera mitad del siglo XX, con el advenimiento de la mecánica cuántica, el electromagnetismo tenía que mejorar su formulación con el objetivo de que fuera coherente con la nueva teoría. Esto se logró en la década de 1940 cuando se completó una teoría cuántica electromagnética o mejor
Años después de que Maxwell hiciera la predicción de las ondas electromagnéticas en forma teórica, Hertz llevó a cabo un notable experimento, que es un ejemplo de la forma en que se hace ciencia. Se propuso indagar si en la naturaleza efectivamente existen ondas electromagnéticas. Su trabajoverificó en forma brillante las predicciones de Maxwell.
Después de los experimentos de Hertz no quedó ya ninguna duda, desde el punto de vista conceptual, acerca de la realidad física de los campos, idea que Faraday matemática. Esta idea ha sido de crucial importancia en la física posterior, tanto para la relatividad de Einstein como par las teoríasmodernas de las partículas elementales.

CAMPO ELÉCTRICO Y CAMPO MAGNÉTICO
Además de sus notables descubrimientos experimentales Faraday hizo una contribución teórica que ha tenido una gran influencia en el desarrollo de la física hasta la actualidad: el concepto de línea de fuerza y asociado a este, el de campo.
Oersted había escrito que el efecto magnético de una corriente eléctrica que circula por un alambre se esparce en el espacio fuera del alambre. De esta forma la aguja de una burbuja lo podrá sentir y girar debido a la fuerza que experimenta.
Por otro lado, ya desde tiempos de Gilbert se habían hecho experimentos, el de una barra magnética con limaduras de hierro, donde se puede apreciar que las limaduras se orientan a lo largo de ciertas líneas.
Asimismo, desde la época de Newton se trató de encontrar el mecanismo por medio del cual dos partículas separadas cierta distancia experimentan una fuerza, por ejemplo, la de atracción gravitacional. Entre los científicos de esa época y hasta tiempos de Faraday se estableció la idea de que existía la llamada acción a distancia. Esto significa que las dos partículas experimentan una interacción instantánea. Así, por ejemplo, si una de las partículas se mueve y cambia la distancia entre ellas, la fuerza cambia instantáneamente al nuevo valor dado en términos de la nueva distancia entre ellas.

COMENTARIO
DURANTE LA PRACTICA REALIZADA EN NUETRO APARATO ELECTROMAGNETICO,QUE EN ESTE CASO LO REALIZAMOS CON UN TALADRO,ENCONTRAMOS QUE EL CAMPO MAGNETICO FUE PRODUCIDO POR UNA ESPIRA Y UN SELENOIDE,ADEMAS DE QUE CUENTA CON UNA BOMBINA LA CUAL PERMITE QUE ATRAVES DE ELLA PASE LA INDUCCION ELECTROMAGNETICA,ASI TAMBIEN PUDIMOS DARNOS CUENTA TANTO EL TRABAJO DE ENTRADA Y DE SALIDA QUE SE EJERCE COMO UN CAMPO MAGNETICO.COMO FUNCIONA UN TALADRO? SI RESPONDEMOS A ESTE INTERESANTE PREGUNTA PUDIMOS DARNOS CUENTA QUE EL FUNCIONAMIENTO DEL TALADRO SE PRODUCE GRACIAS A QUE LOS POLOS MAGNETICOS SE RECHAZAN,EN LA PARTE INTERIOR IZQUIERDA DEL TALADRO SE ENCUENTRA LOS POLOS MAGNETICOS POSITIVOS,Y EN LA PARET DERECHA LOS POLOS NEGATIVOS DE ESTA MANERA SE RECHAZAN Y HACE EL FUNCIONAMIENTO DEL TALADRO.

ELECTROMAGNETISMO

MAPA DE MAGNETISMO TERRESTRE

TEORIAS DEL MAGNETISMO

En el año 1600, el físico inglés de la corte de Isabel I, William Gilbert, publicó la obra titulada De magnete, considerada como el primer tratado de magnetismo. Gilbert talló un imán en forma de bola y estudió la distribución del campo magnético en su superficie.

Encontró que la inclinación del campo en este imán esférico coincidía con lo que se sabía acerca de la distribución del campo terrestre. De este experimento concluyó que la Tierra era un gigantesco imán esférico. Posteriormente, los estudiosos del geomagnetismo observaron que, tomando en cuenta la declinación, la mejor representación del campo terrestre sería un imán esférico cuyo eje de rotación estuviera desviado unos 110 del eje geográfico de la Tierra. 

La Tierra es un imán

Un imán suspendido horizontalmente adopta una posición tal que uno de sus extremos apunta aproximadamente hacia el polo norte geográfico. Este extremo se llama polo norte del imán; el opuesto se denomina polo sur. Los polos del mismo nombre de dos imanes se repelen y los de nombre contrario se atraen.

El polo norte de la aguja de una brújula apunta al polo norte geográfico, porque la Tierra misma es un imán: el polo sur de este imán está cerca del polo norte geográfico y, como los polos contrarios de dos imanes se atraen mutuamente, resulta que el polo norte de la brújula es atraído por el polo sur del imán terrestre, que está en las proximidades del polo norte geográfico.

Sin embargo, la brújula indica cuál es la dirección de la línea geográfica Norte-Sur sólo de un modo aproximado. Los polos norte y sur geográficos son los dos puntos donde el eje de rotación de ¡a Tierra corta a la superficie terrestre. Normalmente, la aguja de la brújula se desvía hacia el Este o hacia el Oeste del norte geográfico. Este ángulo de desviación se denomina declinación.

Una aguja magnética suspendida por su centro de gravedad no se mantiene en posición horizontal. el extremo que señala al Norte se inclina hacia el suelo en el hemisferio septentrional, y lo mismo hace el extremo que señala al Sur, en el hemisferio meridional. Este ángulo de desviación de la aguja respecto de la horizontal se llama inclinación magnética. El valor de la inclinación, al igual que el de la declinación, es diferente de un punto a otro de la superficie de la Tierra.

Teoría de la Dinamo

  Antes de que los matemáticos afronten un problema complejo, prueban soluciones simples (un chiste sobre un modelo matemático de producción de leche: Suponiendo una vaca esférica de radio R, llena uniformemente de leche...). No hay esa suerte aquí: pronto, en 1931, Thomas G. Cowling en Inglaterra, probó que ninguna dinamo autosostenida en el centro de la Tierra puede tener un eje de simetría. 

  Walter Elsasser, de la Universidad de Utah (luego en Johns Hopkins) abordó en los 1940s un ataque frontal sobre el problema tridimensional. No llegó a ninguna parte: las ecuaciones se hicieron más y más intrincadas y se fue a los detalles. Otros tuvieron experiencias similares. Solo en 1964 publicó Stanislaw Braginsky en Rusia las primeras soluciones válidas, asumiendo que el campo tenía en su mayoría una simetría axial y calculando su pequeña desviación de la simetría.   

Proposición de Blackett

  Es un hecho misterioso que el eje magnético de la Tierra esté cerca de su eje de rotación, que los polos magnéticos, donde la fuerza magnética apunta directamente hacia abajo, están muy cercanos a los geográficos. William Gilbert vio esto como una evidencia de  que la rotación y el magnetismo provenían de la misma causa:

  "El movimiento diurno es debido a causas que han de ser indagadas, provenientes del vigor magnétick y de los cuerpos confederados."

Gilbert creía que la Tierra giraba debido a que era magnética. P.M. Blackett, que ganó el Premio Nobel en 1948 por su trabajo sobre los rayos cósmicos, consideraba seriamente la posibilidad contraria, que la Tierra era magnética debido a que giraba alrededor de su eje. En un tiempo, Blackett sugirió que quizás existía un nuevo fenómeno universal, que cualquier objeto girando estaba intrínsecamente magnetizado. 

En 1600 William Gilbert publicó De magnete donde demostraba que las agujas de una brújula se orientaban hacia el polo Norte como si la Tierra se comportase como un imán situado en su centro y orientado según su eje de rotación. En el año 2000 se cumplían 400 años de esto. En el siglo XIX Karl Gauss demostró que el campo magnético de la Tierra tenía su origen en su interior.
Convencionalmente los campos magnéticos se representan por líneas de fuerza, éstas son líneas que indican en todas partes la dirección del campo. La intensidad del campo se representa por la distancia que separa líneas de fuerza contiguas. En el lugar en que están muy juntas el campo es fuerte; donde están muy separadas, débil. El campo magnético de la Tierra es muy aproximadamente el de un dipolo magnético. En la figura se muestran las líneas de fuerza para un campo dipolar, sobreimpresionadas en la Tierra.

Hay dos puntos en donde las líneas de fuerza son verticales. Éstos son los polos magnéticos, si el dipolo está centrado en la Tierra éstos están a 180º el uno del otro. Los polos magnéticos de la Tierra están separados de los polos geográficos por alrededor de 18º. El Polo Norte está en las islas del norte de Canadá; el Polo Sur en la Antártida al sur de Tasmania. La intensidad del campo es, aproximadamente, de 0,6 gauss en los polos magnéticos y 0,3 gauss en el ecuador magnético.
Actualmente, el campo magnético de la Tierra se aparta algo de un dipolo. El campo cambia con el tiempo, fenómeno conocido como la variación secular. Una parte importante de la variación secular es la deriva hacia el oeste, consiste en un movimiento hacia el oeste de las concavidades v convexidades características de un campo no dipolar así como el de los propios polos magnéticos. Esta es la razón por la que al campo magnético siempre se le añade una fecha. El movimiento en relación con la superficie de la Tierra es tal que las características del campo podrían circundar la Tierra en unos pocos miles de años. La deriva hacia el oeste, no obstante, no es toda la variación secular; los caracteres del campo cambian su forma tanto como sus localizaciones. Por último, la variación secular es un fenómeno mundial.

 COMENTARIO:LAS DIVERDSAS TEORIAS ECHAS POR DIVERSOS CIENTIFICOS SOBRE EL MAGNETISMO NOS SIRVE DE MUCHO A NOSOTROS COMO ESTUDIANTES YA QUE MEDIANTE ELLAS PODEMOS DE CONOCER MAS DE CERCA AL MAGNETISMO TERRESTRE Y TODO LOQ UE ESTE COMPRENDE.POR LO CUAL ME PARECE BIEN ESTUDIAR CADA UNA DE ESTAS TEORIAS PARA APRENDER DE CADA UNA DE ELLAS.

MAGNETISMO TERRESTRE

MAGNETISMO TERRESTRE

El campo magnético terrestre presente en la Tierra no es equivalente a un dipolo magnético con el polo S magnético próximo al Polo Norte geográfico, y, con el polo N de campo magnético cerca del Polo Sur geográfico, sino más bien presenta otro tipo especial de magnetismo. Es un fenómeno natural originado por los movimientos de metales líquidos en el núcleo del planeta y está presente en la Tierra y en otros cuerpos celestes como el Sol.

Se extiende desde el núcleo atenuándose progresivamente en el espacio exterior (sin límite), con efectos electromagnéticos conocidos en la magnetosfera que nos protege del viento solar, pero que además permite fenómenos muy diversos como la orientación de las rocas en las dorsales oceánicas, la magnetorrecepción de algunos animales y la orientación de las personas mediante brújulas.

Una brújula apunta en la dirección Sur-Norte por tratarse de una aguja imantada inmersa en el campo magnético terrestre: desde este punto de vista, la Tierra se comporta como un imán gigantesco y tiene polos magnéticos, los cuales, en la actualidad, no coinciden con los polos geográficos.

El Polo Sur Magnético se encuentra a 1800 kilómetros del Polo Norte Geográfico. En consecuencia, una brújula no apunta exactamente hacia el Norte geográfico; la diferencia, medida en grados, se denomina declinación magnética. La declinación magnética depende del lugar de observación, por ejemplo actualmente en Madrid (España) es aproximadamente 3º oeste. El polo Sur magnético está desplazándose por la zona norte canadiense en dirección hacia el norte de Alaska.

Hasta el siglo XVI el hombre no intuyó que la Tierra se comportaba como un gigantesco imán. Desde entonces, diversos científicos se aplicaron al estudio del magnetismo terrestre, contribuyendo de manera fundamental a aumentar el conocimiento y la comprensión de este fenómeno

 

La existencia del campo magnético de la Tierra es conocida desde muy antiguo, por sus aplicaciones a la navegación a través de la brújula


COMENTARIO:el magnetismo terrestre es de suma importancia ya que podemos darnos cuenta que a la hora de estudiarlo forma parte de nuestra viada cotidiana y que con el podemos mejorar nuestra vida.

VIDEO DE LA PRACTICA MAGNETISMO Y LINEAS DE FUERZA

LINEAS DE FUERZAS

FUERZAS MAGNÉTICAS SOBRE ...

Fuerza magnética sobre una corriente rectilínea

Una carga en movimiento en presencia de un imán experimenta una fuerza magnética Fm que desvía su trayectoria. Dado que la corriente eléctrica supone un movimiento continuado de cargas, un conductor por donde circula corriente sufrirá, por la acción de un campo magnético, el efecto conjunto de las fuerzas magnéticas que se ejercen sobre las diferentes cargas móviles de su interior.

Si la corriente es rectilínea y de longitud l, la expresión de la fuerza magnética toma la forma:

Fm = I · B · L · sen

(11.6)

en donde I es la intensidad de corriente, B la intensidad de campo y

el ángulo que forma la corriente con el vector campo.

La anterior ecuación, que se conoce como ley de Laplace, se puede obtener experimentalmente, pero también puede deducirse de la expresión

Fm = I · B · l · sen

de la fuerza magnética sobre una carga móvil. Admitiendo que la corriente es estacionaria, esto es, de intensidad constante y considerando en tal circunstancia el movimiento de avance de las cargas como uniforme, se cumple la igualdad:

q · v = I · L (11.7)

ecuación equivalente a la anterior.

La dirección y el sentido de la fuerza magnética Fm se obtiene aplicando la regla de la mano izquierda, con el dedo pulgar representando la dirección de la fuerza magnética Fm, el índice el campo magnético B y el dedo corazón la corriente l.

Fuerza magnética sobre una espira rectangular

Una espira con forma rectangular por la que circula una corriente cuando es situada en el interior de un campo magnético, como el producido por un imán de herradura, sufre un conjunto de acciones magnéticas que producen en ella un movimiento de giro o rotación, hasta situarla dispuesta paralelamente a la dirección del campo B (o dirección de las líneas de fuerza).

La explicación de este fenómeno puede efectuarse aplicando la ley de Laplace a cada uno de los tramos rectilíneos de la espira. Supóngase que como se muestra en la figura adjunta, la espira puede girar en torno a un eje que es perpendicular a las líneas de fuerza. La espira rectangular está formada por dos pares de segmentos

aplica la regla de la mano izquierda a los segmentos
correspondientes resultan verticales y opuestas de modo que no producen ningún efecto de movimiento. Las
y paralelas y están contenidas en un plano horizontal. Constituyen por tanto un par de fuerzas, el cual da lugar a un movimiento de giro que hace que la espira se sitúe perpendicularmente a las líneas de fuerza. En tal situación también estas otras fuerzas actuantes se anulan mutuamente y el cuadro permanece en equilibrio.

La expresión del momento del par de fuerzas que actúa sobre la espira es, de acuerdo con su definición:

M = fuerza x braza = Fm · b · sen

donde b es la dimensión horizontal de la espira y es el ángulo que forma la dirección de una cualquiera de las dos fuerzas del par con la línea que une sus respectivos puntos de aplicación. La aplicación de la ley de Laplace a uno cualquiera de los segmentos verticales de longitud a da lugar a la expresión:

Fm = B · I · a · sen 90º = B · I · a

pues B y la dirección de la corriente I son perpendiculares; la expresión del momento toma la forma:

M = B · I · a · b · sena = B · I · S · sena (11.8)

donde S = a · b es el área de la espira. Cuando la espira al girar se orienta paralelamente al campo, a se hace cero y el momento M resulta nulo, lo que explica que esta orientación sea la del equilibrio.

El fundamento del galvanómetro de cuadro móvil

El galvanómetro de cuadro o bobina móvil se basa en el fenómeno anteriormente descrito. La expresión del momento M de la fuerza magnética aplicada a una bobina de N espiras resulta de multiplicar por el número de espiras el momento de una sola, es decir:

M = N · B · I · S · sena

que indica que el momento M y la intensidad de corriente I son directamente proporcionales.

En un galvanómetro de cuadro móvil una aguja cuyo extremo señala una escala graduada se mueve junto con una bobina, y un resorte en espiral se opone a cualquier movimiento de giro, manteniendo la aguja, en ausencia de corriente, en el cero de la escala. Si se hace pasar por la bobina una corriente eléctrica, el par de las fuerzas magnéticas deforman el resorte oponiéndose al par recuperador de éste. Cuando sus momentos respectivos se igualan, la aguja se detiene en una posición que estará tanto más desplazada del origen de la escala cuanto mayor sea la intensidad de corriente que circula por el galvanómetro.

El fundamento del motor eléctrico

Aun cuando una bobina por la que circula una corriente eléctrica puede girar por la acción de un campo magnético, dicho giro es transitorio y acaba cuando el plano de la bobina se sitúa perpendicularmente al campo. Para conseguir un movimiento de rotación continuado es necesario que en cada media vuelta se invierta el sentido de la corriente que circula por la bobina, con lo que el nuevo par actuando en el sentido del movimiento provoca la siguiente media vuelta y así sucesivamente. Aun cuando en la posición de la bobina perpendicular a las líneas de fuerza el momento es nulo, dicha orientación es sobrepasada debido a la inercia de la bobina en movimiento, lo que permite que el nuevo par entre en acción.

En un motor de corriente continua la bobina está arrollada sobre un cilindro formado por láminas de hierro; este conjunto constituye el rotor. El elemento conmutador encargado de invertir en cada media vuelta el sentido de la corriente eléctrica que circula por la bobina, está formado por dos piezas semicilíndricas o delgas, aisladas eléctricamente entre sí, solidarias al rotor y en contacto con unas varillas de grafito o escobillas, cuya misión es mantener el paso de la corriente del generador a la bobina. Con frecuencia el campo magnético es producido por un electroimán alimentado también por corriente eléctrica.

La corriente alterna, que es la empleada habitualmente para usos domésticos e industriales, se caracteriza porque invierte su sentido de modo alternativo a razón de 50 veces por segundo, lo cual hace innecesario el conmutador. Por tal motivo, los motores que funcionan con corriente alterna disponen de unos anillos colectores completos y no partidos en dos mitades aisladas como en los motores de corriente continua. Su velocidad de rotación está limitada, en este caso, por la frecuencia de la corriente que los alimenta.

APLICACIÓN: FUERZA MAGNÉTICA SOBRE UNA CORRIENTE ELÉCTRICA

Por un hilo conductor rectilíneo de 0,75 m de longitud circula una corriente de

20 A de intensidad; se coloca en el campo magnético producido por un imán de herradura, formando la corriente un ángulo de 30º con respecto a las líneas de fuerza del campo magnético. Si la intensidad del campo B es de 2 · 10 3 T, determinar numéricamente la magnitud de la fuerza y con la ayuda de una figura su dirección y sentido.

La ley de Laplace proporciona la expresión de la fuerza magnética que sufre una corriente eléctrica I rectilínea y de longitud L si está inmersa en un campo magnético B:

Fm = I · B · L · sen

siendo

el ángulo que forma la corriente con el campo B.

Sustituyendo en la expresión anterior se tiene:

Fm = 20 · 2 · 10 3 · 0,75 · sen 30 = 1,5 · 10 2 N

La aplicación de la regla del tornillo proporciona la dirección y sentido de Fm, que es perpendicular a la corriente y al campo, y en este caso dirigida hacia abajo, según el esquema de la figura.

FUERZAS MAGNÉTICAS ENTRE ...

Atracciones y repulsiones magnéticas entre corrientes

Las corrientes eléctricas en presencia de imanes sufren fuerzas magnéticas, pero también las corrientes eléctricas y no sólo los imanes producen campos magnéticos; de modo que dos corrientes eléctricas suficientemente próximas experimentarán entre sí fuerzas magnéticas de una forma parecida a lo que sucede con dos imanes.

La experimentación con conductores dispuestos paralelamente pone de manifiesto que éstos se atraen cuando las corrientes respectivas tienen el mismo sentido y se repelen cuando sus sentidos de circulación son opuestos. Además, esta fuerza magnética entre corrientes paralelas es directamente proporcional a la longitud del conductor y al producto de las intensidades de corriente e inversamente proporcional a la distancia r que las separa, dependiendo además de las características del medio.

La explicación de tales resultados experimentales puede hacerse aplicando ordenadamente la ley de Laplace,

Fm = B · I · L · sen

, la expresión del campo magnético

entre las direcciones del campo B, la corriente I y la fuerza Fm resumidas en la regla de la mano izquierda.

La corriente I1 crea a nivel de I2 un campo magnético de intensidad B1 igual a:

Al estar sometido al campo B1, la corriente I2 experimenta una fuerza magnética debida a I1 igual a:

F1 2 = B1 · I2 · L

ya que al ser B1 e I2 perpendiculares, sen

= 1. Sustituyendo B1 por su valor resulta:

Inversamente, la corriente I2 crea al nivel de I1 un campo magnético:

por lo que la corriente I1 experimenta una fuerza magnética debida a I2 e igual a

El estudio gráfico que se muestra en la figura anterior indica que tales fuerzas de igual magnitud tienen sentidos opuestos. Se trata, por tanto, de fuerzas de acción y reacción que definen la interacción magnética entre las corrientes y cuya magnitud depende de las intensidades de corriente, de la longitud y de la distancia en la forma indicada por los experimentos. Por otra parte, la aplicación de la regla de la mano izquierda explica su carácter atractivo o repulsivo en función del sentido igual u opuesto de las corrientes consideradas.

La definición de ampere internacional

El hecho de que las fuerzas se sepan medir con facilidad y con precisión sugirió la posibilidad de definir el ampere como unidad fundamental recurriendo a experiencias electromagnéticas, en las cuales la fuerza magnética varía con la intensidad de corriente según una ley conocida. Tal es el caso de la interacción magnética entre corrientes paralelas.

Considerando como medio el vacío con mo = 4 · p · 10-7 y la distancia entre los hilos conductores de 1 m, la expresión de la fuerza magnética entre ellos se convierte en:

Haciendo en la anterior ecuación I = 1 A y L = 1 m, resulta una fuerza F = 2 · 10-7 N, lo cual permite definir el ampere como la intensidad de corriente que circulando por dos conductores rectilíneos de longitud infinita, sección circular y paralelos, separados entre sí un metro en el vacío, producirá una fuerza magnética entre ellos de 2 · 10-7 N por cada metro de longitud de cada uno de los dos hilos.

APLICACIÓN DE LA REGLA DE LA MANO IZQUIERDA

Por un pequeño columpio de alambre circula una corriente eléctrica, de tal forma que cuando un tramo horizontal se introduce entre los polos de un imán experimenta una fuerza magnética. Se trata de determinar en cuáles de las posiciones a, b o c de la figura adjunta, el columpio se desplaza de su posición de equilibrio. (El punto y las cruces representan sentidos opuestos de la intensidad de corriente que atraviesa el alambre, cuando se mira la figura frontalmente.)

Aplicando la regla del tornillo o de la mano izquierda en cada caso, se tiene lo siguiente:

Por tanto, sólo en los dos primeros casos la fuerza magnética producirá un desplazamiento del columpio. En el caso c) dicha fuerza es neutralizada por la presencia de la barra fija en la que se apoya el columpio.

Tubo de fuerza

Un tubo de fuerza, también llamado tubo de inducción electrostática o tubo de campo, es el conjunto de las líneas de fuerza eléctrica que se mueve de manera que su principio traza una curva cerrada sobre una superficie positiva, su final traza una correspondiente curva cerrada sobre la superficie negativa, y la propia línea de fuerza genera una superficie tubular inductiva. Estos tubos se llaman solenoides. A ángulos rectos sobre el tubo de fuerza existe una presión que es un medio del producto del dieléctrico y la densidad magnética. Si a través del crecimiento de un campo los tubos de fuerza se diseminan hacia los lados o en anchura, existe una reacción magnética a ese crecimiento en intensidad de la corriente eléctrica. Sin embargo, si un tubo de fuerza se mueve de lado, hay poca o ninguna resistencia que limite la velocidad. Los tubos de fuerza son absorbidos por los cuerpos que ejercen momento y masa gravitatoriaeditar Equivocaciones comunes

Líneas de fuerza de un imán visualizadas mediante limaduras de hierro extendidas sobre una cartulina.

En el contexto del electromagnetismo, se suele suponer que las líneas de fuerza tienen existencia física, e incluso que son discretas y por tanto, al menos en principio, contables.

Esto deriva probablemente de una mala comprensión del experimento en el que se esparcen limaduras de hierro sobre una hoja de papel que está colocada encima de un imán, formando líneas discretas. La razón por la que forman líneas discretas no es que se estén alineando con líneas magnéticas discretas pre-existentes, sino que las líneas de las limaduras sólo pueden tener la anchura de una partícula de hierro, y en cuanto se forma una línea, esta repele a las otras. Por tanto, el número de líneas que se ven y la proximidad entre ellas depende del tamaño de las partículas de hierro.

Para empeorar las cosas, en el obsoleto Sistema Cegesimal de Unidades había una unidad de flujo magnético llamada línea (más tarde llamada maxwell) que equivalía a 10^-8 weber.

Cuando se rota un imán magnético alrededor de su eje de simetría, la gente se pregunta si las líneas de fuerza rotan o no con el imán. La pregunta no tiene sentido, ya que el flujo magnético no está formado por líneas discretas. Es equivalente a preguntar sobre un disco de un color uniforme si el color (es decir, la propiedad, no la capa) rota con el disco. Esta equivocación es la que da lugar a la famosa paradoja de Faraday.

Otra confusión surge cuando se piensa en lo que le ocurre a una carga eléctrica que se deja en el seno de un campo eléctrico. ¿Se moverá siguiendo una trayectoria coincidente con la línea de fuerza sobre la que se dejó? Para responder correctamente, debe recordarse que sobre la carga actúa una fuerza proporcional al campo. Si se trata de un campo uniforme, las líneas que lo representan son paralelas y equidistantes, por lo que la fuerza tendrá la dirección de éstas, invariable al ser el campo uniforme. Lo mismo ocurre si el campo no es uniforme (por ejemplo, el creado por una carga puntual), pero las líneas que lo representan son rectas. Sin embargo, cuando las líneas asociadas al campo son curvas, la fuerza es tangente a ellas en cada punto (por serlo el campo). Como una fuerza no puede ser tangente a una trayectoria curva, se concluye que la carga no se podrá mover a lo largo de la línea de fuerza, salvo en el caso en que ésta sea recta.

COMENTARIO:
LAS LINEAS DE FUERZA SON MUY IMPORTANTES YA QUE FORMAN PARTE DEL MAGNETISMO ASI COMO UN IMAN, DURANTE LA REALIZACION DE UN EXPERIMENTO PODREMOS VER MAS CLARO LO QUE ES EL MAGNETISMO Y CUALES SON LAS REACCIONES QUE PODEMOS OBTENER
BIBLIOGRAFIA:es.wikipedia.org/wiki/Línea_de_fuerza
www.sociedadelainformacion.com/.../lineas/lineas.htm