Fuerza de Lorentz: Impacto en Cargas y Conductores en Campos Magnéticos

1. Ley de Lorentz: Características y Fuerza Ejercida sobre una Carga en Movimiento en un Campo Magnético Uniforme

La fuerza ejercida por un campo magnético sobre una carga eléctrica q en movimiento presenta las siguientes propiedades:

• Es proporcional al valor de la carga.
• Es perpendicular a la velocidad, es decir, a la trayectoria.
• Es perpendicular al campo magnético.
• Su módulo depende de la dirección de la velocidad: si la carga se mueve en la misma dirección del campo magnético, la fuerza magnética es nula; si se mueve en una dirección perpendicular al campo magnético, la fuerza magnética es máxima.

Estas propiedades se resumen en la siguiente ecuación vectorial, llamada ley de Lorentz:

Siendo su expresión en forma de módulo:

|F| = |q| |v| |B| sen(θ)

Donde θ es el ángulo que forman los vectores velocidad (v) e intensidad de campo (B).

Al ser la fuerza magnética perpendicular a la trayectoria que describe la partícula:

• La fuerza magnética no realiza trabajo.
• La fuerza magnética no modifica el módulo de la velocidad de la carga. Solo puede modificar su trayectoria.

2. Movimiento y Trayectoria de una Carga que Entra en un Campo Magnético con Velocidad Uniforme Perpendicular a Este

En el caso de una partícula que entra en un campo magnético con velocidad uniforme perpendicular al campo (B), la fuerza de Lorentz le obliga a seguir un movimiento circular uniforme.

Igualando el valor del módulo de la fuerza de Lorentz que actúa sobre la carga (el ángulo entre la velocidad y la intensidad de campo es 90º) y la expresión de la fuerza centrípeta, que se da según la segunda ley de Newton por tratarse de un movimiento circular, se obtiene el radio de la circunferencia que describe la carga:

3. Ley de Lorentz: Características y Fuerza Ejercida sobre un Conductor Lineal de Corriente Eléctrica

En el caso de un hilo conductor rectilíneo de longitud l, por el que circula una corriente eléctrica I y que está situado en un campo magnético uniforme (B), el valor de la fuerza total sobre el hilo es:

Siendo su expresión en forma de módulo:

|F| = |I| |l| |B| sen(θ)

Se define como intensidad eléctrica al flujo de carga (C) que transcurre por el hilo en una unidad de tiempo (s).