Fundamentos de Electromagnetismo: Fuerzas, Campos y Leyes de Inducción

Fundamentos de Electromagnetismo

Ley de Lorentz

Una partícula cargada con carga q, que circula a una velocidad v por un punto donde existe una intensidad de campo magnético (B), sufrirá la acción de una fuerza magnética (Fm). Su valor es proporcional a q, v y B. Su dirección es perpendicular al plano formado por v y B, y su sentido está determinado por la regla de la mano derecha.

Determinación de la polaridad

De acuerdo con la regla de la mano derecha, la carga será negativa si la Fm tiene sentido contrario al producto vectorial.

Justificación: Fm = Fc

La Fm que experimenta una partícula alfa viene determinada por la fuerza de Lorentz. Al ser la Fm perpendicular a la velocidad, la partícula sigue una trayectoria circular, actuando la Fm como una fuerza centrípeta (Fc) que no cambia el módulo de la velocidad, pero sí su trayectoria.

Trayectoria rectilínea

Para que una partícula siga una trayectoria rectilínea dentro de un campo B, es necesaria una fuerza eléctrica (Fe = q · E) del mismo módulo y sentido opuesto a la Fm.

Campo magnético en conductores

Aplicando la regla de la mano derecha, podemos determinar la dirección y el sentido del campo magnético creado por dos conductores:

• B1: Campo magnético creado por el conductor 1 (sentido antihorario/horario).
• B2: Campo magnético creado por el conductor 2 (sentido antihorario/horario).

Para calcular el campo magnético, utilizamos la ley de Biot-Savart y la ley de Ampère.

Interacción entre hilos: Fuerza repulsiva o atractiva

Si dos hilos tienen sentidos de corriente opuestos o iguales, experimentan una fuerza por unidad de longitud que puede ser repulsiva o atractiva. Esta fuerza cumple la 3ª Ley de Newton, por lo que tendrá el mismo valor pero signo contrario.

Flujo magnético

Dada una espira que delimita una superficie S en el seno de un campo magnético B, definimos el flujo magnético a través de dicha superficie como:

Fuerza electromotriz e inducción

La expresión matemática de la fuerza electromotriz (f.e.m.) inducida en una bobina de N espiras viene dada por la ley de Faraday-Lenz.

Sentido de la corriente inducida

Para determinar el sentido de la corriente, usamos la Ley de Lenz: la corriente inducida en una espira tiene una dirección tal que crea un campo magnético que se opone al cambio en el flujo dentro del área encerrada en el circuito. Por tanto, el sentido de la corriente siempre irá en contra del aumento o disminución del flujo. Si es positiva o negativa, por la regla de la mano derecha, el sentido será antihorario u horario.