Fundamentos del Electromagnetismo: Interacciones de Cargas y Corrientes

Ley de Coulomb: Interacción entre Cargas Eléctricas

• La fuerza de atracción o repulsión entre dos cargas eléctricas puntuales es directamente proporcional al producto de las cargas e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que las separa. (Representación gráfica y ecuación)
• La fuerza es repulsiva si las cargas son del mismo signo. En cambio, si las dos cargas son de signo contrario, la fuerza es atractiva y los vectores tendrán sentidos opuestos. Por lo tanto, dos cargas del mismo signo se repelen.
• Son fuerzas a distancia; no es preciso que exista ningún medio material entre las cargas para que dichas fuerzas actúen.
• Siempre se presentan a pares, como afirma el principio de acción y reacción de Newton. Esto es, las fuerzas F12 y F21 tienen igual módulo y dirección, pero sentidos opuestos. (Fórmula)
• Llamamos campo eléctrico a la perturbación que un cuerpo produce en el espacio que lo rodea por el hecho de tener carga eléctrica.
• La intensidad de campo eléctrico, E, en un punto del espacio es la fuerza que actuaría sobre la unidad de carga positiva situada en ese punto. (Fórmula)

Fuerza Magnética en un Campo Uniforme: La Ley de Lorentz

Propiedades de la Fuerza Magnética

• Si la carga está en reposo, no actúa ninguna fuerza sobre ella.
• Si la carga se mueve con una velocidad v, experimenta una fuerza magnética con las siguientes características:
  • Es proporcional al valor de la carga q.
  • Es perpendicular a la velocidad v.
  • Su módulo depende de la dirección de la velocidad: si el vector v tiene una cierta dirección, la fuerza magnética es nula; si el vector v es perpendicular a la dirección anterior, la fuerza magnética es máxima.

Ley de Lorentz (Fórmula y diagrama).

Así, si una carga positiva q entra en un campo magnético uniforme con una velocidad perpendicular al campo, la fuerza de Lorentz le obligará a seguir un movimiento circular uniforme. Podemos relacionar el radio R de la circunferencia con la inducción magnética B y la velocidad v de la carga. (Representación gráfica y fórmula)

Interacción entre Corrientes Eléctricas: Principios Fundamentales

• Un conductor por el que circula una corriente eléctrica experimenta una fuerza cuando está situado en un campo magnético. Esta fuerza es la resultante de todas las fuerzas de Lorentz que el campo magnético ejerce sobre las cargas que forman la corriente. (Fórmula y esquema)
• Según el sentido de sus corrientes: si las corrientes eléctricas tienen el mismo sentido, los hilos se atraen; mientras que si las corrientes son de sentidos contrarios, los hilos se repelen. (Ilustraciones)
• La fuerza ejercida por el conductor 2 sobre el 1 tiene el mismo módulo y dirección, pero sentido contrario. (Fórmula)
• Un amperio es la intensidad de corriente eléctrica que circula por dos conductores rectilíneos paralelos e indefinidos, separados por una distancia de un metro en el vacío, cuando ambos se atraen o se repelen con una fuerza de 2x10^-7 Newtons por metro de longitud.

Campos Magnéticos Generados por Corrientes Eléctricas

• El campo magnético es la perturbación que un imán o una corriente eléctrica producen en el espacio que los rodea.
• En 1820 se comunicó el descubrimiento de Oersted: una corriente eléctrica desviaba la aguja imantada de una brújula. Si por el alambre no circula corriente, la aguja indica su habitual dirección norte, pero si se le hace pasar una corriente, la aguja tiende a orientarse en la dirección perpendicular a esta. La desviación es mayor cuando se aumenta la intensidad de la corriente.

Ley de Biot-Savart: Cálculo de Campos Magnéticos

Campo Magnético de una Corriente Recta

• La contribución al campo de cada elemento de corriente tiene la misma dirección, tangente a una circunferencia centrada en el hilo conductor. (Fórmula y diagrama). La dirección de B es perpendicular al hilo conductor y al segmento a, y su sentido viene dado por la regla de la mano derecha.

Campo Magnético de una Corriente Circular

• La contribución de cada elemento de corriente al campo magnético tiene la misma dirección y sentido. (Fórmula y diagrama). La dirección de B es perpendicular al plano de la espira y su sentido viene determinado por la regla de la mano derecha.