Principios Fundamentais do Electromagnetismo: Leis e Campos

Lei de Biot-Savart: Fundamentos do Campo Magnético

O módulo do campo magnético B creado por unha corrente rectilínea indefinida, nun determinado punto, é directamente proporcional á intensidade de corrente I e inversamente proporcional á distancia s dende a corrente ata o punto considerado.

A expresión matemática correspondente é a Lei de Biot-Savart: (*), sendo μ (mu) a permeabilidade magnética do medio. As liñas de forza son círculos perpendiculares á corrente rectilínea e con centro nesta. O seu sentido coincide co dun sacarrollas que xire de xeito que avance no mesmo sentido que a corrente. A dirección do vector intensidade de campo B é tanxente ás liñas de forza en cada punto, e o sentido é o mesmo ca estas.

Forza de Lorentz: Movemento de Cargas en Campos Magnéticos

A forza de Lorentz exprésase como F = q(v × B), onde q debe escribirse co seu signo (+ ou -). Cando a carga se despraza paralelamente ao campo magnético, a forza magnética é nula: F = qvBsen0° = 0, e a partícula prosegue o seu movemento sen sufrir ningunha perturbación.

A forza magnética cambia a dirección na que se despraza a carga, pero non modifica o módulo da velocidade. Isto último dedúcese de xeito inmediato, tendo en conta que a forza magnética é perpendicular á velocidade e normal á traxectoria, o que produce unha aceleración normal. Esta aceleración implica un cambio na dirección da velocidade, pero non no seu módulo.

Consideremos unha carga q movéndose perpendicularmente a un campo magnético constante e uniforme. A forza magnética que actúa sobre ela será normal á traxectoria en cada instante, provocando que a partícula describa un Movemento Circular Uniforme (MCU), ao actuar como forza centrípeta. Dita forza vence a tendencia inercial a moverse en liña recta e obrígaa a describir unha circunferencia, cumpríndose que qvB = mv²/R.

Lei de Ampère: Circulación do Campo Magnético

A circulación do campo magnético ao longo dunha traxectoria pechada calquera é igual ao produto da permeabilidade magnética do medio pola intensidade total que atravesa o interior da traxectoria. (*)

A Lei de Ampère implica que, a diferenza dos campos gravitatorio e eléctrico, a circulación do campo magnético ao longo dunha traxectoria pechada non é nula en xeral. Recordemos que o traballo realizado polo campo eléctrico ou gravitatorio, ao longo de calquera traxectoria pechada, era cero. En consecuencia, o campo magnético non é conservativo.

Os campos gravitatorio e eléctrico son creados por masas e cargas illadas, respectivamente, e as liñas de campo son abertas: no campo gravitatorio as liñas van dende o infinito ata as masas creadoras do campo, e no campo eléctrico as liñas saen das cargas positivas e entran nas negativas. Ambos son campos creados por fontes puntuais, o que orixina que as liñas de campo sexan abertas. No campo magnético, as liñas de campo son sempre pechadas, enlazando as correntes eléctricas que crean o campo. Non existen polos magnéticos illados; un campo deste tipo, sen fontes puntuais, denomínase solenoidal.

Lei de Faraday: Indución Electromagnética

A expresión da Lei de Faraday é E = -dΦ/dt. Esta pode enunciarse dicindo: A forza electromotriz (f.e.m.) inducida nun circuíto é igual á derivada con respecto ao tempo do fluxo magnético (Φ) que o atravesa.

Lei de Lenz: Sentido da Corrente Inducida

O signo negativo da Lei de Faraday interprétase do seguinte xeito (Lei de Lenz): A forza electromotriz (f.e.m.) inducida nun circuíto orixina unha corrente de sentido tal que se opón á causa que a produce. Dita causa é sempre a variación do fluxo magnético que atravesa o circuíto.

Liñas de Campo: Visualización de Campos Físicos

As liñas de campo son aquelas nas que o vector forza é tanxente en cada punto, sendo o seu sentido de percorrido o mesmo ca o da forza. Un campo eléctrico pode representarse graficamente mediante liñas de forza.

Debúxase unha liña de forza de xeito que en cada un dos seus puntos a dirección do campo eléctrico E sexa tanxente. Ademais, as liñas de forza trázanse de forma que a súa densidade, ou número de liñas que atravesan a unidade de superficie perpendicular ao campo, sexa proporcional á intensidade do campo. Por convenio, as liñas de forza saen das cargas positivas e entran nas negativas. Nas figuras (non incluídas no texto) están representados mediante liñas de forza o campo eléctrico creado por dúas cargas iguais e o campo creado por dúas cargas opostas.

Superficie Equipotencial: Concepto e Propiedades

Unha superficie equipotencial é o lugar do espazo con igual valor do potencial eléctrico. Se existisen dúas superficies equipotenciais...