Fuerza magnética
Las fuerzas magnéticas son producidas por el movimiento de partículas con carga eléctrica, como los electrones, lo que indica la estrecha relación entre la electricidad y el magnetismo.
Esto es porque en el interior de los imanes existen micro corrientes que dan lugar a líneas de campo magnético cerradas, que salen del material y vuelven a entrar en él.
Un conductor puede ser un cable o alambre por el cual circula una corriente eléctrica.
Ya que un campo magnético ejerce una fuerza lateral sobre una carga en movimiento, es de esperarse que la resultante de las fuerzas sobre cada carga resulte en una fuerza lateral sobre un alambre por el que circula una corriente eléctrica.
Para simplificar se ha orientado el vector densidad de corriente
de tal manera que sea perpendicular a
Las cargas negativas que se mueven hacia la derecha en el conductor equivalen a cargas positivas moviéndose hacia la izquierda, esto es, en la dirección de la flecha verde.
apuntaría hacia la izquierda y la fuerza sobre el conductor
apunta hacia arriba saliendo del plano de la figura.
Así pues, midiendo la fuerza magnética lateral que obra sobre un conductor con corriente y colocado en un campo magnético, no es posible saber si los portadores de corriente son cargas negativas moviéndose en una dirección o cargas positivas que se mueven en dirección opuesta.
La ecuación anterior es válida solamente si el conductor es perpendicular a
Es posible expresar el caso más general en forma vectorial así:
un vector (recorrido) que apunta a lo largo del conductor en la dirección de la corriente.
(no representado en la figura) apunta hacia la izquierda y que la fuerza magnética
apunta hacia arriba saliendo del plano de la figura.
Esto concuerda con la conclusión a que se llegó al analizar las fuerzas que obran en los portadores de carga individuales.
saliendo del plano de la figura tal como lo muestran los puntos.
La magnitud de la fuerza sobre cada tramo recto está dada por:
y apunta hacia abajo tal como lo muestran los vectores coloreados de verde.
y cuya dirección es radial hacia O, que es el centro del arco.
Solamente la componente hacia abajo de esa fuerza es efectiva, porque la componente horizontal es anulada por una componente directamente opuesta proveniente del correspondiente segmento de arco a la derecha de O.
Inicialmente se trató de modelizar la fuerza magnética entre imanes naturales por una expresión del tipo: (a)
Donde: Sin embargo, la anterior expresión sólo resulta útil para casos con imanes con formas geométricas sencillas que permitan identificar los polos y que se encuentren convenientemente alineados.
Otros dos problemas aún más serios son que la forma anterior no es fácilmente generalizable a polos desalineados, ni tampoco parece fácil calcular el valor de la "masa magnética" a partir de las características microscópicas del material.
La dificultad para calcular la "masa magnética" se refleja entre otras cosas en el hecho de que se ve afectada por la temperatura (un material ferromagnético normal pierde su magnetización espontánea a una temperatura superior a la temperatura de Curie).
Esto refleja que el efecto magnético de los imanes no es una propiedad intrínseca sino un efecto dependiente de la agitación térmica de los átomos y electrones que configuran internamente el material.
La fuerza entre dos imanes puede calcularse exactamente si se conoce la densidad de corriente equivalente en el interior de los mismos mediante la expresión: (b)
Donde: Comparando (a) con (b) puede verse que los valores de
Donde: Para dos imanes alineados paralelamente a la línea que los une, esta fuerza resulta ser:
(lo cual corresponde a que los dos polos de diferente signo estén más próximos) la fuerza es atractiva, en cambio si los imanes están alineados antiparalelamente (con lo cual dos polos del mismo signo serán los más próximos) la fuerza es repulsiva.
