Campos y fuercies magnétiques

El fenómenu del magnetismu ye exercíu por un campu magnéticu, por casu, una corriente llétrica o un dipolo magnéticu crea un campu magnéticu, esti al xirar imparte una fuercia magnético a otres partícules que tán nel campu.

Pa un aproximamientu escelente (pero inorando dellos efeutos cuánticos, vease electrodinámica cuántica) les ecuaciones de Maxwell (que simplifiquen la llei de Biot-Savart nel casu de corriente constante) describen l'orixe y el comportamientu de los campos que gobiernen eses fuercies. Polo tanto'l magnetismu reparar siempres que partícules cargaes llétricamente tán en movimientu. Por casu, del movimientu d'electrones nuna corriente llétrica o en casos del movimientu orbital de los electrones alredor del nucleu atómicu. Estes tamién apaecen d'un dipolo magnéticu intrínsecu qu'apaez de los efeutos cuánticos, por casu del spin de la mecánica cuántica.

Llei de Lorentz

La mesma situación que crea campos magnéticos (carga en movimientu nuna corriente o nun átomu y dipolos magnéticos intrínsecos) son tamién situaciones en que'l campu magnéticu causa los sos efeutos creando una fuercia. Cuando una partícula cargada muévese al traviés d'un campu magnéticu B, exerzse una fuercia F dau pol producto cruz:

${\displaystyle {\vec {F}}=q({\vec {v}}\times {\vec {B}})}$

onde ${\displaystyle q\,}$ ye la carga llétrica de la partícula, ${\displaystyle {\vec {v}}\,}$ ye'l vector velocidá de la partícula y ${\displaystyle {\vec {B}}\,}$ ye'l campu magnéticu. Por cuenta de que esto ye un productu cruz, la fuercia ye perpendicular al movimientu de la partícula y al campu magnéticu.

La fuercia magnético nun realiza trabayu mecánicu na partícula, camuda la direición del movimientu d'esta, pero esto nun causa'l so aumentu o amenorgamientu de la velocidá. La magnitú de la fuercia ye :${\displaystyle F=qvB\operatorname {sen} \theta \,}$ onde ${\displaystyle \theta \,}$ ye l'ángulu ente los vectores ${\displaystyle {\vec {v}}\,}$ y ${\displaystyle {\vec {B}}\,}$.

Una ferramienta pa determinar la direición del vector velocidá d'una carga en movimientu, ye siguiendo la llei de la mano derecha (vease regla de la mano derecha).

El físicu alemán Heinrich Lenz formuló lo qu'agora se denomina la llei de Lenz, esta da una direición de la fuercia electromotriz (fem) y la corriente resultante d'una inducción electromagnética.

Dipolos magnéticos

Puede vese una bien común fonte de campu magnéticu na naturaleza, un dipolo. Este tien un "polu sur" y un "polu norte", los sos nomes deber a qu'antes s'usaben los imanes como brúxules, qu'interactuaben col campu magnéticu terrestre pa indicar el norte y el sur del globu.

Un campu magnéticu contién enerxía y sistemes físicos que s'estabilicen con configuraciones de menor enerxía. Poro, cuando s'atopa nun campu magnéticu, un dipolo magnéticu tiende a alliniase solo con una polaridá distinta a la del campu, lo qu'ataya al campu lo máximo posible y mengua la enerxía recoyida nel campu al mínimu. Por casu, dos barras magnétiques idéntiques pueden tar una a llau d'otra de normal alliniaes de norte a sur, resultando nun campu magnéticu más pequeñu y aguanta cualquier intentu de reorientar tolos sos puntos nuna mesma direición. La enerxía riquida pa reorientalos nesa configuración ye entós recoyida nel campu magnéticu resultante, que ye'l doble de la magnitú del campu d'un imán individual (esto ye porque un imán usáu como brúxula interactúa col campu magnéticu terrestre pa indicar Norte y Sur).

Una alternativa formulada, equivalente, que ye bono d'aplicar pero ufierta una menor visión, ye qu'un dipolo magnéticu nun campu magnéticu esperimenta un momento d'un par de fuercies y una fuercia que pueda ser espresada en términos d'un campu y de la magnitú del dipolo (por casu sería'l momentu magnéticu dipolar). Pa ver estes ecuaciones vease dipolo magnéticu.

Dipolos magnéticos atómicos

La causa física del magnetismu nos cuerpos, distintu a la corriente llétrica, ye polos dipolos atómicos magnéticos. Dipolos magnéticos o momentos magnéticos, n'escala atómica, resulten de dos tipos distintes del movimientu d'electrones. El primeru ye'l movimientu orbital del electrón sobre'l so nucleu atómicu; esti movimientu puede ser consideráu como una corriente de bucles, resultando nel momentu dipolar magnéticu del orbital. La segunda, más fuerte, fonte pel momento electrónicu magnéticu, ye por cuenta de les propiedaes cuántiques llamaes momentu de spin del dipolo magnéticu (anque la teoría mecánica cuántica actual diz que los electrones nun xiren físicamente, nin orbiten el nucleu).

El momentu magnéticu xeneral d'un átomu ye la suma neta de tolos momentos magnéticos de los electrones individuales. Pol enclín de los dipolos magnéticos a oponese ente ellos amenorga la enerxía neta. Nun átomu los momentos magnéticos opuestos de dellos pares d'electrones atayar ente ellos, dambos nun movimientu orbital y en momentos magnéticos de espín. Asina, nel casu d'un átomu con orbitales electrónicos o suborbitales electrónicos dafechu llenos, el momentu magnéticu de normal atáyase dafechu y solo los átomos con orbitales electrónicos semillenos tienen un momentu magnéticu. La so fuercia depende del númberu d'electrones impares.

La diferencia na configuración de los electrones en dellos elementos determina la naturaleza y magnitú de los momentos atómicos magnéticos, lo que de la mesma determina la diferencia ente les propiedaes magnétiques de dellos materiales. Esisten munches formes de comportamientu magnéticu o tipos de magnetismu: el ferromagnetismu, el diamagnetismo y el paramagnetismo; esto debe precisamente a les propiedaes magnétiques de los materiales, por eso haise axustáu una clasificación respeutiva d'estos, según el so comportamientu ante un campu magnéticu inducíu, como sigue:

Monopolos magnéticos

Yá que un imán de barra llogra'l so ferromagnetismu de los electrones magnéticos microscópicos distribuyíos uniformemente al traviés del imán, cuando un imán ye partíu a la metá caúna de les pieces resultantes ye un imán más pequeñu. Anque se diz qu'un imán tien un polu norte y un polu sur, estos dos polos nun pueden dixebrase l'unu del otru. Un monopolo —si tal cosa esiste— sería una nueva clase fundamentalmente distinta d'oxetu magnéticu. Actuaría como un polu norte aislláu, non arreyar a un polu sur, o viceversa. Los monopolos llevaríen «carga magnética» análoga a la carga llétrica. A pesar de busques sistemátiques a partir de 1931 (como la de 2006), nunca fueron reparaes, y perbién podríen nun esistir.^{[ensin referencies]} Milton menta dellos eventos non concluyentes (p. 60) y entá conclúi que «nun sobrevivió n'absolutu nenguna evidencia de monopolos magnéticos»(p. 3).

Electroimanes

Un electroimán ye un imán fechu d'alambre llétricu bobinado en redol a un material magnético como'l fierro. Esti tipu d'imán ye útil nos casos en qu'un imán tien de tar encendíu o apagáu, por casu, les grandes y pesaes grúes pa llevantar chatarra d'automóviles.

Pal casu de corriente llétrica muévense al traviés d'un cable, el campu resultante diríxese acordies cola regla de la mano derecha. Si la mano derecha utilízase como un modelu, y el pulgar de la mano derecha a lo llargo del cable de positivu escontra'l llau negativu ( "convencional actual", a la inversa de la direición del movimientu real de los electrones), entós el campu magnéticu fai una recapitulación de tol cable na direición indicada polos deos de la mano derecha. Como puede reparase geométricamente, en casu d'un bucle o héliz de cable, ta formáu de tal manera que l'actual ye viaxar nun círculu, de siguío, toles llinies de campu nel centru del bucle dirixir a la mesma direición, lo que refundia un 'magnética dipolo ' que la so fuercia depende de l'actual en tol bucle, o l'actual na héliz multiplicáu pol númberu de vueltes d'alambre. Nel casu d'esi bucle, si los deos de la mano derecha dirixir na direición del fluxu de corriente convencional (esto ye, el positivu y el negativu, la direición opuesta al fluxu real de los electrones), el pulgar va apuntar na direición correspondiente al polu norte del dipolo.

Imanes temporales y permanentes

Un imán permanente conserva'l so magnetismu ensin un campu magnéticu esterior, ente que un imán temporal solo ye magnéticu, siempres que tea asitiáu n'otru campu magnéticu. Inducir el magnetismu del aceru nes resultancies nun imán de fierro, pierde'l so magnetismu cuando la inducción de campu retírase. Un imán temporal como'l fierro ye un material fayadizo pa los electroimanes. Los imanes son fechos por afalagar con otru imán, la grabación, ente qu'afita nun campu magnéticu opuestu dientro d'una solenoide bobina, suministrar con una corriente direuta. Un imán permanente puede perder el so magnetismu al ser sometíu al calor, a fuertes golpes, o asitialo dientro d'un solenoide suministrar con un amenorgamientu de corriente alterna.

Unidaes del SI rellacionaes col magnetismu

• Tesla [T] = unidá de campu magnéticu.
• Weber [Wb] = unidá de fluxu magnético.
• Amperiu [A] = unidá de corriente llétrica, que xenera campos magnéticos.

Otres unidaes

• gauss, embrivíu como G, ye la unidá CGS d'inducción magnética (B).
• Oersted, ye la unidá CGS de campu magnéticu.
• Maxwell, ye la unidá CGS de fluxu magnético.