Fundamentos de la Fuerza de Lorentz y Comparativa de Campos Electromagnéticos

La Fuerza de Lorentz

Una partícula de carga q que se mueve con una velocidad v dentro de un campo magnético B experimenta una fuerza F que viene determinada por la expresión de Lorentz: F = q(v × B). Esta fuerza es siempre perpendicular tanto a v como a B.

• Naturaleza centrípeta: Al ser perpendicular a v, actúa como una fuerza centrípeta, produciendo una aceleración normal. Por lo tanto, no modifica el módulo de la velocidad, solo altera la dirección del movimiento.
• Dependencia del signo: El sentido de la fuerza varía según el signo de q, lo que provoca que las trayectorias de las cargas positivas y negativas se curven en sentidos opuestos.
• Condiciones de nulidad: La fuerza es nula si la carga está en reposo o si las direcciones de v y B son coincidentes (vectores paralelos o antiparalelos). En este último caso, la trayectoria de la partícula cargada no se ve alterada.

Comparativa entre Campos: Electrostático vs. Magnetostático

Analogías

1. Origen: Ambos campos son producidos por cargas; sin embargo, el campo electrostático es generado por cualquier cuerpo con carga neta, mientras que el campo magnetostático requiere cargas en movimiento.
2. Polaridad: Ambos pueden ser atractivos o repulsivos. Existen dos tipos de carga (positiva y negativa) y dos tipos de polos magnéticos (norte y sur).

Diferencias fundamentales

• Líneas de campo: Las líneas del campo electrostático son abiertas (nacen en cargas positivas y mueren en negativas), mientras que las del campo magnetostático son siempre cerradas.
• Dirección de la fuerza: El campo electrostático es central y la fuerza eléctrica sigue la dirección del campo. Por el contrario, el campo magnético no es central y la fuerza magnética es perpendicular al propio campo.
• Conservación: El campo electrostático es conservativo, mientras que el campo magnético no lo es.

Campo Magnético de un Conductor Rectilíneo

El campo magnético B creado por un conductor rectilíneo indefinido por el que circula una corriente de intensidad I en un punto P situado a una distancia r del conductor, se define mediante la Ley de Biot y Savart. Este campo es directamente proporcional a la intensidad I de la corriente e inversamente proporcional a la distancia r respecto al punto P.