Cuando las cargas se mueven bajo la influencia de un campo magnético. Experimentan fuerzas sobre ellos que a veces les hacen cambiar de dirección, o si no son capaces de hacerlo. Las fuerzas de estas cargas individuales se convierten en una fuerza sobre el conductor que las transporta. Hay muchas aplicaciones de este fenómeno particular en la vida real. Todos los motores que se emplean en muchos dispositivos que nos rodean funcionan según este principio. Para comprender y apreciar el funcionamiento de estos dispositivos, se vuelve fundamental entender este concepto. Veamos este concepto en detalle.
Campo magnético y fuerza de Lorentz
Digamos que hay una carga puntual «q» que se mueve con la velocidad «v» y está ubicada en «r» en un tiempo «t» en presencia tanto del campo eléctrico E(r) como del campo magnético B(r). Ambos campos aplican alguna fuerza sobre la carga bajo su influencia. La fuerza sobre la carga debido a su influencia fue dada por primera vez por HA Lorentz. Lorentz derivó la fórmula para esta fuerza sobre la base de una experimentación rigurosa realizada por Ampere y otros.
La fuerza sobre una carga eléctrica «q» debido a estos dos campos está dada por,
F = q [E(r) + v × B(r)]
F = F elec + F mag
Esta fuerza se llama Fuerza de Lorentz .
Mirando la fórmula, se conoce la relación entre el campo eléctrico y la fuerza que experimentan las cargas bajo su influencia. En caso de fuerza experimentada bajo la influencia del campo magnético, se hacen las siguientes observaciones:
- Depende de q, vy B (carga, velocidad de la partícula y campo magnético). En el caso de una carga negativa, la dirección de la fuerza se invierte.
- Existe un producto vectorial entre la velocidad y el campo magnético. La dirección de la fuerza es perpendicular a ambas cantidades. En caso de que la velocidad y el campo magnético se vuelvan paralelos. La fuerza sobre la carga se vuelve cero.
- La fuerza magnética sobre cualquier carga es cero si no se mueve, eso es |v| = 0.
La figura anterior muestra la dirección de la fuerza magnética que actúa sobre la partícula. La fuerza sobre la partícula cargada positivamente con velocidad “v” y formando un ángulo θ con la dirección del campo magnético está dada por la regla de la mano derecha.
Muestra una partícula cargada en movimiento que se desvía de su camino debido a un campo magnético. Observe que ambas cargas se desvían en diferentes direcciones.
Problemas de muestra
Pregunta 1: Averigüe la magnitud de la fuerza experimentada cuando la unidad de carga se mantiene bajo la influencia de campos eléctricos de 5 N/C.
Responder:
El for en el cargo está dado por,
F = qE
⇒ F = (1)(5)
⇒ F = 5 N/s.
Pregunta 2: Averigüe la magnitud de la fuerza experimentada cuando una carga de 5C se mantiene bajo la influencia de campos eléctricos de 25 N/C.
Responder:
El for en el cargo está dado por,
F = qE
⇒ F = (5)(25)
⇒ F = 125 N/s.
Pregunta 3: Averigüe la magnitud de la fuerza experimentada cuando una carga de 5C se mueve a 10 m/s bajo la influencia de un campo eléctrico de 25 N/C. El campo magnético de 10 magnitudes es perpendicular a la dirección del campo eléctrico y la velocidad. Determine la magnitud de la fuerza experimentada por la carga.
Responder:
El for en el cargo está dado por,
F = qE + q(v × B)
⇒ F = (5)(25) + 5 (25 × 10 × sin(90))
⇒ F = 125 + 5(250)
⇒ F = 125 + 1250
⇒ F = 1375 N
Pregunta 4: Averigüe la magnitud de la fuerza experimentada cuando una carga de 10C se mueve a 10m/s bajo la influencia de campos eléctricos de 5 N/C. El campo magnético de 5 magnitudes es perpendicular a la dirección del campo eléctrico y la velocidad. Determine la magnitud de la fuerza experimentada por la carga.
Responder:
El for en el cargo está dado por,
F = qE + q(v × B)
⇒ F = (10)(5) + 10 (10 × 5 × sin(90))
⇒ F = 50 + 500
⇒ F = 550 N
Pregunta 4: Averigüe la magnitud de la fuerza experimentada cuando una carga de -2C se mueve a 10 m/s bajo la influencia de campos eléctricos de 5 N/C. El campo magnético de 5 magnitudes es de 30° a la dirección del campo eléctrico y la velocidad. Determine la magnitud de la fuerza experimentada por la carga.
Responder:
El for en el cargo está dado por,
F = qE + q(v × B)
⇒ F = (-2)(5) + (-2) (10 × 5 × sin(30))
⇒ F = -10 + -100 × 0,5
⇒ F = -60 N
Publicación traducida automáticamente
Artículo escrito por anjalishukla1859 y traducido por Barcelona Geeks. The original can be accessed here. Licence: CCBY-SA