16.3.1: Corrientes en un Campo Magnético PUEDEN Experimentar una Fuerza

Las cargas positivas (protones) se repelen entre sí al igual que las cargas negativas (electrones). A diferencia de las cargas (electrones y protones) atraen. La mayor parte del material contiene cantidades iguales de carga positiva y negativa debido a la fuerte atracción entre protones y electrones. No obstante, puedes demostrar esta atractiva fuerza eléctrica frotando varias cosas como plástico y pelaje juntos. Por ejemplo, la ropa de tu secadora se unirá cuando salgan porque en el proceso de voltear, algunos electrones se frotan sobre una prenda de otra. La prenda que pierde electrones tiene muy pocos electrones y es positiva. La prenda de vestir que recogió los electrones es ahora negativa. Entonces las dos piezas se pegan juntas. Se trata de fuerzas eléctricas y no tienen nada que ver con el magnetismo.

También sabemos que los polos magnéticos del norte atraen los polos magnéticos del sur pero repelen a otros polos magnéticos del norte. Se trata de fuerzas magnéticas y no tienen nada que ver con las fuerzas eléctricas. Entonces, ¿qué pasa con una carga eléctrica cuando encuentra un campo magnético? Las cargas eléctricas estacionarias en un campo magnético no se mueven; no hay atracción ni repulsión. Las cargas que inicialmente se mueven paralelas a un campo magnético no cambian su movimiento y tampoco sienten fuerza debido al campo magnético. Solo si la carga se mueve e intenta atravesar un campo magnético, siente una fuerza como se demuestra en la simulación a continuación.

Una aurora (por ejemplo la aurora boreal (luces polares del norte) o la aurora australis (luces polares del sur)) es un ejemplo interesante de la fuerza sobre cargas móviles. Las partículas cargadas positivas vienen fluyendo desde el espacio exterior, pero pueden interactuar con el campo magnético de la tierra si se mueven en la dirección correcta. En el ecuador cortan a través del campo magnético de la tierra y así son desviados en bandas orbitantes de partículas llamadas los cinturones de radiación Van Allen. En los polos las cargas se mueven paralelas al campo y así no se desvían. Cuando golpean la atmósfera superior emiten energía en forma de luz ya que chocan con moléculas de aire y disminuyen la velocidad. Es esta luz la que forma las auroras boreales y australis.

La aplicación más importante de la fuerza sobre una carga que cruza un campo magnético es el motor eléctrico. En un motor eléctrico, la corriente en un cable fluye a través de un campo magnético. La fuerza magnética sobre las cargas que se mueven en el cable provoca una fuerza en el cable. Al organizar cuidadosamente los cables y campos podemos obtener la fuerza para hacer que una bobina portadora de corriente de alambre gire en círculo. Esta es la base detrás de un motor eléctrico, como se muestra en el diagrama a continuación.

Figura\(\PageIndex{1}\)

Figura\(\PageIndex{2}\)

En la imagen de la izquierda, arriba, la corriente fluye desde la batería en la parte inferior hacia arriba del lado derecho de la bobina (cable negro; los motores reales tienen cientos de vueltas pero el dibujo solo muestra uno para mayor claridad). A medida que la corriente pasa por el extremo sur del imán (azul) se siente una fuerza descendente. La corriente continúa a través de la parte superior de la bobina y desciende más allá del extremo norte del imán (rojo) donde siente una fuerza ascendente. La corriente luego regresa a la batería. La fuerza hacia arriba en la mitad izquierda de la bobina y la fuerza hacia abajo en la mitad derecha de la bobina hacen que la bobina gire\(180\text{ degrees}\). ¿Qué lo mantiene dando vueltas? Una vez que el lado izquierdo haya dado la vuelta a la derecha (y el lado derecho a la izquierda) observe que la corriente seguirá subiendo por la derecha y hacia abajo por la izquierda. El conmutador ha invertido el flujo de corriente. Entonces la bobina continúa girando en la misma dirección (flecha azul). Mira si puedes seguir la secuencia en la animación de la derecha.