UNIDAD 6.
6. Magnetismo
El magnetismo es el nombre que se le dió en la antigüedad a la cualidad que presentaban algunos cuerpos como la magnetita, de atraer a cuerpos metálicos que se ubicaban cerca a ellos, que con el tiempo se les dio el nombre de imanes, los cuales se caracterizan por que tienen dos polos, uno positivo (norte) y otro negativo (sur), en los cuales es más evidente el fenómeno de atracción.
Si se toman dos imanes y se colocan de tal manera que el polo sur coincida con el norte, del otro se observará que se genera una fuerza magnética de atracción o de repulsión en el caso en que se coloquen los polos de igual sentido (sur con sur o norte con norte), la cual aumenta de magnitud si la distancia entre ellos disminuye. Lo anterior es para decir que la fuerza magnética cumple con la ley del inverso al cuadrado.
Importante: No se ha podido encontrar un polo magnético por separado, es decir un monopolo magnético como si se puede considerar con el campo eléctrico. Para el caso del magnetismo si tenemos un imán y se divide por su mitad, se formarán dos imanes, se dividen se formaran más imanes y así sucesivamente sin importar lo pequeño del imán.
6.1. Campo magnético 
El campo magnético se genera entre los polos de un imán el cual podemos detectar y encontrar su dirección ubicando una brújula cerca al imán. Tal campo se representa por medio de las líneas, las cuales salen del polo positivo y entran al negativo, de tal manera que el campo magnético tendrá la misma dirección que estas líneas. Tal campo se define como la fuerza que se ejerce perpendicularmente sobre la velocidad que posee una carga q.
En la gráfica anterior se puede ver claramente la dirección del campo, pero en el hecho en donde el campo se encuentre saliendo o entrando del papel o pantalla, se hace la siguiente consideración en la nomenclatura.
cuando el campo está entrando.
cuando
el campo está saliendo.
De tal manera que la expresión que da el valor de este campo es el cociente en la fuerza magnética (F) sobre el producto de la velocidad (v) por el valor de la carga (q). Luego:
Las unidades del campo magnético en el sistema internacional son de:
Y de un gauss en el sistema cgs, las cuales se relacionan de la siguiente manera:
Para encontrar el sentido del campo magnético se definirá la ley de la mano derecha, en donde el pulgar se ubica indicando el sentido del vector velocidad, la palma indicando el sentido de la fuerza y los dedos indicarán el sentido del campo magnético, el cual varía de acuerdo al sentido que tengan tanto la velocidad como la fuerza.
Otro método análogo es el de la mano izquierda, en donde el índice indica el sentido de la fuerza, el dedo del medio indica el sentido de la velocidad y el índice indicará el sentido del campo magnético.
6.2. Fuerza de Lorentz
Para definir el concepto de campo magnético se utilizó una carga, la cual genera un campo eléctrico. Por tal razón, la fuerza total llamada fuerza de Lorentz es igual a la suma de la fuerza eléctrica más la fuerza magnética.
6.3. El imán terrestre
Cuando se ubica sobre la superficie terrestre una brújula, ésta indicará la ubicación del norte y sur, de acuerdo a lo que se dijo anteriormente sobre el hecho que las brújulas indicaban la presencia y dirección de un campo magnético. En este caso la brújula indica la presencia del campo magnético terrestre ya que la tierra se considera como un inmenso imán esférico, en el cual los polos magnéticos son contrarios a los polos geográficos, quiere decir que en el polo norte (ártico) se encontrará el polo sur magnético y en el polo sur (antártico) se encontrará el polo norte magnético.
6.4. Relación entre corriente
y magnetismo
Tal relación entre la corriente eléctrica y el campo magnético consiste en que, cuando se aplica una corriente sobre un alambre, éste genera un campo magnético alrededor del alambre, creando así una fuerza, la cual es de carácter magnético. Para demostrar tal fenómeno, consideremos un trozo de alambre de longitud x por el cual fluye una corriente y, el cual se encuentra en un campo magnético que se encuentra entrando.
6.5. Generación de campos magnéticos
La generación de los campos magnéticos se debe al movimiento de cargas, como ocurre cuando una corriente fluye en un circuito que de acuerdo con la forma de tal circuito se creará un campo en una determinada dirección. Primero, consideremos el campo que se genera en un alambre (infinito), en este caso la dirección del campo estará dada por la ley de la mano derecha, que para este caso, el índice indicara la dirección de la corriente y los demás dedos indicarán el sentido del campo magnético, el cual es circular alrededor del alambre.
Cuando la corriente fluye por un alambre en forma de espiral (circular), la dirección del campo será perpendicular al plano que forma el espiral.
Cuando la corriente fluye por una bobina o solenoide (arreglo de espiras una a continuación de otra) la dirección del campo es paralelo al eje en el cual se forma la bobina.
6.5. 1. Transformadores
Un transformador es un arreglo en el cual se colocan dos bobinas unidas con un núcleo en común como indica la figura.
6.6. Inducción magnética
Este fenómeno ocurre cuando un campo magnético variable genera una fuerza electromotriz, esto fue planteado inicialmente por Michael Faraday en forma experimental, logrando generar una corriente eléctrica y desarrollando teóricamente en forma matemática por Maxwell, logrando plasmar sus trabajos en las conocidas ecuaciones de Maxwell estudiadas en cursos superiores, las cuales constituyen la base del electromagnetismo.
Luego de la figura se tiene:
Y la fem o fuerza electromotriz es igual al trabajo sobre la carga que produce trabajo, luego:
La cual tiene unidades de voltios. La expresión anterior es utilizada en el caso particular en que v y B forman un ángulo de 90°, de tal manera que para cualquier otro ángulo que forme entre v y B debe considerar el seno de dicho ángulo, luego obtenemos:
6.7. Flujo magnético
El concepto de flujo magnético fue establecido por Faraday para plantear la ley que lleva su nombre y consiste en la aplicación de un campo magnético (B) sobre una determinada área (A). Para dar una idea del como se puede calcular la fem apartir de tal flujo magnético, partiremos de la expresión para la fem del caso particular en que v Y B forman 90°.
Analicemos la gráfica.
Expresión que se conoce con el nombre de ley de Faraday, la cual plantea que la fuerza electromotriz se produce por un flujo magnético variable en un determinado tiempo t, es válida para una espira que se encuentre en el campo, pero como en realidad actúan más espiras, como puede ser el caso de cualquier motor eléctrico, para los cuales la fem será:
En donde n es el número de espiras que se tengan. Aunque la expresión anterior es válida, existe la consideración más general y es cuando consideramos la ley de Lenz, la cual consiste agregar el signo menos a la ley de Faraday, puesto que la fuerza electromotriz se opone al flujo que la produce, de tal manera que se tiene:
(Aquí hemos utilizado la aplicación práctica de la ley de Lenz).