Viene de Campo magnético y cargas en movimiento

Las trayectorias de las partículas cargadas en un campo magnético van a depender de las fuerzas que actúan sobre ellas como consecuencia de la interacción con el campo. La fuerza sobre un cuerpo cargado que se desplaza en un campo magnético será siempre “para un lado”, es decir, la fuerza será perpendicular a la dirección del movimiento en cada instante. Por lo tanto, la fuerza magnética no cambia la celeridad (la rapidez) del cuerpo cargado, esto es, en cada momento el campo actúa cambiando la dirección del vector velocidad, pero no su magnitud. Si el cuerpo cargado se mueve exactamente en la perpendicular a un campo magnético uniforme sufrirá un empuje lateral uniforme y el cuerpo se moverá circularmente en un plano perpendicular a la dirección del campo magnético. Si B es lo suficientemente intenso, la partícula cargada quedará atrapada en una órbita circular.

¿Qué ocurre si la velocidad del cuerpo cargado tiene algún componente en la dirección del campo pero no es exactamente paralelo a él? El cuerpo se verá forzado a tomar un camino curvo pero el componente de su movimiento a lo largo del campo no cambiará. Por lo tanto la partícula describirá una trayectoria helicoidal. Si el cuerpo inicialmente se mueve exactamente paralelo al campo magnético, no habrá ningún tipo de fuerza deflactora ya que v_┴ es cero.

Encontramos ejemplos de trayectorias de partículas cargadas en campos magnéticos en muchos instrumentos físicos, desde aceleradores como el LHC a cámaras de burbujas, como en fenómenos naturales como los cinturones de radiación de van Allen.

Estos cinturones son regiones con forma de rosquilla que circundan la Tierra y que se extienden desde unos pocos cientos de kilómetros sobre la superficie terrestre hasta unos cincuenta mil kilómetros. Existe un haz continuo de partículas cargadas, la mayoría procedentes del Sol pero también del espacio exterior, que bombardean la Tierra. Muchas de estas partículas terminan siguiendo trayectorias helicoidales provocadas por el campo magnético de la Tierra y terminan atrapadas en el campo terrestre. Las partículas atrapadas se mueven en espirales hacia los polos magnéticos. Cuando alcanzan la atmósfera, excitan los átomos de los gases de ésta, que comienzan a emitir luz. Esta es la causa de las auroras.

Como los imanes actúan sobre las corrientes y las corrientes actúan sobre las corrientes, las fuerzas producidas por imanes y corrientes pueden usarse para producir trabajo haciendo que empujen o atraigan los elementos portadores de las corrientes sobre las que actúan. El uso de esta capacidad dio lugar a la aparición del motor eléctrico y el generador de electricidad, dispositivos ambos que fueron críticos en el comienzo de la era eléctrica en el XIX. El conocimiento de las trayectorias de las partículas cargadas en un campo magnético permitió el desarrollo de la física de partículas en el siglo XX, que aún continúa.

Sobre el autor: César Tomé López es divulgador científico y editor de Mapping Ignorance