FÍSICA · ELECTRICIDAD Y MAGNETISMO
De una brújula a un acelerador: compara atracción, repulsión, orientación, inducción y fuerzas sobre cargas en movimiento.
El magnetismo reúne fenómenos asociados a campos magnéticos, corrientes y momentos magnéticos de la materia. No se limita a atraer metales: también puede producir repulsión, giro o desviación de una trayectoria.
Estos once casos muestran distintas aplicaciones y manifestaciones del magnetismo.
EJEMPLO 01
Una brújula horizontal puede orientarse sin tocar un imán cercano.
La Tierra posee un campo magnético; la aguja responde a su componente horizontal.
El norte magnético no coincide exactamente con el norte geográfico.
Resultado: La aguja se orienta con el campo local
Condiciones: Objetos magnéticos próximos alteran la lectura. Cerca del norte geográfico, el campo terrestre entra en la Tierra; el nombre geográfico no es el de un polo N de barra.
EJEMPLO 02
En un tokamak, campos magnéticos combinados ayudan a confinar un plasma caliente.
Los imanes superconductores pueden producir campos intensos de forma sostenida. En investigación de fusión se estudian plasmas a temperaturas del orden de cien millones de kelvin.
El campo guía el movimiento de las partículas cargadas; no es una pared material.
Resultado: Los campos ayudan a controlar partículas cargadas
Condiciones: El confinamiento requiere una geometría diseñada y control. No significa que un imán cualquiera encierre todo el plasma.
EJEMPLO 03
Imagina dividir una barra imantada en dos partes que conserven su magnetización.
Cada parte presenta regiones norte y sur.
No se separan N y S como si fueran dos sustancias pegadas.
Resultado: No se obtiene un polo aislado
Condiciones: Modelo de un imán de barra: existen disposiciones multipolares. Esta comparación no es una instrucción para romper imanes.
EJEMPLO 04
Una cinta puede almacenar señales de audio, vídeo o datos.
La grabación modifica la magnetización de pequeñas regiones de su capa magnética.
Resultado: La información queda en patrones de magnetización
Condiciones: Es una tecnología concreta; no toda memoria de ordenador es magnética.
EJEMPLO 05
Un electroimán puede levantar piezas de hierro o acero adecuado.
La corriente en su bobina crea un campo; un núcleo ferromagnético puede reforzarlo.
Resultado: Atracción de piezas ferromagnéticas
Condiciones: No levanta indistintamente cualquier metal. La capacidad depende de material, masa, distancia y superficie de contacto.
EJEMPLO 06
En este tipo de instrumento, una bobina con corriente gira dentro de un campo.
El par magnético se equilibra con el de un resorte; la desviación permite medir.
Resultado: La corriente produce un giro medible
Condiciones: Describe un instrumento de bobina móvil, no todos los aparatos de medida.
EJEMPLO 07
En un motor, las interacciones magnéticas producen un par sobre el rotor.
La alimentación y la conmutación o los campos variables permiten mantener la rotación.
Resultado: Conversión de energía eléctrica en movimiento
Condiciones: No todos los motores tienen imanes permanentes; también pueden crear campos mediante corrientes.
EJEMPLO 08
Los dipolos curvan trayectorias y los cuadrupolos ayudan a enfocar un haz de partículas cargadas.
Los campos eléctricos de las cavidades aumentan la energía del haz.
La fuerza magnética sola, perpendicular a la velocidad, cambia dirección sin aumentar la rapidez.
Resultado: Los imanes desvían y enfocan
Condiciones: Se distingue aceleración como cambio de dirección de aumento de energía. No se trata de «aislar» partículas unas de otras.
EJEMPLO 09
Una señal de corriente recorre una bobina situada en el campo de un imán.
La fuerza cambia con la señal y mueve la membrana que produce sonido.
Resultado: La bobina mueve la membrana
Condiciones: Ejemplo de altavoz dinámico; existen otros tipos de transductor.
EJEMPLO 10
Acerca el extremo N de una barra al extremo N de otra, manteniendo su orientación.
N frente a N se repele; sucede lo mismo con S frente a S.
Resultado: Repulsión
Condiciones: La orientación está fijada: una barra libre puede girar hasta atraer el otro polo.
EJEMPLO 11
El extremo N de una barra se enfrenta al extremo S de otra.
Los extremos enfrentados se atraen.
Resultado: Atracción
Condiciones: La regla describe polos de imanes; no clasifica por sí sola la respuesta de cualquier material.
Estos casos comparan mecanismos, condiciones y tipos de resultado.
EJEMPLO 12
Un clip de acero ferromagnético puede ser atraído por cualquiera de los extremos de un imán.
El campo modifica la orientación de dominios magnéticos.
Puede conservar parte de la imantación según el material y su historia.
Resultado: Magnetización inducida
Condiciones: La remanencia no es idéntica en todos los aceros.
EJEMPLO 13
Una brújula próxima a un hilo con corriente puede cambiar su orientación.
El campo del hilo se combina con el terrestre.
Invertir la corriente invierte el sentido del campo creado por el hilo.
Resultado: La electricidad produce un efecto magnético
Condiciones: La desviación concreta depende de la geometría; no siempre es de 90°.
EJEMPLO 14
Al cambiar la posición de un imán respecto de una bobina puede variar el flujo que la atraviesa.
La variación de flujo induce una fuerza electromotriz.
Habrá corriente si existe un circuito cerrado con respuesta conductora.
Resultado: Una variación de flujo induce una tensión
Condiciones: Un imán quieto y un circuito quieto, con flujo constante, no sostienen por sí solos una tensión inducida.
EJEMPLO 15
Una corriente variable en el primario crea un flujo que enlaza con el secundario.
Ese cambio induce una tensión en el secundario.
Resultado: Flujo variable entre bobinas
Condiciones: Una corriente continua estable no mantiene la inducción en un transformador ordinario; sí puede haber transitorios al conectar o desconectar.
EJEMPLO 16
Los sistemas maglev utilizan fuerzas magnéticas entre vehículo y vía.
La levitación y la propulsión son funciones distintas y requieren un diseño específico.
Resultado: Sustentación y guiado mediante fuerzas magnéticas
Condiciones: La fotografía muestra un tren; no permite deducir la configuración exacta de sus imanes.
EJEMPLO 17
Las limaduras de hierro se magnetizan y forman pequeñas cadenas.
Su orientación ayuda a visualizar la dirección local del campo.
Resultado: Se observa una pauta del campo
Condiciones: Las líneas dibujadas son una representación: el espacio entre limaduras también puede tener campo.
Estos casos comparan mecanismos, condiciones y tipos de resultado.
EJEMPLO 18
Una carga de +2 μC se mueve a 4000 m/s perpendicularmente a B = 0,50 T.
2 μC = 2 × 10⁻⁶ C.
F = |q|vB sen 90° = 2 × 10⁻⁶ × 4000 × 0,50 = 0,004 N.
Resultado: F = 0,004 N
Condiciones: Carga de prueba ideal; se calcula solo la contribución magnética.
EJEMPLO 19
Repite el caso anterior con un ángulo de 30° entre velocidad y campo.
sen 30° = 0,5.
F = 0,004 × 0,5 = 0,002 N.
Resultado: F = 0,002 N
Condiciones: El ángulo se mide entre v y B, no con la fuerza.
EJEMPLO 20
Una carga se mueve en la misma dirección de B o en la opuesta.
sen 0° = sen 180° = 0.
La contribución magnética q(v × B) se anula.
Resultado: F magnética = 0
Condiciones: Puede haber fuerza eléctrica u otra interacción; cero fuerza magnética no implica cero fuerza total.
EJEMPLO 21
Una carga va a la derecha (+x) y B sale de la pantalla (+z).
Para q positiva: v × B apunta hacia abajo (−y).
Para q negativa con igual |q|, la fuerza apunta hacia arriba (+y).
Resultado: Módulo igual y sentido opuesto
Condiciones: Se mantienen la misma velocidad y el mismo campo.
EJEMPLO 22
Un tramo recto de 0,50 m lleva 3 A, perpendicular a un campo uniforme de 0,20 T.
F = ILB sen 90° = 3 × 0,50 × 0,20 = 0,30 N.
Resultado: F = 0,30 N
Condiciones: Los 0,50 m están dentro del campo uniforme; I es corriente convencional.
EJEMPLO 23
Una partícula tiene m = 1,0 × 10⁻²⁶ kg, |q| = 2,0 × 10⁻¹⁹ C, v = 1,0 × 10⁵ m/s y B = 0,040 T.
Para v perpendicular a B: |q|vB = mv²/r.
r = mv/(|q|B) = 10⁻²¹/(8 × 10⁻²¹) = 0,125 m.
Resultado: r = 0,125 m
Condiciones: Campo uniforme, régimen no relativista, sin otras fuerzas ni pérdidas apreciables; datos de una partícula hipotética.
EJEMPLO 24
En 100 espiras, el flujo por espira cambia de 0,003 a 0,001 Wb en 1 s.
|ΔΦ| = 0,002 Wb.
|ε media| = N|ΔΦ|/Δt = 100 × 0,002/1 = 0,20 V.
Resultado: |ε media| = 0,20 V
Condiciones: Todas las espiras enlazan el mismo flujo. El valor es medio; el sentido se determina con la ley de Lenz.
EJEMPLO 25
Una carga se mueve en un campo magnético estático, sin campo eléctrico ni otras fuerzas.
La fuerza q(v × B) es perpendicular a v.
Su potencia instantánea F · v es cero: puede curvar la trayectoria sin cambiar la energía cinética.
Resultado: El campo magnético solo no aumenta la rapidez
Condiciones: Modelo de carga puntual; no se generaliza a un sistema con campos eléctricos inducidos o fuentes externas.
El producto × es vectorial: la fuerza es perpendicular a v y B cuando es no nula. En tres dimensiones se aplica la regla de la mano derecha para una carga positiva y se invierte el sentido para una negativa.
La fuerza eléctrica qE y la gravitatoria mg se calculan aparte. No es necesario que desaparezca la gravedad para definir B: en los ejemplos se desprecia su efecto para aislar la interacción estudiada. Un campo magnético estático solo no realiza trabajo sobre una carga puntual; un campo eléctrico inducido sí puede transferir energía.
La ley de Lenz fija el sentido de la inducción: la respuesta se opone al cambio de flujo que la produce. Tener campo no basta; hace falta que cambie el flujo para obtener la inducción descrita.
| Símbolo | Magnitud y unidad |
|---|---|
| B | Densidad de flujo magnético: tesla (T) |
| q | Carga: culombio (C) |
| v | Rapidez: metro por segundo (m/s) |
| F | Fuerza: newton (N) |
| I | Corriente: amperio (A) |
| Φ | Flujo magnético: weber (Wb) |
| ε | Fuerza electromotriz: voltio (V) |
1 T = 1 N/(A·m). Aunque se denomine «fuerza electromotriz», ε se mide en voltios, no en newtons. Un microculombio es 10⁻⁶ C. La temperatura termodinámica se expresa en kelvin (K), sin «grados Kelvin».
CONTRASTE 01
Una lámina de aluminio quieta no se comporta como un clip de hierro ante un imán ordinario.
El aluminio es débilmente paramagnético; otros materiales, como el cobre, son diamagnéticos.
Resultado: Ser metal no implica fuerte atracción
Condiciones: La comparación es estática. Si cambia el flujo en un conductor, pueden aparecer corrientes inducidas y fuerzas.
CONTRASTE 02
Un pequeño dipolo magnético ideal está inclinado respecto de un campo uniforme.
Puede experimentar un par que lo alinee.
Para producir una fuerza neta sobre ese dipolo hace falta una variación espacial del campo.
Resultado: Puede haber giro sin fuerza neta de traslación
Condiciones: Aproximación de dipolo pequeño y campo externo uniforme; no confundir orientar con arrastrar.
La magnetita, Fe₃O₄, está asociada a los primeros conocimientos sobre piedras imán. El relato del pastor Magnes se conserva como leyenda, no como demostración histórica ni como fecha cierta de descubrimiento en 800 a. C.
La carta de Pierre de Maricourt, o Petrus Peregrinus, de 1269 describe la exploración de polos con una piedra imán esférica. Michell estudió imanes artificiales en el siglo XVIII. Coulomb investigó posteriormente fuerzas eléctricas y magnéticas con instrumentos de torsión. Estos trabajos son distintos del proyecto de balanza de Michell para estudiar la gravitación.
Una ley de polos idealizados proporcional a 1/r² no es una fórmula universal para la fuerza entre dos imanes reales. Influyen forma, orientación y distancia; un modelo de dipolos a gran separación tiene otra dependencia.
Ørsted comunicó en 1820 la relación entre corriente y desviación de una brújula. Ampère desarrolló el estudio de fuerzas entre corrientes. Sus lazos de corriente microscópicos fueron un antecedente: la descripción moderna incorpora momentos orbitales y espín, sin imaginar el espín como una bolita giratoria clásica.
Los trabajos de Faraday y Henry sobre inducción y la formulación de Maxwell relacionaron campos eléctricos y magnéticos variables. En una bobina, lo decisivo es la variación de flujo; un campo eléctrico variable también contribuye a generar campo magnético.
Modelos ideales: campo uniforme cuando se indica y fuerza magnética separada de otras fuerzas.
Selección y desarrollo: Editorial Ejemplode. Revisión: 7 de octubre de 2026.