fuerza magnética sobre cargas en movimiento mapa mental

Comprender el tema

La fuerza magnética actúa sobre cargas eléctricas en movimiento y es perpendicular tanto a la velocidad como al campo magnético. Su expresión, la regla de la mano derecha y el caso especial de la fuerza sobre un conductor con corriente permiten explicar el movimiento circular de partículas y el funcionamiento de dispositivos como el ciclotrón, el tubo de rayos catódicos o el espectrómetro de masas.

Cómo actúa la fuerza de Lorentz
La fuerza magnética sobre una carga puntual en movimiento se expresa como F = q·v × B, un producto vectorial. Esto implica dos consecuencias clave: la fuerza es siempre perpendicular al plano formado por la velocidad y el campo magnético, y su módulo depende del ángulo entre ambos vectores. Si la carga está en reposo o se mueve en paralelo al campo, la fuerza es nula. Además, como la fuerza es perpendicular al desplazamiento, no realiza trabajo y no modifica la rapidez de la partícula, solo la dirección de su velocidad. Por eso el campo magnético curva trayectorias sin aportar energía cinética.

Trayectorias según la orientación
La forma de la trayectoria depende del ángulo entre la velocidad y el campo. Si la velocidad es perpendicular a B, la partícula describe un círculo uniforme, con la fuerza magnética actuando como centrípeta; el radio crece con la masa y la velocidad, y disminuye con la carga y el campo. Si la velocidad tiene una componente paralela al campo, esa componente no se ve afectada y la partícula avanza mientras gira, describiendo una hélice. Este comportamiento explica la captura de partículas cargadas en los cinturones de radiación terrestres, donde siguen líneas del campo magnético en movimiento helicoidal.

De la carga puntual al conductor
Cuando una corriente eléctrica atraviesa un conductor situado en un campo magnético, cada carga móvil sufre la fuerza de Lorentz y el efecto conjunto se traduce en una fuerza sobre el cable: F = I·L × B para un conductor recto de longitud L en campo uniforme. Esta fuerza es el principio de funcionamiento de los motores eléctricos y de los galvanómetros, donde una espira gira al recibir un par de fuerzas. La dirección se determina con la misma regla de la mano derecha, sustituyendo la velocidad de la carga por el sentido convencional de la corriente.

Aplicaciones y ejemplos de estudio
El ciclotrón acelera partículas usando un campo magnético que las mantiene en órbitas crecientes y un campo eléctrico alternante que les comunica energía en cada vuelta; como el periodo no depende de la velocidad (en régimen no relativista), la aceleración puede sincronizarse. El espectrómetro de masas separa iones según su relación masa/carga: tras pasar por un selector de velocidades, describen semicírculos de distinto radio. En el laboratorio escolar, un tubo de rayos catódicos permite observar la desviación circular de un haz de electrones en un campo magnético uniforme, verificando la relación r = m·v / (q·B).