¿Qué es una fuerza de campo magnético?

La fuerza del campo magnético es el efecto que un campo magnético ejerce o actúa sobre una partícula cargada, como una molécula, cuando pasa a través de ese campo. Estas fuerzas existen cada vez que hay una molécula cargada eléctricamente cerca de un imán, o cuando la electricidad pasa a través de un cable o bobina. La fuerza del campo magnético se puede usar para alimentar motores eléctricos y analizar estructuras químicas de materiales debido a la forma en que las partículas responden.

Cuando la corriente eléctrica pasa a través de un cable, el flujo de electrones crea un campo magnético, creando una fuerza que puede actuar sobre otros materiales. Un ejemplo común de la fuerza del campo magnético es un motor eléctrico, que utiliza un rotor en movimiento con cables enrollados a su alrededor, rodeado por un estator con bobinas adicionales. Cuando se aplica una corriente eléctrica a las bobinas del estator, crean un campo magnético, y la fuerza de ese campo crea un par que mueve el rotor.

La dirección de la fuerza del campo magnético se puede describir usando lo que se llama la regla de la mano derecha. Una persona puede señalar con el pulgar, el índice o el primer dedo, y el segundo dedo en tres direcciones diferentes, a menudo llamadas eje x, y y z. Cada dedo y el pulgar deben estar a 90 grados entre sí, por lo que si la persona apunta el dedo índice hacia arriba, el segundo dedo apunta hacia la izquierda y el pulgar apunta directamente a la persona.

Usando esta disposición de los dedos, cada dedo mostrará las direcciones del flujo eléctrico (el dedo índice), el campo magnético (el segundo dedo) y la fuerza del campo magnético resultante (el pulgar). Cuando los cuatro dedos de la mano están curvados hacia la palma, esto muestra la dirección del campo magnético con el pulgar aún indicando la dirección de la fuerza. Usar la regla de la mano derecha es una manera fácil para que los estudiantes aprendan sobre los campos magnéticos para ver los efectos de la corriente y las fuerzas que resultan.

Los campos magnéticos pueden ser muy útiles en el laboratorio para el análisis de materiales. Si un material necesita ser identificado o descompuesto en sus componentes moleculares, la muestra puede ionizarse, lo que convierte el material en un gas con cargas eléctricas positivas o negativas. Este gas ionizado luego pasa a través de un campo magnético fuerte y sale a un área de recolección.

La masa o peso de cada partícula ionizada de la muestra de prueba responde de manera diferente a la fuerza del campo magnético, y las partículas se doblan ligeramente desde una dirección recta. Un dispositivo de recolección registra dónde cada partícula golpea el detector, y el software de la computadora puede identificar la molécula a partir de cómo interactúa con el campo. Un tipo de dispositivo que usa esta tecnología se llama espectrómetro de masas y se usa ampliamente para ayudar a identificar sustancias desconocidas.

Otro uso de los campos magnéticos para causar cambios en los materiales ionizados es un acelerador de partículas. A finales del siglo XX, el acelerador de partículas más grande construido en ese momento estaba ubicado en la frontera de Suiza y Francia, con 27 kilómetros (17 millas) de acelerador bajo tierra en un gran bucle. El equipo aprovechó la fuerza del campo magnético para acelerar rápidamente las partículas cargadas en el bucle, donde campos adicionales continuaron acelerando o acelerando las partículas cargadas.

Cuando las partículas de alta velocidad rodearon el gran colector, fueron manejadas por otros controles de campo magnético y enviadas a colisiones con otros materiales. Este equipo fue construido para probar colisiones de alta energía similares a las observadas en el sol u otras estrellas, y durante las reacciones nucleares. La ubicación subterránea se utilizó para evitar que las partículas del espacio interfieran con los resultados de la prueba, porque las capas de roca sobre el acelerador absorbieron energía e iones a alta velocidad.