Camp magnètic

Un camp magnètic no empeny qualsevol càrrega de la mateixa manera: la força depèn del moviment de la càrrega i de l’orientació respecte de B⃗. Aquesta geometria explica tant les trajectòries corbes de partícules com les forces sobre fils i bobines.

Força magnètica sobre una càrrega en moviment

vBFF és perpendicular a v i B
La geometria del producte vectorial fixa la força.

La llei és F⃗=q v⃗×B⃗, amb mòdul F=|q|vB sinθ. La força és perpendicular a v⃗ i B⃗. Si v és paral·lela al camp, F=0; si la càrrega és negativa, el sentit s’inverteix respecte del producte vectorial per a una càrrega positiva.

Per què la força corba la trajectòria

Com que la força magnètica és perpendicular a la velocitat instantània, no fa treball sobre una càrrega puntual aïllada. Si v⊥B en un camp uniforme, la trajectòria és circular amb r=mv/(|q|B). Si hi ha també component paral·lela, el moviment és helicoïdal.

Els corrents també senten força magnètica

Per un fil recte de longitud L en un camp uniforme, F=ILB sinθ. La direcció segueix la mateixa geometria vectorial que per les càrregues. Aquesta força és la base de motors, altaveus i molts actuadors electromagnètics.

corrent surt del plala regla de la mà dreta fixa la circulació
Els corrents produeixen camps magnètics.

Els corrents creen camp magnètic

Un corrent produeix també B. Per un fil recte llarg, B=μ₀I/(2πr) i les línies són cercles al voltant del fil. Una espira té un camp semblant al d’un dipol i un solenoide pot crear un camp intern gairebé uniforme. Les línies magnètiques formen bucles tancats; no s’han observat monopols magnètics aïllats.

Regles de direcció sense memoritzar dibuixos

Per una càrrega positiva, fixa primer v⃗, després B⃗ i aplica la regla del producte vectorial; per una negativa, inverteix el resultat. Dir que “el camp magnètic no pot transferir energia” és massa general: la part qv×B no fa treball sobre una partícula aïllada, però dispositius amb camps elèctrics, fem induïda o conductors mòbils sí poden intercanviar energia.

Exemples resolts

1. Protó en un camp

Un protó es mou perpendicularment a 0,20 T amb v=3,0×10⁶ m/s.

Solució

F=qvB≈9,61×10⁻¹⁴ N.

2. Radi d’un electró

Un electró es mou a 2,0×10⁶ m/s perpendicularment a B=0,010 T.

Solució

r=mv/(eB)≈1,14×10⁻³ m.

3. Fil recte

Quin B produeix I=8,0 A a r=0,050 m?

Solució

B=μ₀I/(2πr)=3,2×10⁻⁵ T.