Cualquier carga en movimiento crea un campo magnético. Un cable hace que sea mucho más fácil de visualizar, especialmente si suponemos que está en 1D. Publicaré una descripción cualitativa de lo que sucede, pero puedo agregar las matemáticas si son de algún interés.
El campo magnético existe debido a la relatividad especial. Los objetos que se mueven en relación con otros objetos parecen más cortos para el observador estacionario. Este fenómeno se conoce como contracción de la longitud, y a velocidades mucho más pequeñas que la velocidad de la luz, el efecto es normalmente imperceptible. Sin embargo, vemos este efecto con magnetismo.
Aproximémonos de un conductor como un “mar” de cargas positivas estacionarias (protones) con una densidad de carga uniforme y un “mar” de cargas negativas en movimiento (electrones) con una densidad de carga uniforme que es igual en magnitud pero opuesta en signo al densidad de carga de las cargas positivas (es decir, el cable es eléctricamente neutro). Si ponemos una carga móvil paralela al cable, experimentará una fuerza magnética. La clave es que la fuerza solo es experimentada por una carga en movimiento. Para simplificar, suponga que la carga se mueve a la misma velocidad que los electrones en el cable, v, aunque esto se mantiene incluso si no lo es.
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Si observamos un cuadro donde la carga no se mueve, parece que los electrones no se mueven (ya que asumimos que estaban a la misma velocidad que la carga) pero los protones no se mueven a la velocidad v en la dirección opuesta. Dado que estos se mueven, su longitud debe contraerse, lo que se manifiesta como un aumento en la densidad de carga positiva del cable. Con una mayor densidad de carga positiva, el cable ya no es eléctricamente neutro, sino que tiene una carga positiva neta. En este marco, la carga estacionaria no se mueve, por lo que no puede experimentar una fuerza magnética, pero aún experimenta una fuerza electrostática debido a la carga neta en el cable. En este marco, el campo magnético puede describirse como un campo puramente electrostático.
Para resumir, el campo magnético se produce debido al movimiento relativo de las cargas en el cable. En este caso 1D, podemos ver un marco estacionario donde el campo magnético aparece únicamente como un campo eléctrico.
