El campo magnético es el área alrededor de un imán en la que se siente el efecto del magnetismo. Utilizamos el campo magnético como herramienta para describir cómo se distribuye la fuerza magnética en el espacio alrededor y dentro de algo de naturaleza magnética. En este artículo, nos familiarizaremos con el campo magnético, la intensidad del campo magnético y sus características.
¿Qué es un campo magnético?
El campo magnético es la región que rodea a un material magnético o a una carga eléctrica en movimiento dentro de la cual actúa la fuerza del magnetismo.
Un campo magnético es un campo vectorial en las proximidades de un imán, una corriente eléctrica o un campo eléctrico cambiante en el que se observan fuerzas magnéticas. Un campo magnético se produce por el movimiento de cargas eléctricas y momentos magnéticos intrínsecos de partículas elementales asociados con una propiedad cuántica fundamental conocida como espín. El campo magnético y el campo eléctrico están interrelacionados y son componentes de la fuerza electromagnética, una de las cuatro fuerzas fundamentales de la naturaleza.
| Símbolo | B o H |
| Unidad | Tesla |
| Unidad base | (Newton.Segundo)/Culombio |
Historia del campo magnético
- La investigación sobre el campo magnético comenzó en 1269, cuando el erudito francés Petrus Peregrinus de Maricourt trazó un mapa del campo magnético en la superficie de un imán esférico utilizando agujas de hierro. Observó que las líneas de campo resultantes se cruzaban en dos puntos. A estos puntos los llamó “polos”. Después de esta observación, afirmó que los imanes siempre tienen polos norte y sur, independientemente de lo finos que sean los cortes.
- Tres siglos después, William Gilbert afirmó que la Tierra es un imán.
- En 1750, John Mitchell, clérigo y filósofo inglés, afirmó que los polos magnéticos se atraen y se repelen entre sí.
- En 1785, Charles-Augustin de Coulomb verificó experimentalmente el campo magnético de la Tierra. En el siglo XIX, el matemático y geómetra francés Simeon Denis Poisson creó el primer modelo del campo magnético, que presentó en 1824.
- En el siglo XIX, otras revelaciones refinaron y desafiaron las nociones anteriores.
- En 1819, el físico y químico danés Hans Christian Oersted descubrió que una corriente eléctrica crea un campo magnético a su alrededor.
- En 1825, André-Marie Ampère propuso un modelo de magnetismo en el que esta fuerza se debía a bucles de corriente que fluían de forma perpetua, en lugar de a dipolos de carga magnética.
- En 1831, el científico inglés Faraday demostró que un campo magnético cambiante genera un campo eléctrico. En efecto, descubrió la inducción electromagnética.
- Entre 1861 y 1865, James Clerk Maxwell publicó teorías sobre la electricidad y el magnetismo, conocidas como la ecuación de Maxwell. Estas ecuaciones describen la relación entre la electricidad y el magnetismo.
Ilustración de un campo magnético
Normalmente, un campo magnético se puede ilustrar de dos formas diferentes.
- Vector de campo magnético
- Líneas de campo magnético
Vector de campo magnético
El campo magnético se puede describir matemáticamente como un campo vectorial. El campo vectorial es un conjunto de muchos vectores que se dibujan en una cuadrícula. En este caso, cada vector apunta en la dirección que indicaría una brújula y tiene una longitud que depende de la intensidad de la fuerza magnética.
Líneas de campo magnético
Las líneas de campo son una forma alternativa de representar la información contenida en un campo vectorial magnético. Las líneas de campo magnético son líneas imaginarias.
Las líneas de campo magnético son una herramienta visual que se utiliza para representar campos magnéticos. Describen la dirección de la fuerza magnética sobre un monopolo norte en cualquier posición dada.
La densidad de las líneas indica la magnitud del campo. Por ejemplo, el campo magnético es más intenso y está más concentrado cerca de los polos de un imán. A medida que nos alejamos de los polos, se debilita y las líneas se vuelven menos densas.
Propiedades de las líneas de campo magnético
- Las líneas de campo magnético nunca se cruzan entre sí
- La densidad de las líneas de campo indica la intensidad del campo
- Las líneas de campo magnético siempre forman bucles cerrados
- Las líneas de campo magnético siempre surgen o comienzan en el polo norte y terminan en el polo sur.
Intensidad del campo magnético
La intensidad del campo magnético o intensidad magnética. Se representa como el vector H y se define como la relación entre la fuerza magnetomotriz necesaria para crear una determinada densidad de flujo (B) dentro de un material en particular por unidad de longitud de ese material. La intensidad del campo magnético se mide en unidades de amperios/metro.
Se expresa mediante la fórmula:
H = B/μ – M
Donde,
- B es la densidad de flujo magnético
- M es la magnetización
- μ es la permeabilidad magnética
La unidad del SI de intensidad de campo magnético es Tesla. Un tesla (1 T) se define como la intensidad de campo que genera un newton de fuerza por amperio de corriente por metro de conductor.
¿Cómo se origina un campo magnético?
El campo magnético surge cuando una carga está en movimiento. Hay dos formas básicas de hacer que una carga esté en movimiento y genere un campo magnético útil. A continuación se indican las dos formas:
Campo magnético creado por un conductor que transporta corriente
Ampere sugirió que se produce un campo magnético siempre que una carga eléctrica está en movimiento. Para entenderlo, consideremos un cable por el que se hace circular la corriente conectándolo a una batería. A medida que aumenta la corriente a través del conductor, el campo magnético aumenta proporcionalmente. Cuando nos alejamos del cable, el campo magnético disminuye con la distancia. La ley de Ampere describe esto. Según la ley, la ecuación da el campo magnético a una distancia r de un conductor largo que transporta corriente I.
B = µ0 I / 2 π r
En la ecuación, µ0 es una constante especial conocida como permeabilidad del espacio libre (µ0=4π×10-7 T⋅ m/A).
Los materiales con mayor permeabilidad poseen la capacidad de concentrar los campos magnéticos.
El campo magnético tiene dirección, ya que es una cantidad vectorial. Para una corriente convencional que fluye a través de un cable recto, esto se puede determinar mediante la regla de la mano derecha. Imagine que sujeta el cable con la mano derecha y el pulgar apunta en la dirección de la corriente para utilizar esta regla. Los dedos muestran la dirección del campo magnético, que envuelve el cable.
Movimiento de los electrones alrededor de los núcleos de los átomos
Los imanes permanentes funcionan en base al movimiento de los electrones alrededor de los núcleos. Hemos observado que sólo algunos materiales pueden convertirse en imanes, y algunos mucho más fuertes que otros. Para alcanzar este estado, deben cumplirse algunas condiciones específicas:
- Los átomos tienen muchos electrones y están emparejados de tal manera que el campo magnético general se anula. Se dice que dos electrones emparejados de esta manera tienen espines opuestos. A partir de esto, entendemos que si queremos que un material sea magnético, necesitamos tener átomos que tengan uno o más electrones desapareados con el mismo espín. El hierro es un material que tiene cuatro de estos electrones y, por lo tanto, es bueno para hacer imanes a partir de él.
- Un pequeño trozo de material está formado por miles de millones de átomos. Si están orientados aleatoriamente, el campo global se anula, independientemente de cuántos electrones desapareados tenga el material. El material tiene que ser lo suficientemente estable a temperatura ambiente para permitir que se establezca una orientación general preferida. Si se establece de forma permanente, entonces tenemos un imán permanente, también conocido como ferroimán.
- Algunos materiales se ordenan lo suficiente para ser magnéticos cuando están en presencia de un campo magnético externo. En las líneas del campo externo, todos los electrones giran hacia arriba, pero la alineación desaparece una vez que se elimina el campo externo. Este tipo de materiales se conocen como paramagnéticos.
Preguntas más frecuentes
¿Por qué son importantes las líneas de flujo magnético?
Las líneas de flujo magnético son importantes por las siguientes razones:
- Las líneas de campo magnético son las líneas de un campo magnético cuya tangente en cualquier punto dará la dirección del campo en ese punto y su densidad dará la magnitud del campo.
- La intensidad del campo magnético depende de la cantidad de líneas de campo magnético. Las líneas son más altas en los polos, por eso el campo magnético en los polos es más fuerte.
- La fuerza de un campo magnético depende de la cantidad de líneas de campo magnético en un área particular en consideración.
¿Qué causa el campo magnético de la Tierra?
El campo magnético de la Tierra se genera en las profundidades del núcleo terrestre. El flujo de hierro líquido en el centro de la Tierra genera una corriente eléctrica que produce campos magnéticos. Los metales cargados que pasan a través de estos campos crean sus propias corrientes eléctricas, por lo que el ciclo continúa. Este bucle autosostenible se conoce como geodinamo. La espiral causada por la fuerza de Coriolis alinea campos magnéticos separados en la misma dirección. El efecto combinado de los campos magnéticos produce un vasto campo magnético que envuelve al planeta.
¿Qué es el campo magnético?
El campo magnético es la región que rodea a un material magnético o a una carga eléctrica en movimiento en la que actúa la fuerza del magnetismo.
Defina la densidad de flujo magnético.
La densidad de flujo magnético es la cantidad de flujo magnético en un área tomada perpendicularmente a la dirección del flujo magnético. Se denota con el símbolo B y se mide en unidades de Tesla.
Defina la intensidad del campo magnético.
La intensidad del campo magnético o fuerza del campo magnético es una relación entre la fuerza magnética nuclear necesaria para crear una determinada densidad de flujo (B) dentro de un material en particular por unidad de longitud de ese material.
¿Existen campos magnéticos en el espacio?
Sí, existen campos magnéticos en el espacio. Los brazos espirales de la Vía Láctea parecen tener un campo magnético organizado a gran escala según los estudios de un gran número de púlsares y la polarización de sus señales de radio. Se ha descubierto que las nubes de polvo interestelar tienen campos magnéticos. A medida que estas nubes colapsan, los campos se amplifican.