Campo magnético

Campo magnético: Se trata de un campo que ejerce fuerzas (denominadas magnéticas) sobre los materiales. Al igual que el campo eléctrico también es un campo vectorial, pero que no produce ningún efecto sobre cargas en reposo (como sí lo hace el campo eléctrico en dónde las acelera a través de la fuerza eléctrica). Sin embargo el campo magnético tiene influencia sobre cargas eléctricas en movimiento.

Si una carga en movimiento atraviesa un campo magnético, la misma sufre la acción de una fuerza (denominada fuerza magnética). Esta fuerza no modifica el módulo de la velocidad pero sí la trayectoria (ver fuerza magnética). Sobre un conductor por el cual circula electricidad y que se encuentra en un campo también aparece una fuerza magnética.

El campo magnético está presente el los imanes. Por otro lado, una corriente eléctrica también genera un campo magnético.

El campo magnético se denomina con la letra B y se mide en Tesla.

Densidad de flujo magnético: La densidad de flujo magnético, visualmente notada como B, es el flujo magnético por unidad de área de una sección normal a la dirección del flujo, y es igual a la intensidad del campo magnético; La unidad de la densidad en el Sistema Internacional de Unidades es el Tesla. Donde B es la densidad del flujo magnético generado por una carga “q”que se mueve a una velocidad “v” a una distancia “r” de la carga, y “ur” es el vector unitario que une la carga con el punto donde se mide B (el punto r).

La densidad del flujo magnético en una región de un campo magnético equivale al número de líneas de fuerza que atraviesan perpendicularmente a la unidad de área. Matemáticamente se expresa:

B = por lo tanto = BA

A

B = Densidad del flujo magnético

= Flujo magnético

A = área sobre la que actúa el flujo magnético

Unidades de flujo magnético: La unidad de flujo magnético es una sola línea de fuerza, designada maxwell. En el sistema mks, se usa una unidad mayor, el weber; 1 weber= 100.000.000 o 108 maxwells. El número de líneas de fuerza que pasan perpendicularmente por un área de 1 centímetro cuadrado se denomina densidad de flujo (B) y se mide en gauss (1 gauss= 1 maxwell/cm2). La unidad de densidad de flujo en el sistema mks es el weber/m2, el cual es equivalente a 10.000 gauss. Se deduce que:

Flujo total= densidad de flujo x área de la sección

 = BA

Permeabilidad magnética: Algunos materiales se magnetizan cuando se coloca en un campo magnético. La capacidad de un material a ser magnetizado se llama permeabilidad magnética. Un ejemplo de esto es frotar un trozo de hierro con un imán. El hierro se convertirá en magnetizado y tener su propio campo magnético.

Muchas sustancias, incluso el agua, tienen un grado de permeabilidad magnética. Cuando un material se coloca en un campo magnético, que interactúa con el campo en una u otra manera. La permeabilidad de una sustancia se describe la forma en que responde el material y los efectos del campo en el material. Una sustancia con una permeabilidad magnética o bien magnetizará sí mismo en la dirección del campo o en oposición a ella. Así, dependiendo de la permeabilidad, la sustancia o será atraído o repelido por el campo.

Los científicos representan la permeabilidad magnética con la letra griega mu (μ). El Sistema Internacional de Unidades (SI) las medidas de permeabilidad en henres por metro (V /m) o en Newton por amperios al cuadrado (N /A 2 ). El aire en el vacío, también llamado espacio libre, tiene un valor constante que se denomina la constante magnética. Este valor está representado por el símbolo μ 0 y se aprecia como 4π × 10 ? 7 H /m, que es de aproximadamente 1,2566 × 10 ? 6 H /m. El valor numérico es el mismo cuando se mide en N /A 2 .

Permeabilidad magnética no es una figura constante. Por el contrario, los cambios con la posición del material en relación con el campo magnético, la frecuencia del campo, humedad, temperatura y otros factores.

Intensidad del campo magnético: La intensidad del campo magnético nos indica lo intenso que es el campo magnético. La intensidad de campo en una bobina depende de la fuerza magnetomotriz (N•I). Ahora bien, cuanto más larga sea la bobina, más se dispersan las líneas de campo, dando como resultado una intensidad de campo más débil; por lo que se puede decir que, para una fuerza magnetomotriz constante, la intensidad de campo (H) es inversamente proporcional a la longitud media de las líneas de campo, tal como se expresa en la siguiente ecuación:

La intensidad de campo magnético

Donde: H = Intensidad del campo en amperio-vuelta/metro (Av/m)

N = N.º de vueltas de la bobina

I = Intensidad de la corriente (A)

L = Longitud de la bobina (m)

Magnetismo terrestre: La tierra se comporta como un imán permanente cuyos polos no coinciden con los geográficos y cuyas líneas de flujo no son siempre paralelas a los meridianos.

El campo magnético que genera la tierra fue descubierto en el siglo II al colgar de un hilo una barra de imán natural y comprobar que siempre se quedaba orientada en una dirección que coincidía aproximadamente con la norte-sur. Al extremo que quedaba orientado al norte se le denominó polo norte y su contrario polo sur. A partir de este descubrimiento se desarrolló el compás magnético, el instrumento más importante en la historia de la navegación.

Más tarde se descubrió que la tierra se comporta como un gigantesco imán permanente con sus polos, definidos como el polo norte magnético y al polo sur magnético, situados cerca de los polos geográficos pero sin coincidir con ellos. Estos polos no permanecen fijos, variando su posición con los años.

Las líneas de flujo del campo magnético terrestre no son siempre paralelas a la superficie de la tierra, sino que forman un ángulo respecto a la horizontal que varía con la latitud. Este ángulo recibe el nombre de inclinación magnética y tiene una importancia fundamental en el diseño y calibración de los compases.

Reluctancia: La reluctancia magnética de un material es la resistencia que este posee al verse influenciado por un campo magnético. Se define como la relación entre la fuerza magnetomotriz (f.m.m.) (la unidad del SI es el amperio, aunque a menudo se la llama amperio vuelta) y el flujo magnético (SI: weber). El término lo acuñó Oliver Heaviside en 1888.

La reluctancia R de un circuito magnético uniforme se puede calcular como:

Donde:

R -> reluctancia, medida en amperio (también llamado amperio vuelta) por weber ( A v/Weber ). Esta unidad es equivalente al inverso del Henrio (H-1) multiplicado por el número de espiras .

l -> longitud del circuito, medida en metros.

μ -> permeabilidad magnética del material, medida en H/m (henrio/metro).

A -> Área de la sección del circuito (sección del núcleo magnético), en metros cuadrados.

Cuanto mayor sea la reluctancia de un material, más energía se requerirá para establecer un flujo magnético a través del mismo. El acero eléctrico es un material con una reluctancia sensiblemente baja como para fabricar máquinas eléctricas de alta eficiencia.

Materiales ferromagnéticos: La mayoría de los materiales no responden a un campo magnético.

Sin embargo hay algunos materiales, llamados materiales ferromagnéticos, que son sensibles y si responden a la influencia de un campo magnético.

Los materiales ferromagneticos están compuestos de moléculas y cada una de estas moléculas se comportan como un imán pequeño.

En los siguiente diagramas podemos ver un material que no está bajo la influencia de un campo magnético (no está imantado) y otro que si está bajo la influencia de un campo magnético. (está imantado)

Material no magnetizado (no imantado) - Material magnetizado (imantado)

Estos materiales consisten de moléculas que son como imanes pequeños, tienen polos norte y sur e inducen un campo magnético.

Originalmente estas moléculas tiene una orientación aleatoria. Esto causa que sus campos se cancelen entre si y parecen no tener propiedades magnéticas.

Cuando se aplica una fuerza magnética exterior las moléculas se alinean en el sentido de la fuerza exterior. Así los campos magnéticos se unen (suman) y estos materiales se comportan como imanes (están imantados)

Algunos de estos materiales se mantienen imantados por poco, mucho tiempo o permanentemente. Esta capacidad de mantenerse imantado, se llama retentividad. Un imán permanente está hecho de un material con alta retentividad.

Otra característica de un imán permanente es su capacidad de mantener su imantación en presencia de un campo magnético exterior.

Materiales paramagnéticos: Las propiedades magnéticas no están limitadas únicamente a las sustancias ferromagnéticas, las presentan todas las sustancias, aunque en mucho menor escala. En esta categoría, entran dos tipos de sustancias: las paramagnéticas y las diamagnéticas.

Una muestra de sustancia paramagnética situada en un campo magnético es atraída hacia la región donde el campo es más intenso, al contrario de lo que le ocurre a una sustancia diamagnética que es atraída hacia la región donde el campo es más débil.

El paramagnetismo se produce cuando las moléculas de una sustancia tienen un momento magnético permanente. El campo magnético externo produce un momento que tiende a alinear los

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