Naturaleza de los imanes

IMANES

Un imán es un cuerpo o dispositivo con un magnetismo significativo, de forma que tiende a juntarse con otros imanes o metales ferromagnéticos (por ejemplo, hierro, cobalto, níquel y aleaciones). Puede ser natural o artificial.

Los imanes mantienen su campo magnético para siempre, a menos que sufran un golpe de gran magnitud o se les aplique cargas magnéticas opuestas.

NATURALEZA DE LOS IMANES

RECORDEMOS que hace aproximadamente 2000 años el hombre observó en la naturaleza el primer fenómeno magnético: una piedra, el imán, que traía pedazos de hierro. Pasarían muchos años para aprender que todos los materiales tienen algún tipo de comportamiento magnético. El imán, cuyo nombre científico es magnetita, pertenece al tipo de material que tiene un ordenamiento magnético espontáneo. Es apenas en nuestro siglo que empezamos a entender el origen microscópico del magnetismo y que podemos decir algo sobre esta misteriosa piedra que despertó el espíritu investigador de nuestros antepasados.

CAMPO MAGNETICO

Un campo magnético es una descripción matemática de la influencia magnética de las corrientes eléctricas y de los materiales magnéticos. El campo magnético en cualquier punto está especificado por dos valores, la dirección y la magnitud; de tal forma que es un campo vectorial. Específicamente, el campo magnético es un vector axial, como lo son los momentos mecánicos y los campos rotacionales. El campo magnético es más comúnmente definido en términos de la fuerza de Lorentz ejercida en cargas eléctricas. Campo magnético puede referirse a dos separados pero muy relacionados símbolos B y H.

Los campos magnéticos son producidos por cualquier carga eléctrica en movimiento y el momento magnético intrínseco de las partículas elementales asociadas con una propiedad cuántica fundamental, su espin. En la relatividad especial, campos eléctricos y magnéticos son dos aspectos interrelacionados de un objeto, llamado el tensor electromagnético. Las fuerzas magnéticas dan información sobre la carga que lleva un material a través del efecto Hall. La interacción de los campos magnéticos en dispositivos eléctricos tales como transformadores es estudiada en la disciplina de circuitos magnéticos.

Problemas de campo magnético

Problema 1

Sabiendo que los símbolos representan corrientes rectilíneas indefinidas perpendiculares al plano del papel, y en el sentido indicado.

• Determínese el vector campo magnético resultante en P

CAMPO MAGNETICO TERRESTRE

El campo magnético terrestre (también llamado campo geomagnético), es el campo magnético que se extiende desde el núcleo interno de la Tierra hasta el límite en el que se encuentra con el viento solar; una corriente de partículas energéticas que emana de Sol. Su magnitud en la superficie de la Tierra varía de 25 a 65 μT (microteslas) ó (0,25-0,65 G). Se puede considerar en aproximación el campo creado por un dipolo magnético inclinado un ángulo de 10 grados con respecto al eje de rotación (como un imán de barra). Sin embargo, al contrario que el campo de un imán, el campo de la Tierra cambia con el tiempo porque se genera por el movimiento de aleaciones de hierro fundido en el núcleo externo de la Tierra (la geodinamo). El polo norte magnético se desplaza, pero de una manera suficientemente lenta como para que las brújulas sean útiles en la navegación. Al cabo de ciertos periodos de duración aleatoria (con un promedio de duración de varios cientos de miles de años), el campo magnético de la Tierra se invierte (el polo norte y sur geomagnético permutan su posición). Estas inversiones dejan un registro en las rocas que permiten a los paleomagnetistas calcular la deriva de continentes en el pasado y los fondos oceánicos resultado de la tectónica de placas.

La región por encima de la ionosfera —que se extiende varias decenas de miles de kilómetros en el espacio— es llamada la magnetosfera. Esta nueva capa protege a la Tierra de los rayos cósmicos que destruirían la atmósfera externa, incluyendo la capa de ozono que protege a la Tierra de la dañina radiación ultravioleta.

INTENSIDAD DEL CAMPO MAGNETICO

Si lanzamos diversas partículas cargadas a un campo magnético, este ejercerá sobre ellas cierta fuerza magnética. Esta fuerza magnética es perpendicular al plano que forman los vectores velocidad y campo magnético. De esto, podremos comprobar que la fuerza magnética sobre una partícula es proporcional a su carga, a su velocidad, y al seno del ángulo que forma el vector campo magnético con la velocidad de la partícula, es decir que mientras más rápido se mueva una partícula cargada, mayor será la fuerza magnética ejercida sobre ella.

Todos estos efectos se han podido comprobar con tubos de rayos catódicos, parecidos a los que se usan en los televisores. En estos tubos, que son hechos al vacío, los electrones son producidos mediante el efecto termoiónico en un filamento caliente (cátodo) y aceleradas hacia una placa (ánodo) a potencial eléctrico más elevado; los electrones pueden atravesar esta placa porque es hueca en el medio. Pasado el ánodo, los electrones ya acelerados golpean a gran velocidad contra una pantalla fluorescente, donde producen una mancha en el punto de incidencia.

INDUCCION MAGNETICA

La inducción magnética o densidad de flujo magnético, cuyo símbolo es B, es el flujo magnético que causa una carga eléctrica en movimiento por cada unidad de área normal a la dirección del flujo. En algunos textos modernos recibe el nombre de intensidad de campo magnético, ya que es el campo real.1 2

La unidad de la densidad en el Sistema Internacional de Unidades es el tesla.

Está dado por:

donde B es la densidad del flujo magnético generado por una carga 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).

o bien:

donde B es la densidad del flujo magnético generado por un conductor por el cual pasa una corriente I, a una distancia r.

La fórmula de esta definición se llama Ley de Biot-Savart, y es en magnetismo la equivalente a la Ley de Coulomb de la electrostática, pues sirve para calcular las fuerzas que actúan en cargas en movimiento.

Una corriente eléctrica es un conjunto de cargas en movimiento. Conocida ya la fuerza que el campo B ejerce sobre una única carga, calculamos ahora la fuerza sobre un conductor por el que circula una corriente.

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