Campo magnético

La mayoría de nosotros estamos familiarizados con los objetos magnéticos cotidianos y reconocemos que puede haber fuerzas entre ellos. Entendemos que los imanes tienen dos polos y que, dependiendo de la orientación de dos imanes, puede haber atracción si son polos opuestos o repulsión cuando son polos similares. Reconocemos que hay una región que se extiende alrededor de un imán donde esto sucede y es el campo magnético el que se encarga de describir esta región.

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¿Qué es el campo magnético?

El campo magnético es un campo que no puede ser visto y que ejerce una fuerza magnética sobre los objetos que tienen sensibilidad ante el magnetismo. Es una zona donde se encuentran las fuerzas magnéticas.

Definición

El campo magnético es una región ubicada en el espacio en la cual podemos encontrar fuerzas magnéticas que atraen o que repelen los metales. Podríamos decir también que es la región en donde podemos encontrar el magnetismo o las fuerzas magnéticas. Es un campo que no podemos observar pero que sí puede ejercer una fuerza magnética sobre las sustancias que son sensibles al magnetismo.

Características del campo magnético

Las principales características del campo magnético son las siguientes:

• Posee dos polos, el polo Norte y el polo Sur.
• Cuando existen dos polos opuestos los campos se atraen y cuando los polos son iguales entonces los campos se separan.
• Es representado por medio de las líneas de campo magnético.
• Se originan de las corrientes eléctricas y se producen cuando éstas están en movimiento.
• Son más intensos en los puntos cercanos a su origen.
• Se propaga a la velocidad de la luz.
• Pueden ser generados por medio de imanes o por corrientes eléctricas.

Historia

El campo magnético se ha conocido desde la antigüedad aunque se logró entender con la unificación de la teoría de la electricidad a mediados del siglo XIX, gracias a James Clerk Maxwell. Hasta 1820, el único magnetismo conocido era el de los imanes y el de los imanes naturales de mineral rico en hierro. Se creía que el interior de la Tierra estaba imantada de igual manera y los científicos se sintieron impresionados cuando observaron que la dirección de la aguja del compás magnético se desviaba ligeramente en todos los lugares.

El astrónomo Edmund Halley propuso que la Tierra tenía un cierto número de capas esféricas imantadas una dentro del otra las cuales giraban lentamente entre sí. Hans Christian Oersted, un profesor de ciencias en la Universidad de Copenhague demostró el calentamiento de un hilo mediante una corriente eléctrica y también llevar a cabo demostraciones sobre el magnetismo. Observó que cada vez que se conectaba la corriente eléctrica, la aguja se movía. La aguja era atraída hacia el hilo o repelida por él.

Andre Marie Ampere, advirtió que si una corriente en un hilo ejercía una fuerza magnética sobre la aguja, dos hilos semejantes también tenían interactuar magnéticamente. Demostró que esta interacción era simple y fundamental, las corrientes paralelas se atraen, las corrientes antiparalelas se repelen.

Tipos

Los tipos de campo magnético que existen son:

Campo magnético terrestre

Es también conocido con el nombre de campo geomagnético y se extiende desde la parte interna de la tierra hacia el espacio en donde se encuentra con el viento solar, una corriente llena de partículas emanadas por el sol. Es producido por las corrientes eléctricas por el movimiento de las corrientes de convección de hiero que se encuentra fundido en el núcleo externo de la tierra.

Campo magnético solar

Se da por las corrientes eléctricas que se forman dentro del sol las cuales forman un campo magnético que se extiende a lo largo del sistema solar. Produce una actividad en la superficie del sol aumentando o reduciendo el ciclo regular. Tiene dos polos similares a una barra magnética.

Campo magnético lunar

Es bastante débil y no tiene un campo magnético de forma dipolar. La magnetización es variable.

Campo magnético humano

Es llamado biomagnetismo y es un fenómeno en el cual los campos magnéticos son producidos por los seres vivos, principalmente por el cuerpo humano. Son bastante débiles y pueden ser medidos por medio de un detector sensible.

Campo magnético natural

Se presenta en pequeños imanes o dipolos magnéticos al azar, los cuales se encuentran en algunas sustancias. En este caso, cada dipolo magnético forma un imán natural. Un ejemplo claro del magnetismo natural es la tierra.

Campo magnético Gauss

Indica que el flujo que tiene el campo eléctrico por medio de una superficie cerrada se encuentra rodeada de una carga neta y que ésta es proporcional a la carga. Este tipo de campo magnético se ve representado por medio de la ley de Gauss que dice que todo flujo magnético es establecido a través de cualquier superficie cerrada será cero.

Cómo se genera

El campo magnético puede ser generado de dos maneras diferentes:

• Por medio de un imán: el imán genera el campo magnético por sí solo debido a sus propiedades magnéticas.
• Por medio de un electroimán: un electroimán es una bobina de conductor con un metal en su interior. Cuando una corriente eléctrica pasa por el conductor se genera alrededor de la bobina de cable un campo magnético.

Cómo se calcula

La unidad que se utiliza para medir el campo magnético en el Sistema Internacional es el tesla (T). Éste se define como el campo magnético que ejerce una fuerza de 1 N (newton) sobre una carga de 1 C (culombio) que se mueve a velocidad de 1 m/s dentro del campo y perpendicularmente a las líneas de campo. La fórmula que se utiliza para demostrarlo es por medio de la fórmula de fuerza de Lorentz:

F = q (v x B)

En donde F es la fuerza magnética, v es la velocidad y B es el campo magnético.

Representación

Generalmente los campos magnéticos se representan por medio de líneas de campo magnético o líneas de fuerza como también son llamadas. En cualquier punto, la dirección que tiene el campo magnético es la misma que la dirección que tienen las líneas de fuerza y la intensidad es inversamente proporcional al espacio que hay entre estas líneas. Estas líneas pueden ser observadas cuando se utiliza una brújula o limadura de hierro pues los imanes tienen a ubicarse siguiendo las líneas del campo magnético.

Líneas de campo magnético

Son las encargadas de describir la estructura del campo magnético en tres diferentes dimensiones. Estas líneas convergen en el lugar en donde la fuerza magnética es mayor y se separan en el lugar más débil. Su comportamiento es bastante similar al campo magnético que tiene la tierra.

Intensidad del campo magnético

La intensidad del campo magnético es la fuerza que el campo ejerce sobre el polo magnético N. la unidad que se utiliza para medir la intensidad del campo es el Tesla.

Efectos

Algunos efectos del campo magnético son los siguientes:

• Cuando los campos magnéticos tienen una frecuencia menor a los 100 kHz, se pueden producir corrientes eléctricas en los tejidos que son expuestos a él.
• Cuando los campos magnéticos tienen una frecuencia entre los 100 kHz y los 10 GHz, pueden provocar la absorción de la energía que es irradiada provocando el aumento en la temperatura corporal.
• En los campos magnéticos que son mayores a los 10 GHz, son muy pocos los efectos pues casi no pueden ser absorbidos.
• Algunas personas han referido síntomas como dolor de cabeza, ansiedad, depresión, náuseas y fatiga.
• En trabajadores que laboran con campos magnéticos se ha logrado observa irritación ocular general y cataratas.

Aplicaciones

El campo magnético es utilizado en toda el área de la tecnología que tenemos en la actualidad, principalmente es usado en la ingienería eléctrica y en la electromecánica. Los campos magnéticos que rotan son usados en los motores eléctricos y en los generadores de electricidad. Son usados también en los circuitos magnéticos y las fuerzas magnéticas se encargan de darnos información con respecto a los portadores de carga que hay en un determinado material por medio del efecto Hall. En la naturaleza, el campo magnético se usa para proteger la capa de ozono que tiene la tierra del viento solar.

Diferencia entre campo eléctrico y magnético

El campo eléctrico es la región que hay en el espacio en la cual se ejercen fuerzas de atracción y de repulsión que son originadas por las cargas eléctricas que están en él. El campo magnético es la región en el espacio en la cual se manifiestan los efectos de las fuerzas magnéticas y son producidos por cualquier tipo de carga eléctrica que esté en movimiento.

Campos magnéticos de los planetas

• Tierra: es conocido como el campo geomagnético y se extiende desde el núcleo interno de la Tierra hasta el límite en donde está el viento solar.
• Marte: no posee un campo magnético global que influya en su entorno o en la interacción con el viento solar. Algunas regiones del planeta se encuentran muy magnetizadas consideradas como vestigios de un campo magnético antiguo.
• Júpiter: es generado por medio de una dinamo interno y se apoya en la circulación de fluido conductor en el núcleo externo. Es un tipo de campo magnético dipolar, con polos al norte y al sur y con un único eje magnético.

Experimentos

Un experimento que podemos realizar para probar el campo magnético es el siguiente:

Materiales: limaduras de hierro e imanes de neodimio

Se coloca un imán debajo de un papel guardando las distancias que deben de haber entre los polos. Se coloca el imán de neodimio debajo del papel, luego se coloca la limadura de hierro encima del papel lentamente. Se puede empezar a observa la forma en la que el hierro forma una serie de líneas sobre el papel que representan las líneas del campo magnético.

Ejemplos

Algunos ejemplos del campo magnético son:

• Campo magnético terrestre
• Campo creado por una carga en movimiento
• Campo creado por una corriente rectilínea
• Campo creado por una espira
• Campo creado por una bobina
• Campo creado por un toroide