Campos magnéticos
La mayoría de nosotros estamos familiarizados con los imanes y algunas de sus características. Probablemente has jugado con imanes y has notado que ejercen una fuerza de atracción hacia objetos metálicos, o que pueden repelerse entre sí según su orientación. Los imanes tienen dos polos: norte y sur. Al acercar los polos opuestos, se atraen; pero si acercamos los polos similares, se repelen.
Un campo magnético describe la distribución de esta fuerza magnética alrededor de un imán, corriente eléctrica o un campo eléctrico cambiante. Los campos magnéticos, tal como el de la Tierra, provocan que las agujas de las brújulas magnéticas, así como otros imanes permanentes se alineen en la dirección de dicho campo.
Campo magnetico terrestre, Ecured
Los campos magnéticos pueden ser representados como líneas continuas de fuerza o flujo magnético que emerge del polo norte magnético y entra en el polo sur magnético. La densidad de estas líneas indica la magnitud del campo magnético. Por ejemplo, en los polos, donde el campo magnético es más fuerte, las líneas estarán más juntas, habrá más densidad de líneas. Por otro lado, más alejado de los polos, las líneas se dispersan, volviéndose menos densas. Estas líneas nunca se cruzan entre sí, son continuas, formando bucles cerrados.
Ley de Gauss para el campo magnético, El Tamiz
El origen de un campo magnético es producido cuando existe una carga en movimiento. Entre más se mueva esta carga, mayor será la fuerza del campo magnético.
Hay dos formas básicas con las que podemos crear un campo magnético útil.
Podemos hacer que un flujo de corriente pase a través de un cable, por ejemplo, conectándolo a una batería. Al incrementar la corriente, aumenta también el campo magnético. Así como si nos alejamos del cable, el campo se debilita proporcionalmente con la distancia. Esto es descrito por la Ley de Ampère. El valor de un campo magnético a una distancia r de un cable con una corriente I se obtiene con la siguiente ecuación:
Donde 0 es la constante de permeabilidad del espacio libre.
Fuerza magnética entre cables, Hyperphysics
Dado que el campo magnético es un vector, también debemos conocer su dirección. Para ello podemos seguir la regla de la mano derecha. Imagina que estás agarrando el cable con tu mano derecha y levantas el pulgar apuntando en la dirección de la corriente. El resto de tus dedos indican la dirección en la que el campo magnético rodea al cable. Por ejemplo, si tu pulgar apunta hacia arriba, la dirección del campo magnético irá en sentido contrario a las manecillas del reloj.
Por otro lado, también podemos aprovechar el hecho de que los electrones se encuentran en movimiento alrededor del núcleo de los átomos. Así es como funcionan los imanes perpetuos, como puede ser el mineral magnetita. Cuando los electrones se encuentran apareados, tienen spin opuesto, por lo que su campo magnético total se cancela. De tal manera que, si queremos que un material sea magnético, necesitamos que sus átomos tengan uno o más electrones desapareados con el mismo spin. El material más conocido que tenga esta propiedad es el hierro, pues tiene cuatro de estos electrones, por lo que es bueno para crear imanes. Cuando un material se encuentra estable a temperatura ambiente de tal manera que permita que el spin de los electrones desapareados se alinee paralelamente los unos de los otros de manera permanente, se obtiene un imán permanente, también conocido como ferromagneto.
Algunos materiales solo pueden ordenarse de esta manera cuando hay una presencia de un campo magnético externo. Este campo externo es el que alinea los spins de los electrones, pero se desalinean cuando este campo es removido. Este tipo de material es conocido como paramagnético. Un ejemplo de esto es el metal de la puerta de un refrigerador.
El estudio de los campos magnéticos parte desde el año 1269 cuando Petrus Peregrinus de Maricourt se percató del campo magnético de un imán esférico usando agujas metálicas. Los lugares en donde se alineaban estas agujas los llamó “polos”, en referencia a los polos de la Tierra.
Fue en el año 1785 cuando Charles-Augustin de Coulomb demostró experimentalmente que la Tierra posee un campo magnético. Su trabajo fue seguido por Simeon Denis Poisson, que creó el primer modelo del campo magnético en 1824. Durante el siglo XIX se estudió la relación de la electricidad y el magnetismo, unificando estos dos campos de estudio.
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Para saber más
The Editors of Encyclopaedia Britannica. (2020). Magnetic field. Encyclopædia Britannica Recuperado de: https://www.britannica.com/science/magnetic-field
Khan Academy. (2016). What are magnetic fields?. Recuperado de: https://www.khanacademy.org/science/physics/magnetic-forces-and-magnetic-fields/magnetic-field-current-carrying-wire/a/what-are-magnetic-fields
Williams, M. (2016). What is a magnetic field?. Universe Today. Recuperado de: https://www.universetoday.com/76515/magnetic-field/
Fernández, J., Coronado, C. (s.f.). Ley de Ampere. Física Lab. Recuperado de: https://www.fisicalab.com/apartado/ley-de-ampere
Lucas, J. (2015). What Is Magnetism? | Magnetic Fields & Magnetic Force. LiveScience. Recuperado de: https://www.livescience.com/38059-magnetism.html
Nave, R. (s.f.). Magnetic Field. HyperPhysics. Recuperado de: http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/magnetic/magfie.html
Nave, R. (s.f.). Ferromagnetism. HyperPhysics. Recuperado de: http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/Solids/ferro.html#c1
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