Campo Magnetco

INTRODUCCION

La Física ha desempeñado generación, tras generación, un papel fundamental en las aplicaciones de múltiples formulas. La información que proporciona, entra por los ojos de un modo un poco complejo, pero que nos hace capaces de con una sola mirada entender, una serie de procedimientos para resolver un determinado problema.

Se ha detallado en el presente trabajo conceptos como: campo magnético, producción de campos magnéticos en el experimento de oersted, inducción magnética, flujo magnético, las fuerzas de Lorentz y Laplace, las leyes de Biot Savart y de circuitos de Ampere. Cada uno de los temas presentes en este trabajo tiene una breve definición junto a una serie de ejemplos para facilitar la comprensión del mismo.

Resulta inevitable no sentir fascinación por cada tema plasmado hoy aquí, es por ello que la siguiente información va dirigida a aquellas personas que hacen posible una enseñanza detallada de cada concepto específico, que guarda relación con el maravilloso mundo de la Física.

CAMPO MAGNÉTICO

Representa una región del espacio en la que una carga eléctrica puntual de valor q, que se desplaza a una velocidad , experimenta los efectos de una fuerza que es perpendicular y proporcional tanto a la velocidad v como al campo B. Así, dicha carga percibirá una fuerza descrita con la siguiente ecuación.

Donde F es la fuerza, v es la velocidad y B el campo magnético, también llamado inducción magnética y densidad de flujo magnético. (Nótese que tanto F como v y B son magnitudes vectoriales y el producto vectorial tiene como resultante un vector perpendicular tanto a v como a B).

El módulo de la fuerza resultante será:

La existencia de un campo magnético se pone de relieve gracias a la propiedad (la cual la podemos localizar en el espacio) de orientar un magnetómetro (laminilla de acero imantado que puede girar libremente). La aguja de una brújula, que evidencia la existencia del campo magnético terrestre, puede ser considerada un magnetómetro.

El nombre de campo magnético o intensidad del campo magnético se aplica a dos magnitudes:

 La Excitación Magnética o Campo H es la primera de ellas, desde el punto de vista histórico, y se representa con H.

 La Inducción Magnética o Campo B, que en la actualidad se considera el auténtico campo magnético, y se representa con B.

Desde un punto de vista físico, ambos son equivalentes en el vacío, salvo en una constante de proporcionalidad que depende del sistema de unidades:

1 en el sistema de Gauss, en el SI. Solo se diferencian en medios materiales con el fenómeno de la magnetización.

Uso

El campo H se ha considerado tradicionalmente el campo principal o intensidad de campo magnético, ya que se puede relacionar con unas cargas, masas o polos magnéticos por medio de una ley similar a la de Coulomb para la electricidad.

Maxwell, por ejemplo, utilizó este enfoque, aunque aclarando que esas cargas eran ficticias. Con ello, no solo se parte de leyes similares en los campos eléctricos y magnéticos (incluyendo la posibilidad de definir un potencial escalar magnético), sino que en medios materiales, con la equiparación matemática de H con E, por un lado, y de B con D, por otro, se pueden establecer paralelismos útiles en las condiciones de contorno y las relaciones termodinámicas; la fórmulas correspondientes en el sistema electromagnético de Gauss son:

En electrotecnia no es raro que se conserve este punto de vista porque resulta práctico.

Con la llegada de las teorías del electrón de Lorentz y Poincaré, y de la relatividad de Einstein, quedó claro que estos paralelismos no se corresponden con la realidad física de los fenómenos, por lo que hoy es frecuente, sobre todo en física, que el nombre de campo magnético se aplique a B (por ejemplo, en los textos de Alonso-Finn y de Feynman). En la formulación relativista del electromagnetismo, E no se agrupa con H para el tensor de intensidades, sino con B.

En 1944, F. Rasetti preparó un experimento para dilucidar cuál de los dos campos era el fundamental, es decir, aquel que actúa sobre una carga en movimiento, y el resultado fue que el campo magnético real era B y no H.

Para caracterizar H y B se ha recurrido a varias distinciones. Así, H describe cuan intenso es el campo magnético en la región que afecta, mientras que B es la cantidad de flujo magnético por unidad de área que aparece en esa misma región. Otra distinción que se hace en ocasiones es que H se refiere al campo en función de sus fuentes (las corrientes eléctricas) y B al campo en función de sus efectos (fuerzas sobre las cargas).

Líneas mostrando el campo magnético de un imán de barra, producidas por limaduras de hierro sobre papel.

PRODUCCION DE CAMPOS MAGNETICOS

El magnetismo se asocia a materiales muy conocidos y utilizados llamados imanes; posee diversas aplicaciones como en motores, cinescopios de televisión, componentes de computadoras, hornos de microondas y trenes de levitación magnética.

Teoría Electromagnética

A finales del siglo XVIII y principios del XIX se investigaron simultáneamente las teorías de la electricidad y el magnetismo. En 1819, el físico danés Hans Christian Oersted llevó a cabo un importante descubrimiento al observar que una aguja magnética podía ser desviada por una corriente eléctrica. Este descubrimiento, que mostraba una conexión entre la electricidad y el magnetismo, fue desarrollado por el científico francés André Marie Ampere, que estudió las fuerzas entre cables por los que circulan corrientes eléctricas, y por el físico francés Dominique François Arago, que magnetizó un pedazo de hierro colocándolo cerca de un cable recorrido por una corriente.

En 1831, el científico británico Michael Faraday descubrió que el movimiento de un imán en las proximidades de un cable induce en éste una corriente eléctrica; este efecto era inverso al hallado por Oersted. Así, Oersted demostró que una corriente eléctrica crea un campo magnético, mientras que Faraday demostró que puede emplearse un campo magnético para crear una corriente eléctrica. La unificación plena de las teorías de la electricidad y el magnetismo se debió al físico británico James Clerk Maxwell, que predijo la existencia de ondas electromagnéticas e identificó la luz como un fenómeno electromagnético.

EL EXPERIMENTO DE OERSTED:

En 1982 mientras trabajaba en su laboratorio Oersted monto un circuito eléctrico y lo coloco cerca de una aguja magnética, al no haber corriente en el circuito (circuito abierto) la aguja se ubicaba en le dirección norte - sur. Las ramas del circuito deben colocarse en forma paralela a la aguja. Quiere decir que se debe orientar en la dirección norte-sur. Al establecer una corriente en el circuito, Oersted observo que la aguja magnética se desviaba, tendiendo a orientarse en dirección perpendicular al conductor AB, al interrumpir el paso de la corriente, la aguja volvía a su posición inicial en la dirección Norte-Sur.

Estas observaciones realizadas por Oersted demostraron que una corriente eléctrica podía actuar como si fuese un imán, originando desviaciones en una aguja magnética. Así se observo por primera vez que existe una relación estrecha entre la electricidad y el magnetismo: una corriente eléctrica es capaz de producir efectos magnéticos.

Al darse cuenta de la importancia de su descubrimiento, Oersted divulgo el resultado de sus observaciones, que inmediatamente atrajo la atención de varios científicos de esa época. Algunos de ellos comenzaron a trabajar en investigaciones relacionadas con dicho fenómeno, entre los cuales se destaca el trabajo de Ampere.

Poco después se comprobó que todo fenómeno magnético era producido por corrientes eléctricas, es decir se lograba de manera definitiva, la unificación de magnetismo y la electricidad, originado la rama de la física que actualmente se conoce como electromagnetismo.

INDUCCIÓN MAGNÉTICA

También conocida como densidad de flujo magnético, cuyo símbolo es B, es el flujo magnético por unidad de área de una sección normal a la dirección del flujo, y en algunos textos modernos recibe el nombre de intensidad de campo magnético, ya que es el campo real. 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. El campo inducción, B, o densidad de

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