Campo Magnético.
¿Te has visto alguna vez en la necesidad de usar una brújula para orientarte? Sea cual sea tu respuesta, estamos casi seguros que sí estarás familiarizado con los teléfonos móviles, o con las redes Wifi. Lo cierto es que todos estos dispositivos funcionan gracias a los campos electromagnéticos.
En este tema vamos a estudiar el campo magnético y veremos la estrecha relación que hay entre este y la electricidad. La parte de la física que se encarga de estudiar este tipo de fenómenos es el electromagnetismo..
Video de Campos magnéticos e inducción magnética-conceptos física
Los campos magnéticos son dipolares, poseen un polo Norte y un polo Sur, a los que también se les dice polo positivo y polo negativo. Y para su estudio, dichos campos se describen de manera vectorial, lo cual quiere decir que se entienden como un conjunto de fuerzas dotadas de dirección y de magnitud, que pueden representarse a través de vectores en una cuadrícula.
Origen de un campo magnético
Para que exista un campo magnético debe existir también una fuente de energía magnética, como un imán o un electroimán, o también una corriente eléctrica en desplazamiento. Existe correlación entre la electricidad y el magnetismo, según lo describen la Ley de Ampère y las ecuaciones de Maxwell, por lo que campos magnéticos y campos eléctricos suelen corresponderse. La presencia de los campos magnéticos puede comprobarse empleando un aparato conocido como magnetómetro.
Tipos de campo magnético
Campos magnéticos provenientes de un imán. Son aquellos que son creados naturalmente por un imán o por metal magnetizado, y que son consecuencia del movimiento de los electrones alrededor del núcleo atómico de dicho elemento y además sobre su propio eje, en un giro conocido en la física como spin.
Campos magnéticos provenientes de corriente. Son aquellos generados por el desplazamiento de las cargas de una corriente eléctrica, como ocurre en los electroimanes, en los que una carga eléctrica se hace circular por un material metálico, logrando así que se imante de inmediato y genere un campo a su alrededor. Estos campos pueden darse también alrededor de aparatos eléctricos de alto voltaje, como los transformadores.
Intensidad de un campo magnético
La intensidad del campo magnético es una propiedad que hace referencia a dos formas distintas de magnitud de las fuerzas magnéticas que actúan dentro de él, y que son:
Excitación magnética o campo H. Comprendiendo el magnetismo de modo muy similar a la electricidad, describe qué tan intensa es la energía del campo magnético en una región puntual y específica del mismo. O sea, se determina según la relación del campo con sus fuentes eléctricas.
Inducción magnética o campo B. Considerada por los físicos como la medición auténtica de la fuerza del campo magnético, está determinada por la cantidad de flujo magnético por unidad de área que se da en una región determinada del campo. O sea, se determina en función de los efectos que el campo produce sobre sus cargas.
Dirección de un campo magnético
La dirección de un campo magnético se describe empleando líneas de fuerza o vectores, que son líneas encargadas de señalar la dirección hacia donde convergen las fuerzas magnéticas, o hacia donde empujan una carga que se encuentre sometida al campo magnético.
En este sentido, las variables de excitación magnética (H) o de inducción magnética (B) de la intensidad de un campo magnético son vectoriales, dado que sus valores cambian según la cercanía de la región del campo estudiada, respecto a la fuente magnética o polo. En menos palabras: mientras más cerca se esté de la fuente magnética, más intenso será el efecto y más determinará su dirección.
Ya que el campo magnético es un vector, también necesitamos conocer la dirección. Para la corriente convencional que fluye a través de un alambre recto, podemos encontrarla con la regla del agarre de mano derecha: imagina que agarras el alambre con la mano derecha y tu pulgar apunta en la dirección en la que fluye la corriente; los dedos muestran la dirección del campo magnético que se envuelve alrededor del alambre.
La regla del agarre de la mano derecha es un atajo útil, pero tiene un origen más fundamental: el producto cruz (o producto vectorial). También es conocida como la regla de la taza de café o la regla del sacacorchos.
Ley de Bio Savart
La ley de Biot-Savart, relaciona los campos magnéticos con las corrientes que los crean. De una manera similar a como la ley de Coulomb relaciona los campos eléctricos con las cargas puntuales que las crean. La obtención del campo magnético resultante de una distribución de corrientes implica un producto vectorial, y cuando la distancia desde la corriente al punto del campo está variando continuamente, se convierte inherentemente en un problema de cálculo diferencial.
La ley de Biot y Savart establece que el campo magnético producido por una corriente cualquiera en un punto P viene determinado por la siguiente expresión:
Donde:
- es la intensidad del campo magnético creado en el punto P.
- es la permeabilidad magnética del vacío. En el S.I se mide en m.Kg/.
- es la intensidad de corriente que circula por . En el S.I. se mide en amperios (A).
- vector en la dirección de la intensidad de corriente. En el S.I. se mide en metros (m).
- es un vector unitario que une el elemento de corriente I. con el punto P donde se mide la intensidad del campo magnético
Su módulo se puede calcular
por medio de la siguiente expresión:
Ley de biot -Savart.
Cada
elemento infinitesimal de corriente I. conductor crea en P un campo magnético
infinitesimal .
Dicho diferencial es perpendicular a y a I.. El campo magnético total en dicho punto sera la suma (
integral) de todos los dB originados por todos los elementos de corriente del
conductor
Ejercicios resueltos.
Ejercicio 1
- Dos conductores rectos y paralelos están separados por una distancia de 10 cm y están recorridos en el mismos sentido por sendas intensidades de la corriente eléctrica de 10 A y 20ª. ¿ A que distancia de los conductores se anula el campo magnético?
Solución:
Cada conductor genera un campo magnético cuyas líneas de campo on circunferencias concéntricas en ellos, y cuyo sentido es el indicad por el giro de un sacacorchos que avanza según la intensidad de la corriente eléctrica ( regla de la mano derecha).
El campo magnético solamente se anula en un punto situado en el segmento que une a los dos conductores. Si ese punto está a una distancia del conductor y a una distancia de del conductor , entonces :
r1+r2=10cm
