Campo magnético

Campo magnético

Muchas cosas a nuestro alrededor están relacionadas directa o indirectamente con el campo magnético. Desde el vehículo en que nos transportamos a la escuela o al trabajo, hasta el ventilador, u ordenador que usamos en casa.

Sin embargo, te has preguntado ¿qué es el campo magnético y cuáles son sus orígenes? A continuación daremos respuesta a esta inquietud, y además te mostraremos algunos ejemplos de un campo de atracción magnética.

¿Qué es el campo magnético?

Dependiendo de la situación, los campos magnéticos se pueden definir de diversas formas. En general, la definición más aceptada es la siguiente:

El campo magnético es un campo invisible que ejerce una atracción magnética sobre los objetos que son magnéticamente sensibles.

Los campos magnéticos que producen los imanes también imponen fuerzas y momentos de torsión entre sí. Cuando está presente un campo magnético, que es un campo de fuerza producido por un objeto o partícula magnética, se produce la atracción conocida como magnetismo.

Un campo eléctrico cambiante también puede producir magnetismo, que se identifica por la fuerza que ejerce sobre otros materiales magnéticos. Como resultado, la rama de la ciencia que se ocupa de los imanes se conoce como electromagnetismo.

atracción magnética

¿Cómo se produce un campo magnético y cómo se mide?

Pueden producirse mediante una corriente eléctrica o un campo eléctrico cambiante en presencia de un imán. Además, estas fuerzas magnéticas se sabe que son de naturaleza dipolar.

Esto significa que tienen dos polos magnéticos, uno norte y otro sur. En este caso, el Tesla es la unidad del SI utilizada para medir campos magnéticos, mientras que Gauss es la unidad del SI para medir campos magnéticos menores: (1 Tesla = 10,000 Guass).

Un campo magnético se define matemáticamente como la cantidad de fuerza que ejerce sobre una carga en movimiento. Esta fuerza se mide de acuerdo con la ley de fuerza de Lorentz, que es F = qvB, donde F es la fuerza magnética, q es la carga, v es la velocidad y B es el campo magnético. La anterior relación es un producto vectorial, donde F es perpendicular (→) a todos los demás valores.

Las líneas del campo de atracción magnética

Las líneas continuas de fuerza, o flujo magnético, que se originan en los polos magnéticos que buscan el norte y entran en los polos que buscan el sur, se pueden utilizar para ilustrar los campos magnéticos. La densidad de estas líneas indica el tamaño del campo, con más magnitud en los polos (donde el campo es fuerte), y menos a medida que se alejan de los polos.

Las líneas rectas paralelas, igualmente espaciadas, representan un campo magnético homogéneo. Se trata de líneas continuas que forman bucles completos, los cuales viajan de norte a sur antes de dar la vuelta. El campo magnético en cualquier sitio dado corre paralelo a las líneas de campo cercanas. Además, la densidad local de las líneas de campo puede volverse proporcional a su fuerza.

También debemos destacar que las líneas de campo magnético imitan un flujo de líquido en el sentido de que son aerodinámicas y continuas. Incluso, dependiendo de qué tan de cerca se observa un campo, aparecen más o menos líneas. Muchas reglas del magnetismo y electromagnético se pueden simplificar y establecer matemáticamente utilizando líneas de campo como representación de campos magnéticos.

Colocar limaduras de hierro alrededor de un imán de hierro es un método sencillo si quieres observar un campo magnético. Las limaduras se ordenarán para que coincidan con las líneas de campo, generando rayas que se conectan en los polos. Estos campos de atracción magnética también se pueden ver durante las auroras polares, cuando los rayos visibles de luz se alinean con la dirección local del campo magnético de la Tierra.

Líneas de un campo de atracción magnética

Historia del campo magnético

El origen de los campos magnéticos se remonta al año 1269, cuando el estudioso francés Petrus Peregrinus de Maricourt usó agujas de hierro para trazar el campo magnético de un imán esférico. Él nombró a los puntos donde estas líneas se cruzaban como “polos”, en referencia a los polos de la Tierra, que afirmó que poseían todos los imanes.

El experimento de Peregrinus fue replicado por el físico y filósofo natural inglés William Gilbert de Colchester en el siglo XVI. Informó de sus descubrimientos en el tratado De Magnete, en 1600. En dicho tratado declaró que la Tierra era un imán. Su trabajo fue esencial en el desarrollo del magnetismo como ciencia.

Para el año 1750, se argumentó que los polos magnéticos se atraen y se repelen entre sí. Esta afirmación fue hecha por el clérigo y filósofo inglés John Michell. Él descubrió que la fuerza que utilizan los polos está inversamente relacionada con el cuadrado de la distancia, un fenómeno conocido como ley del inverso del cuadrado.

Más tarde, en 1785, el campo magnético de la Tierra fue probado experimentalmente por el físico francés Charles-Augustin de Coulomb. Después, Simeon Denis Poisson, un matemático y geómetra francés del siglo XIX, produjo el primer modelo del campo de atracción magnética en 1824.

Durante el siglo XIX, se presentó nueva evidencia que desafiaba las creencias previamente aceptadas. Hans Christian Orsted, físico y químico danés, descubrió en 1819 que una corriente eléctrica genera un campo magnético a su alrededor. Posteriormente, en 1825, André-Marie Ampère presentó un modelo de magnetismo, en el que la fuerza se atribuía a bucles de corriente que fluían continuamente en lugar de dipolos magnéticos.

La historia del campo de atracción magnética

Los experimentos de Faraday, Maxwell y Tesla

Michael Faraday, un físico inglés, demostró en 1831 que un campo magnético cambiante produce un campo eléctrico circundante. Descubrió la inducción electromagnética, que fue definida por la ley de inducción de Faraday, también conocida como Ley de Faraday.

James Clerk Maxwell, un científico escocés, publicó sus teorías sobre la electricidad y el magnetismo, conocidas como las ecuaciones de Maxwell, entre 1861 y 1865. Estas ecuaciones demostraron no solo la interacción de la electricidad y el magnetismo, sino también cómo la luz es una onda electromagnética.

En 1883, Nikola Tesla se encontraba experimentando con generadores cuando descubrió el campo magnético giratorio, que es el principio de la corriente alterna. Este campo magnético giratorio, que cambia de dirección cincuenta veces por segundo, se conoce como 50 Hertz.

La corriente CA se refiere a un generador de corriente alterna con un campo magnético giratorio. La corriente producida por el generador viaja en una dirección, lo que resulta en corriente continua. Posteriormente, Tesla desarrolló planes para crear un motor de inducción, que sería su primer paso hacia la utilización práctica de la corriente alterna.

Hacia finales del siglo XIX y principios del XX, el campo de la electrodinámica se desarrolló mucho más. Por ejemplo, Albert Einstein, quien propuso la Teoría Especial de la Relatividad en 1905, demostró que los campos eléctricos y magnéticos son el mismo fenómeno cuando se ven desde diferentes marcos de referencia.

Ejemplos de campo magnético

Además de la brújula y el motor, hay otros ejemplos de campo de atracción magnética que es importante conocer.

Ejemplos de campo de atracción magnética

Los imanes

El campo magnético formado por un imán de hierro es un ejemplo típico de un campo magnético. Dicho campo de atracción magnética puede ser visualizado colocando a su alrededor limaduras de hierro. Como resultado, estas limaduras de hierro serán atraídas por sus líneas de campo y formarán una estructura en bucle alrededor de los polos.

La Tierra

Otro de los ejemplos de campo magnético más comunes es el campo magnético de la Tierra. Dicho campo se asemeja al campo producido por un simple imán de barra. Se cree que la causa de este campo es el movimiento en el núcleo de la Tierra, que está separado en un núcleo interno sólido y un núcleo externo fundido, girando en la dirección opuesta a la Tierra. Como resultado se produce un efecto dínamo, el cual podría ser el responsable del campo magnético de la Tierra, también conocido como magnetosfera.

Debido a que tiene dos polos, norte y sur, ubicados en cada extremo del imán, donde la fuerza del campo es máxima, dicho campo se denomina campo dipolo. La fuerza es la mitad de su valor polar en el punto medio entre los polos, y se extiende decenas de miles de kilómetros en el espacio, creando la magnetosfera de la Tierra.

Otros planetas del Sistema Solar

Cabe señalar que la ciencia ha descubierto que otros planetas celestes tienen sus propios campos magnéticos. Por ejemplo, Júpiter, Saturno, Urano y Neptuno se encuentran entre los gigantes gaseosos y de hielo del Sistema Solar. Como dato interesante, el campo magnético de Júpiter es 14 veces más fuerte que el de la Tierra, lo que lo convierte en el campo de atracción magnética más poderoso del sistema solar.

Además, Ganímedes, la luna de Júpiter, es la única luna del Sistema Solar que se sabe cuenta con su propio campo magnético. Incluso, se cree que en algún momento, Marte también tuvo un campo magnético similar al de la Tierra. Dicho campo habría sido causado por un efecto dínamo en su interior.

Marte, por otro lado, perdió su campo magnético hace miles de millones de años, quizás como resultado del impacto de un asteroide, o un enfriamiento rápido en su interior. Es posible que Marte haya perdido gran parte de su atmósfera, así como su capacidad para mantener agua líquida en su superficie, como resultado de este suceso.

Fuentes:

https://www.khanacademy.org/science/physics/magnetic-forces-and-magnetic-fields/magnetic-field-current-carrying-wire/a/what-are-magnetic-fields

https://www.livescience.com/38059-magnetism.html

https://es.wikipedia.org/wiki/Campo_magn%C3%A9tico

https://geomag.nrcan.gc.ca/mag_fld/default-en.php