Unidades y notación
Un campo magnético se anota B (siempre en mayúsculas). Su unidad es el Tesla, símbolo T, en homenaje al ingeniero estadounidense de origen serbio-austriaco Nikola Tesla.
Su intensidad puede medirse con un aparato llamado teslaómetro, suele ser relativamente débil y su orden de magnitud oscila entre una centésima de militesla (10-5) y diez teslas.
Relación entre el campo magnético y la fuerza magnética
La expresión que relaciona la fuerza magnética con el campo magnético es más compleja que la que existe entre un campo eléctrico o gravitatorio y su respectiva fuerza, por lo que esta relación no figura en el programa de estudios del primer año.
Sin embargo, cabe señalar que:
- En el caso de un imán la fuerza ejercida sobre el polo norte tiene la misma dirección y sentido que el campo magnético mientras que la fuerza ejercida sobre el polo sur tiene un sentido opuesto.
- En el caso de una carga en movimiento la fuerza magnética es tanto perpendicular al campo como a la velocidad
Fuentes de campo magnético
Un campo magnético puede ser producido por:
- Un imán permanente hecho de un material llamado ferromagnético, como la magnetita (un óxido de hierro que es el material magnético natural más antiguo conocido), el cobalto, el níquel o los imanes de neodimio (aleación de hierro, boro y neodimio).
- Una carga en movimiento
- Una corriente eléctrica (que por definición está formada por partículas cargadas en movimiento global)
- Un planeta telúrico cuyo núcleo exterior contiene hierro líquido en movimiento.
- Un planeta gaseoso
- Una estrella
Orientación del campo magnético
Un campo magnético externo producido por un imán o una bobina se orienta del polo norte al polo sur.
La orientación de cualquier campo magnético puede determinarse con un imán como la aguja de una brújula: su polo norte apunta en la misma dirección que el campo magnético.
El campo magnético de la Tierra
Se genera por los movimientos del hierro líquido en la parte exterior del núcleo.
Equivale al campo que podría crear un gigantesco imán derecho orientado a lo largo del eje de rotación de la Tierra, con su polo sur coincidiendo con el polo norte geográfico y su polo norte magnético situado en el polo sur geográfico.
Su valor es del orden de unas centésimas de militesla (10-5 T) en todos los puntos de la superficie terrestre. Por lo tanto, cualquier otro campo magnético de menor intensidad es difícil de detectar y, en general, se puede ignorar.
Líneas de campo
Siempre están orientados del polo norte al polo sur.
A diferencia de las líneas de campo eléctrico o gravitatorio, que pueden ser abiertas, las líneas de campo magnético son siempre cerradas, es decir, cualquier línea que salga de un polo norte lleva necesariamente a un polo sur. Se pueden visualizar colocando polvo de hierro cerca de la fuente del campo, los granos se alinean en la dirección del campo y los patrones producidos reflejan la disposición de las líneas del campo.
Campo magnético de un imán recto
Un imán recto es una “barra” (un paralelepípedo o cilindro) cuya mitad es el polo norte (a menudo rojo) y la otra mitad es el polo sur. Crea un campo magnético simétrico al eje del imán, cuyas líneas son bucles que conectan los dos polos. Su intensidad depende de la cantidad y la naturaleza del material magnético que compone el imán.
Campo magnético de un imán en forma de U
Se trata de un imán en forma de letra “U”, con un semicírculo y dos partes rectas paralelas, cada una de las cuales constituye uno de los polos del imán. Este imán tiene un plano de simetría que es también un plano de simetría del campo que genera. Este campo tiene la particularidad de ser casi uniforme en la zona central (entre las dos partes rectas)
Campo magnético de un cable eléctrico lineal que transporta una corriente
En un hilo eléctrico lineal, el flujo de corriente corresponde a un movimiento de electrones que, al desplazarse, producen un campo magnético cuyo valor es proporcional al flujo de corriente:
- El valor es proporcional a la intensidad de la corriente
- El valor disminuye con la distancia del cable
- Las líneas de campo son circulares con el cable como eje.
Campo magnético creado por un solenoide
Un solenoide es un dipolo formado por una bobina circular de hilo eléctrico (una especie de bobina alargada). Cuando una corriente continua fluye a través de él, produce un campo magnético interno y externo.
El lado por el que fluye la corriente en la dirección trigonométrica es su polo norte, mientras que el otro es su polo sur.
Externamente las líneas de campo son comparables a las de un imán recto, pero internamente el campo magnético puede considerarse uniforme:
- Tiene la misma dirección que el eje del solenoide
- Se orienta de la “cara sur” a la “cara norte”.
- Su valor es proporcional a la intensidad de la corriente y al número de vueltas por unidad de longitud.
Campo magnético uniforme
Los dos principales dispositivos que generan un campo magnético uniforme (constante en dirección, sentido y valor) son
- El imán en forma de U (el campo es uniforme entre sus dos partes rectas)
- El solenoide (campo uniforme en su parte interior)