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Campo magnético

Campo Magnético
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Limaduras de hierro visualizando la dirección de las líneas magnéticas alrededor de un imán.

El campo magnético es una magnitud vectorial y por tanto, hay que definir su módulo, dirección y sentido.

B = campo magnético, inducción magnética o densidad de flujo magnético.

Es producido por la corriente eléctrica que circula por un conductor. Para determinar la expresión del campo magnético producido por una corriente se emplean dos leyes: la Ley de Biot-Savart y la Ley de Ampere.

Historia

Aunque es un fenómeno conocido desde la antigüedad, el magnetismo no fue bien comprendido hasta su unificación con la teoría de la electricidad a mediados del siglo XIX, gracias sobre todo a los trabajos de James Clerk Maxwell. Hasta 1820, el único magnetismo conocido era el de los imanesy el de las "magnetitas", imanes naturales de mineral rico en hierro.

Se creía que el interior de la Tierra estaba imantada de la misma forma y los científicos se sintieron muy perplejos cuando vieron que la dirección de la aguja del compás magnético se desviaba ligeramente en todos los lugares, década tras década, sugiriendo que existía una pequeña variación del campo magnético terrestre.

El astrónomo Edmund Halley (1656-1742, famoso por el cometa que estudió) propuso ingeniosamente que la Tierra contenía un cierto número de capas esféricas, una dentro del otra, cada una imantada de forma diferente y que giraban lentamente entre sí.

Hans Christian Oersted fue un profesor de ciencias en la Universidad de Copenhague. En 1820 preparó en su casa una demostración científica para sus estudiantes y amigos. Planeaba demostrar el calentamiento de un hilo mediante una corriente eléctrica y también llevar a cabo demostraciones sobre el magnetismo, para lo que dispuso de una aguja montada en una peana de madera.Mientras llevaba a cabo su demostración eléctrica, Oersted observó para su sorpresa que cada vez que se conectaba la corriente eléctrica, la aguja se movía. Silenció esto y finalizó sus demostraciones, pero en los meses siguientes trabajó duro intentando buscarle un sentido al nuevo fenómeno.

Pero no pudo. La aguja era atraída hacia el hilo o repelida por él. Más bien tendía a permanecer formando ángulos rectos. Al final publicó sus hallazgos (en latín) sin ninguna explicación.

Andre Marie Ampere, en Francia, advirtió que si una corriente en un hilo ejercía una fuerza magnética sobre la aguja, dos hilos semejantes también deberían interactuar magnéticamente. Mediante una serie de ingeniosos experimentos mostró que esta interacción era simple y fundamental, las corrientes paralelas (rectas) se atraen, las corrientes antiparalelas se repelen. La fuerza entre dos largas corrientes rectas y paralelas era inversamente proporcional a la distancia entre ellas y proporcional a la intensidad de la corriente que pasaba por cada una.

Líneas del campo magnético

Del mismo modo que el campo eléctrico E puede representarse mediante líneas de campo eléctrico, también el campo magnético B puede ser representado mediante líneas de campo magnético que son aquellas curvas que en cada punto son tangentes al campo magnético en ese punto y que son cerradas (no ha sido posible aislar una masa magnética, siendo imposible encontrar aislado un polo, el Norte o el Sur, sino que se encuentran los dos ligados).

En ambos casos, la dirección del campo viene indicada por la dirección de las líneas de campo, y la magnitud del campo por su densidad. Existen, sin embargo, dos importantes diferencias entre líneas del campo eléctrico y líneas de campo magnético:

  1. Las líneas de campo eléctrico poseen la dirección de la fuerza eléctrica sobre la carga positiva, mientras que las líneas de campo magnético son perpendiculares a la fuerza magnética sobre una carga móvil.
  2. Las líneas de campo eléctrico comienzan en las cargas positivas y terminan en las cargas negativas; las líneas de campo magnético forman circuitos cerrados. Con los polos magnéticos aislados aparentemente no existen, no hay puntos en el espacio donde las líneas de campo magnético comiencen o terminen.

Clasificación de los materiales

Las partículas cargadas en movimiento llevan asociadas un campo eléctrico y un campo magnético. De hecho, es el movimiento de las cargas una de las fuentes del magnetismo. Los átomos que forman toda la materia contienen electrones en movimiento, dando lugar a corrientes microscópicas que producen sus propios campos magnéticos. El estudio de los momentos magnéticos asociados a dichas corrientes permite clasificar los materiales en tres grupos:

  1. Materiales Diamagnéticos: en ellos sus átomos no presentan momento magnético permanente, debido a que los campos magnéticos ocasionados por esas corrientes microscópicas se compensan, de modo que el momento magnético resultante es cero. Cuando a estos materiales se les aplica un campo magnético, se generan por inducción pequeñas corrientes que se oponen al campo externo (según la ley de Lenz) y el resultado final es que son repelidas por éste.
  2. Materiales Paramagnéticos: éstos sí poseen un momento magnético permanente porque no existe una compensación neta de los momentos de los electrones. Cuando estas sustancias son sometidas a la acción de un campo magnético externo, además del efecto diamagnético (que siempre está presente), ocurre la alineación de los momentos magnéticos a favor del campo externo, reforzándose. Generalmente, este efecto suele ser débil y se ve muy afectado por la agitación térmica (que tiende a destruir este orden), por lo que el paramagnetismo es muy sensible a la temperatura. Por ello, estos materiales son atraídos ligeramente por imanes, pero no se convierten en materiales permanentemente magnetizados.
  3. Materiales Ferromagnéticos: en ellos las intensas interacciones entre los momentos magnéticos atómicos hacen que éstos se alineen paralelos entre sí en regiones llamadas dominios magnéticos. Cuando no se aplica un campo magnético externo las magnetizaciones de los dominios se orientan al azar; pero cuando se halla presente, los dominios tienden a orientarse paralelos al campo. La fuerte interacción entre los momentos dipolares atómicos vecinos los mantiene alineados incluso cuando se suprime el campo magnético externo. Por tanto, pueden ser magnetizados permanentemente por la aplicación de un campo magnético externo.

Curiosidades

  • El magnetismo se conoce desde la Grecia antigua como la propiedad de ciertos minerales como la magnetita (llamada así pues se descubrió en la región griega llamada Magnesia) de atraer trozos de hierro. Son los imanes naturales. Parece ser que fueron los chinos quienes usaron por primera vez los imanes como brújulas en el siglo XII.
  • Petrus Peregrinus (Pierre de Maricourt), un cruzado francés, en 1269 encontró que si se deja una aguja libremente sobre un imán esférico, ésta se orientaba a lo largo de líneas que pasan por puntos situados en extremos opuestos de la esfera. Por analogía, establece los polos norte y sur del imán, y encuentra que el polo norte y el polo sur se atraen, que polos iguales se repelen, y que al fragmentar un trozo de magnetita, siguen apareciendo dos polos magnéticos.
  • En el siglo XVI, William Gilbert (médico de la Reina Isabel), fabricó imanes artificiales frotando trozos de hierro y de magnetita. También sugirió que el funcionamiento de las brújulas se debía a las propiedades magnéticas de la Tierra.
  • Ítem de lista viñeteada. Hay algunos seres vivos que tienen imanes en su interior que funcionan a modo de brújulas. Es el llamado biomagnetismo. Parece ser que a este fenómeno se debe la capacidad de orientarse de las aves migratorias.
  • Algunas bacterias sintetizan de forma natural granos de magnetita (óxido de hierro, de fórmula Fe3O4 ) con un solo dominio, que se alinean y dan lugar a brújulas microscópicas, lo que les permite orientarse.
  • Se han encontrado cristales de magnetita dentro del cráneo de la paloma, conectados a gran cantidad de nervios. Gracias a ello, las palomas saben orientarse longitudinalmente al campo magnético, es decir Norte-Sur y Este-Oeste, y también según la latitud, es decir, según la inclinación de dicho campo. También se han hallado sustancias magnéticas en otros organismos como las abejas, mariposas monarca, los topos, las tortugas marinas e incluso en el tejido cerebral humano.
  • Una de las muchísimas aplicaciones de los campos magnéticos son las bandas magnéticas de las tarjetas de crédito, de teléfono. Éstas guardan la información a través de diminutos dominios magnéticos. El lector consta de una pequeña bobina en la que se induce una corriente eléctrica al paso de la tarjeta. Por ello, suele estropearse la tarjeta cuando ésta se acerca a intensos campos magnéticos.
  • En la antigüedad a la magnetita se le atribuían muchas propiedades. Se decía que curaba el reumatismo y la gota y que permitía hablar con los dioses. En el siglo XVI Paracelso intentó utilizar el magnetismo para curar enfermedades, aunque no logró nada. Todos sus supuestos éxitos se debieron al efecto placebo. Incluso hoy en día también se intentan vender pulseras magnéticas y otros artefactos como remedio para muchas dolencias, aunque no hay ninguna constancia científica de sus ventajas.

Fuentes

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