Un campo magnético es un campo de fuerza producido por cargas eléctricas en movimiento. Este campo de fuerza se aplica sobre otras cargas en movimiento no paralelas. Junto con el campo eléctrico, el campo magnético constituye el campo electromagnético, responsable de la interacción electromagnética en el espacio.
Desde el punto de vista del magnetismo, los materiales se pueden clasificar en:
- Materiales paramagnéticos
- Materiales diamagnéticos
- Materiales ferromagnéticos
- Materiales ferrimagnéticos
- Materiales antiferromagnético
- Esto depende del comportamiento de su susceptibilidad magnética.
¿Qué es un campo magnético?
Un campo magnético es una región del espacio donde una fuerza magnética ejerce su influencia sobre partículas cargadas en movimiento.
Se origina tanto por corrientes eléctricas como por el movimiento de partículas cargadas, como electrones. Está caracterizado por líneas de flujo magnético que se extienden desde el polo norte al sur.
Los campos magnéticos desempeñan un papel fundamental en la naturaleza, desde el magnetismo terrestre que guía brújulas hasta su uso en tecnologías como por ejemplo imanes, motores eléctricos y resonancias magnéticas en medicina. La comprensión y manipulación de campos magnéticos son esenciales para diversas aplicaciones científicas, tecnológicas y médicas.
Ejemplos de campos magnéticos
- Campo magnético de la Tierra: El núcleo externo terrestre genera un campo de fuerzas magnéticas que ejerce influencia sobre partículas y objetos, atrayéndolos hacia el centro del planeta. Este fenómeno es esencial para la orientación y la navegación en la Tierra.
- Imanes: Constituidos por materiales específicos, los imanes crean campos magnéticos a su alrededor debido a la disposición interna de electrones. Cada imán posee un polo norte y un polo sur, siendo esenciales en numerosas aplicaciones, desde su uso cotidiano en la sujeción de objetos hasta aplicaciones tecnológicas más avanzadas, como discos duros y resonancias magnéticas en medicina.
- Motores eléctricos: Tanto los motores de corriente continua como los de corriente alterna emplean electroimanes para generar campos magnéticos estáticos. Este proceso impulsa el movimiento rotativo del rotor, constituyendo la base de funcionamiento de numerosos dispositivos eléctricos y maquinaria, como ventiladores, lavadoras y vehículos eléctricos.
- Brújula: Un ejemplo clásico de la influencia magnética es la brújula, capaz de alinear su aguja magnética entre los polos norte y sur. Este instrumento ha sido fundamental a lo largo de la historia para la navegación, permitiendo a las personas orientarse de acuerdo con el campo magnético terrestre.
- Resonancia Magnética Nuclear (RMN): En el campo médico, la resonancia magnética nuclear utiliza campos magnéticos para crear imágenes detalladas del interior del cuerpo humano. Este método no invasivo es crucial en diagnósticos médicos, proporcionando información precisa sobre tejidos y órganos.
Tesla: Unidad de campo magnético
La unidad de campo magnético en el Sistema Internacional de unidades es el tesla (T). Un tesla representa el campo que genera una fuerza de 1 newton (N) sobre una carga eléctrica de 1 culombio (C) desplazándose dentro del campo y perpendicular a la dirección de las líneas del campo magnético a una velocidad de 1 m/s.
Sin embargo, debido a que el tesla es una unidad muy grande, en ocasiones se utiliza el gauss (G): 10.000 G equivale a 1 T.
Características de un campo magnético
El campo magnético se puede abordar de manera similar al eléctrico, pero en lugar de considerar la carga eléctrica (un escalar) como fuente del campo, este papel lo hará el momento dipolar magnético (un vector).
Las fuerzas magnéticas son proporcionales al campo magnético generado, es decir, al valor de la inducción magnética que es una magnitud vectorial utilizada para caracterizar un campo.
La relación entre el campo magnético y una corriente eléctrica viene dada por la ley de Ampère . El caso más general, que incluye la corriente de desplazamiento, viene dado por la ley de Ampère-Maxwell.
Campo magnético producido por una carga puntual
El campo magnético generado por una sola carga en movimiento (no por un movimiento de cargas eléctricas) se puede calcular aproximadamente a partir de la ecuación derivada de la ley de Biot-Savart:
dónde
- q es la carga eléctrica que genera el campo.
- v es la velocidad de desplazamiento de la carga
- r es la distancia desde el punto P hasta la posición de la carga
- ur es un vector unitario que va desde el punto P hasta la posición de la carga eléctrica
- μ0 es una constante denominada permeabilidad del espacio libre. Su valor en el Sistema Internacional para el vacío es 4π 10-7 T m/A