Campo magnético

Un campo magnético es un campo vectorial que describe la influencia magnética en cargas eléctricas en movimiento , corrientes eléctricas , [1] : ch1  [2] y materiales magnéticos. Una carga en movimiento en un campo magnético experimenta una fuerza perpendicular a su propia velocidad y al campo magnético. [1] : ch13  [3] El campo magnético de un imán permanente atrae materiales ferromagnéticos como el hierroy atrae o repele otros imanes. Además, un campo magnético que varía con la ubicación ejercerá una fuerza sobre una variedad de materiales no magnéticos al afectar el movimiento de sus electrones atómicos externos. Los campos magnéticos rodean los materiales magnetizados y son creados por corrientes eléctricas como las que se utilizan en los electroimanes y por campos eléctricos que varían en el tiempo. Dado que tanto la fuerza como la dirección de un campo magnético pueden variar con la ubicación, se describe matemáticamente mediante una función que asigna un vector a cada punto del espacio, llamado campo vectorial .

En electromagnetismo , el término "campo magnético" se utiliza para dos campos de vectores distintos, pero estrechamente relacionados denotados por los símbolos B y H . En el Sistema Internacional de Unidades , H , la intensidad del campo magnético, se mide en las unidades base del SI de amperios por metro (A / m). [4] B , densidad de flujo magnético , se mide en tesla (en unidades básicas del SI: kilogramo por segundo 2 por amperio), [5] que es equivalente a newton por metro por amperio. H y Bdifieren en cómo explican la magnetización. En un vacío , los dos campos están relacionadas a través de la permeabilidad de vacío , ; pero en un material magnetizado, los términos difieren según la magnetización del material en cada punto.

Los campos magnéticos se producen mediante el movimiento de cargas eléctricas y los momentos magnéticos intrínsecos de las partículas elementales asociadas con una propiedad cuántica fundamental, su espín . [6] [1] : ch1  Los campos magnéticos y los campos eléctricos están interrelacionados y son ambos componentes de la fuerza electromagnética , una de las cuatro fuerzas fundamentales de la naturaleza.

Los campos magnéticos se utilizan en toda la tecnología moderna, particularmente en ingeniería eléctrica y electromecánica . Los campos magnéticos giratorios se utilizan tanto en motores eléctricos como en generadores . La interacción de campos magnéticos en dispositivos eléctricos como transformadores se conceptualiza e investiga como circuitos magnéticos . Las fuerzas magnéticas dan información sobre los portadores de carga en un material a través del efecto Hall . La Tierra produce su propio campo magnético , que protege la capa de ozono de la Tierra del viento solar y es importante en la navegación con brújula .

La fuerza sobre una carga eléctrica depende de su ubicación, velocidad y dirección; Se utilizan dos campos vectoriales para describir esta fuerza. [1] : ch1  El primero es el campo eléctrico , que describe la fuerza que actúa sobre una carga estacionaria y da la componente de la fuerza que es independiente del movimiento. El campo magnético, por el contrario, describe el componente de la fuerza que es proporcional tanto a la velocidad como a la dirección de las partículas cargadas. [1] : ch13  El campo está definido por la ley de fuerza de Lorentz y es, en cada instante, perpendicular tanto al movimiento de la carga como a la fuerza que experimenta.

Hay dos diferentes, pero estrechamente relacionados los campos de vectores que son tanto a veces llamado el "campo magnético", escrito B y H . [nota 1] Si bien tanto los mejores nombres para estos campos como la interpretación exacta de lo que estos campos representan han sido objeto de un largo debate, existe un amplio acuerdo sobre cómo funciona la física subyacente. [7] Históricamente, el término "campo magnético" se reservó para H durante el uso de otros términos para B , pero muchos libros de texto recientes usan el término "campo magnético" para describir B , así como o en lugar de H . [nota 2]Hay muchos nombres alternativos para ambos (ver barra lateral).

La forma del campo magnético producido por un imán de herradura se revela por la orientación de las limaduras de hierro rociadas en una hoja de papel sobre el imán.
Encontrar la fuerza magnética
Dado que estos tres vectores están relacionados entre sí por un producto cruzado , la dirección de esta fuerza se puede encontrar usando la regla de la mano derecha .
Visualización de campos magnéticos
Izquierda: la dirección de las líneas del campo magnético representadas por limaduras de hierro rociadas sobre un papel colocado encima de una barra magnética.
Derecha: las agujas de la brújula apuntan en la dirección del campo magnético local, hacia el polo sur de un imán y lejos de su polo norte.
El modelo de polo magnético: dos polos opuestos, Norte (+) y Sur (-), separados por una distancia d producen un campo H (líneas).
El modelo de bucle amperiano
Un bucle de corriente (anillo) que entra en la página en la x y sale en el punto produce un campo B (líneas). A medida que se reduce el radio del bucle de corriente, los campos producidos se vuelven idénticos a un "dipolo magnetostático" abstracto (representado por una flecha que apunta hacia la derecha).
Torque en un dipolo
En el modelo de polo de un dipolo, un campo H (a la derecha) causa fuerzas iguales pero opuestas en un polo N ( + q ) y un polo S ( - q ) creando un par de torsión.
De manera equivalente, un campo B induce el mismo par en un bucle de corriente con el mismo momento dipolar magnético.
Regla de agarre de la mano derecha : una corriente que fluye en la dirección de la flecha blanca produce un campo magnético mostrado por las flechas rojas.
Un solenoide con corriente eléctrica que lo atraviesa se comporta como un imán.
Comparación de B , H y M dentro y fuera de una barra magnética cilíndrica.
Un bosquejo del campo magnético de la Tierra que representa la fuente del campo como un imán. El polo sur del campo magnético está cerca del polo norte geográfico de la Tierra.
Uno de los primeros dibujos de un campo magnético, de René Descartes , 1644, que muestra la Tierra atrayendo piedras imán . Ilustró su teoría de que el magnetismo era causado por la circulación de diminutas partículas helicoidales, "partes roscadas", a través de los poros roscados de los imanes.
Hans Christian Ørsted , Der Geist in der Natur , 1854