Campos magnéticos

¿Qué es un campo magnético?

Cuando un objeto magnético entra en un campo magnético experimenta una de estas dos opciones:

• Una fuerza atractiva, que lo hala hacia la fuente del campo magnético.
• Una fuerza repulsiva, que lo aleja.

Los campos magnéticos pueden variar enormemente: bien pueden ser un campo continuamente constante, conocido como campo magnetostático; o bien la magnitud y dirección del campo pueden cambiar constantemente, dependiendo de cómo generemos el campo magnético.

Polos magnéticos

Estos polos tienen propiedades magnéticas que los hacen interactuar entre sí, de acuerdo con ciertas características importantes:

• Los polos opuestos se atraen, lo que significa que el polo norte de un imán se atraerá hacia el polo sur de otro imán, y viceversa.
• Mientras que, los polos del mismo tipo se repelen, lo que significa que dos polos norte o dos polos sur se repelerán entre sí.

Líneas de campo magnético

Podemos representar las líneas a lo largo de las cuales actúan las fuerzas magnéticas con líneas de campo magnético.

Por tanto, solo inferimos su presencia en virtud de la fuerza que experimentan los objetos magnéticos situados en cada punto del campo; incluso entonces, la fuerza es lo que medimos, no la intensidad del campo magnético, en sí.

Las líneas de campo comienzan en el polo norte y terminan en el polo sur. Las flechas nos muestran la dirección en la que el polo norte de un segundo imán sentiría una fuerza magnética, si entrara en el campo magnético del primero. Cuanto más cerca estén las líneas de campo entre sí, más intenso será el campo magnético; es decir, mayor será la fuerza magnética que sentirá otro imán.

Fig. 1: Las líneas de campo magnético parten del polo norte y terminan en el polo sur.

¿Cómo crear un campo magnético?

Cualquier cantidad de corriente que pase por un alambre generará un campo magnético; sin embargo, la intensidad de este campo puede variar mucho. Una corriente más intensa genera un campo magnético más intenso. Si la corriente es continua, tanto en magnitud como en dirección, generará un campo magnetostático. Sin embargo, si esta corriente es alterna, la dirección del campo magnético acabará cambiando tan a menudo como la dirección de la corriente, lo que alterará la magnitud del campo magnético.

Fig. 2: Ejemplo de un alambre por el que circula una corriente que genera un campo magnético.

Para aumentar de forma óptima la eficacia de un campo magnético, lo mejor es generarlo con un alambre en espiral. Estas bobinas de alambre se denominan solenoides. Hacer pasar corriente por un alambre en espiral generará un campo magnético intenso, y un mayor número de espiras aumentará la intensidad del campo magnético.

La dirección en la que fluye un campo magnético generado por un hilo conductor de corriente es fácil de determinar cuando se conoce la regla de la mano derecha.

Observa la siguiente imagen y pruébalo por ti mismo; verás que la dirección en la que van tus dedos se alinea con las líneas del campo magnético que se muestran.

Fig. 3: Si la corriente viajara en la misma dirección que el pulgar, los dedos se curvarían en la dirección en que lo haría el campo magnético producido por la corriente.

Fórmula del campo magnético

La fórmula utilizada para calcular la magnitud de un campo magnético, a partir de una corriente transportada en un alambre, es la siguiente:

\[B=\dfrac{\mu_0 I}{2\pi r}\]

Donde:

• \(B\) es la magnitud del campo magnético, medida en Teslas (\(\mathrm{T}\)).
• \(\mu_0\) es la permeabilidad del espacio libre, que es igual a \(4\pi \cdot 10^{-7}\,\,\mathrm{T\, m /A}\).
• \(I\) es igual a la magnitud de la corriente eléctrica que circula por un hilo que actúa como fuente del campo magnético, medida en amperios (\(\mathrm{A}\)).
• \(r\) es la distancia a la fuente del campo magnético, medida en metros (\(\mathrm{m}\)).

Hagamos un ejemplo práctico:

Unidades del campo magnético

Las unidades que se utilizan para medir el campo magnético son:

1. Tesla (\(\mathrm{T}\)): Es la unidad del Sistema Internacional (SI) para medir la intensidad del campo magnético. Un tesla es igual a un weber por metro cuadrado (\(\mathrm{Wb/m^2}\)). El tesla se usa para medir campos magnéticos de alta intensidad, como los generados por imanes superconductores o en aplicaciones industriales.

2. Gauss (\(\mathrm{G}\)): Es una unidad de medida del campo magnético que se utiliza en algunos contextos más antiguos o en aplicaciones de baja intensidad. Un gauss es igual a \(0\,0001\) teslas, o 1 tesla equivale a \(10\,000\) gauss. Esta unidad suele emplearse para medir campos magnéticos más débiles, como los generados por imanes permanentes o en aplicaciones médicas.

3. Amperio por metro (\(\mathrm{A/m}\)): Es una unidad que se emplea para medir la intensidad del campo magnético generado por una corriente eléctrica. Un amperio por metro es igual a la intensidad de un campo magnético producido por una corriente de un amperio que circula por un conductor rectilíneo a una distancia de un metro.

Aplicaciones de campos magnéticos

Los campos magnéticos tienen muchos usos en el mundo moderno. Se emplean en innumerables tecnologías y nos facilitan la vida en muchos otros tipos de productos que utilizamos a diario. ¡Veamos algunos ejemplos!

• La utilización más básica de los campos magnéticos es el transporte de material magnético. Muchas cosas que usamos a diario están hechas de hierro, desde sartenes hasta aparatos de aire acondicionado. Esto también significa que muchos de nuestros residuos están hechos de hierro. Los campos magnéticos, que generamos enrollando alambre, sirven para transportar o mover estos residuos de una forma mucho más eficaz que con el trabajo humano.
• Los campos magnéticos tienen una aplicación particular en medicina. La resonancia magnética combina campos magnéticos con el empleo de ondas de radio para generar imágenes, incluidas imágenes detalladas del interior de determinadas partes del cuerpo.
• La levitación magnética parece ciencia ficción, pero los trenes de todo el mundo emplean esta tecnología. La enorme magnitud de la fuerza de repulsión entre el tren y las vías garantiza que no se produzca fricción alguna, lo que convierte a estos trenes en los más rápidos del planeta.
• Las ondas electromagnéticas, u ondas EM, son las que utilizamos para transportar información a través del planeta en un abrir y cerrar de ojos. Gracias a ellas disfrutamos de la televisión, la radio y otras innumerables formas de entretenimiento y comunicación.
• Un motor eléctrico funciona tomando un bucle de alambre con una corriente continua a su alrededor y colocándolo entre los polos norte y sur de dos imanes.