Campos electromagnéticos

Todos hemos visto o jugado alguna vez con imanes, y los imanes tienen muchas aplicaciones. Pensemos en la navegación mediante brújulas o en la exhibición de buenos boletines de notas en una nevera, por ejemplo.

Pero, ¿sabías que podemos crear un imán nosotros mismos? Sí, has leído bien: todo lo que necesitas es un núcleo de metal blando (como un clavo), una pila, un cable enrollado alrededor del núcleo de metal blando conectado a esta pila, y ¡boom! Todo lo que necesitas es encender la pila, y habrás creado tu propio imán. Como su magnetismo está causado por la electricidad, lo llamamos electroimán. Todo esto funciona gracias a los campos electromagnéticos. Sigue leyendo si te interesa aprender más sobre este tema.

• Este artículo trata sobre los campos electromagnéticos.
• En primer lugar, veremos la definición de campo electromagnético.
• Continuaremos analizando cómo se genera un campo electromagnético.
• También, es muy importante saber cómo funcionan los campos electromagnéticos, por lo que será el punto que trataremos a continuación.
• Luego, aprenderemos a medir los campos electromagnéticos.
• Para terminar, estudiaremos algunos ejemplos de campos electromagnéticos.

Definición de campo electromagnético

Antes de ver la definición de campo electromagnético, es muy importante saber qué es el electromagnetismo, por lo que aquí te damos una definición:

Veamos, ahora, la definición de campo electromagnético:

¿Cómo se genera un campo electromagnético?

Toda la materia tiene una carga eléctrica —que puede ser positiva, negativa o cero—. Las cargas similares se repelen, mientras que las opuestas se atraen; estas fuerzas eléctricas son las que mantienen los electrones alrededor de los núcleos de los átomos.

Cuando un átomo pierde o gana electrones y se carga positiva o negativamente (es decir, se convierte en un ion), se genera un campo eléctrico a su alrededor. Y si las partículas cargadas se mueven (por ejemplo, los electrones a través de un cable conductor de corriente), el campo eléctrico que las rodea se moverá con ellas. Ese campo eléctrico en movimiento induce un campo magnético, con lo cual se genera un campo electromagnético.

¿Cómo funciona un campo electromagnético?

Ya hemos visto qué son y cómo se generan los campos electromagnéticos. Ahora, veamos cómo funcionan:

Podemos representar la densidad del campo magnético, alrededor de un hilo conductor de corriente, mediante círculos concéntricos que lo rodean.

Regla de la mano derecha

La dirección del campo magnético inducido alrededor de un conductor de corriente dependerá de la dirección del flujo de corriente. Aquí es donde resulta útil la regla de la mano derecha.

Para hacerlo más fácil: en papel, pantalla o cualquier objeto bidimensional, podemos tomar el símbolo de una cruz como indicación de una corriente que entra en una página y el símbolo de un punto como indicación de una corriente que sale de una página.

La figura siguiente ilustra este concepto, aplicando la regla de la mano derecha. Las líneas del campo magnético están más juntas cerca del hilo y se espacian más a medida que se alejan del hilo, lo que indica que la intensidad del campo magnético disminuye a medida que aumenta la distancia al hilo conductor de la corriente. Esto es lógico: ¡No esperamos sentir ninguna consecuencia de un hilo conductor de corriente al otro lado del mundo!

Fig. 3: La corriente entra en la pantalla de la izquierda, mientras que la corriente de la derecha sale de la pantalla.

Bobina circular

En la siguiente imagen se muestran las líneas de campo magnético alrededor de una bobina circular. Desde el lado izquierdo, la corriente fluye hacia dentro, por lo que el campo magnético producido sería contrario a las agujas del reloj. Del mismo modo, la corriente fluye hacia fuera desde el lado derecho, creando un campo magnético en el sentido de las agujas del reloj. Las líneas de campo magnético se combinan en el centro, para formar un único campo magnético que atraviesa el centro de una bobina.

Fig. 4: Representación del campo magnético producido por una bobina circular.

Solenoide

Si tomamos un trozo largo de alambre y lo doblamos de tal forma en la que generamos una especie de círculo (como si fuera un muelle), obtendríamos un solenoide. La siguiente imagen muestra un solenoide de este tipo. Puedes pensar en él como muchas copias de una bobina circular, una detrás de otra. Cada copia proporciona un poco de campo magnético, por lo que un solenoide se diseña de tal manera que se aumenta el efecto magnético de la corriente que pasa por el alambre.

Fig. 5: Un solenoide está formado por muchas copias de bobinas circulares.

¿Cómo medir los campos electromagnéticos?

Los campos electromagnéticos se miden con un medidor de campos electromagnéticos. Generalmente, se mide en Amperios por metro (A/m) (campo magnético) o en Voltios por metro (V/m) (campo eléctrico). Podemos utilizar un gaussímetro para medir los campos magnéticos, o podemos medir el campo eléctrico con un medidor de Campos Eléctricos.

Pero, antes de medirlos, es importante tener en cuenta cuáles son los factores que afectan a la fuerza de un campo electromagnético; sobre todo cuando se encuentra en forma de solenoide.

Factores que afectan a la fuerza de un electroimán que se encuentra como solenoide

Flujo de corriente

Si se aumenta el flujo de corriente, a través de un solenoide, el campo magnético producido será mayor. Esto hará que el electroimán sea más potente y la intensidad del campo magnético también aumente.

Número de espirales de una bobina

Si se aumenta el número de espirales de un solenoide, las líneas de campo magnético generadas serán mayores, siempre que la longitud del hilo permanezca constante.

Disminución de la longitud de la bobina

Si se disminuye la longitud del solenoide sin cambiar el número de vueltas de la bobina, entonces el campo magnético producido sería más fuerte.

Añadir un núcleo de hierro

Si se añade un núcleo de hierro al interior de un solenoide, la intensidad del campo magnético aumentaría drásticamente, ya que el hierro es un material magnético blando que se convertiría en un imán temporal. Mientras haya corriente, el núcleo de hierro se comportará como un imán inducido. En cuanto se apague la corriente que atraviesa el solenoide, el núcleo de hierro perderá toda su magnetización.

Ejemplos de campos electromagnéticos

La siguiente imagen muestra el campo magnético dentro de un solenoide. Este campo es fuerte, paralelo y uniforme; mientras que el campo magnético fuera de un solenoide se parece al de una barra magnética. Al igual que el imán de barra, el solenoide tiene un polo norte y un polo sur definidos por el lugar en el que sus líneas de campo magnético salen (polo norte) y entran (polo sur) del solenoide.

Fig. 6: Líneas del campo magnético en una barra magnética.

Un solenoide también puede denominarse electroimán porque, en esencia, es una barra magnética creada mediante la aplicación de electricidad. En cuanto se interrumpe la electricidad, el solenoide deja de actuar como un imán. Por lo tanto, cualquier electroimán solo se comportará como un imán mientras la corriente fluya por el cable.

Del mismo modo en que podemos crear un imán conectando y desconectando el suministro de corriente, también podemos invertir la dirección de los polos de un solenoide cambiando la dirección del flujo de corriente. La figura siguiente muestra las líneas del campo magnético y la formación de los polos correspondientes, si se invierte el sentido de la corriente, en comparación con el sentido de la corriente en la imagen anterior.

Fig. 7: Las líneas de campo magnético de un solenoide van en dirección opuesta para corrientes opuestas.

Si tienes curiosidad por saber la intensidad del campo magnético producido por un solenoide, basta con colocar una sonda magnética en el centro del solenoide y debería leer el campo magnético generado, en teslas. Sin embargo, las líneas de campo magnético producidas por pequeños electroimanes son muy débiles, en realidad, y hay aplicaciones en las que necesitamos electroimanes potentes.