¿Qué es un campo magnético?

Seguramente todos de pequeños tuvimos algún acercamiento con los imanes. De pequeño, ¿a quién de nosotros no le gustaba tomar las figuras de mamá pegadas en el refrigerador e investigar porque se pegaban ahí? ¿Y qué hay de esa extraña sensación que sentíamos al querer juntarlos y no lo logramos porque se repelían entre ellos mismos? Bien,pues es momento de saber ¿que es el magnetismo? no solo es un termino científico ni sus aplicaciones son exclusivas para la diversión o para experimentos científicos; el magnetismo es mucho mas que eso es una de las leyes de la física básica, sobre las que se basa nuestro planeta y todo el universo

El magnetismo ocurre cuando un campo magnético está presente, ya sea un imán natural o alguna imán creado por el hombre. Tambien puede ser producido por el funcionamiento de los electroimanes que funcionan aplicando energía eléctrica sobre un objeto de hierro puro y cubierto de espirales de cobre, esto a su vez produce el magnetismo de nuestro electroiman

Electroiman
Electroiman
Campo magnético
Campo magnético

Definición del campo magnético

Los campos magnéticos se definen de varias maneras, todo dependiendo del contexto. Sin embargo, en términos simples, es un campo invisible que ejerce una fuerza que no es perceptible para nuestros ojos sobre materiales o sustancias sensibles al magnetismo. Los imanes también ejercen fuerzas entre si a través de los campos magnéticos que ellos mismos crean.

Como ya leímos arriba un imán puede hacerse, aplicando una corriente eléctrica a un objeto que haga su función como solenoide. Y estos también son de naturaleza dipolar, lo que significa que tienen un polo magnético norte y uno sur. La unidad de medida internacional utilizada para medir los campos magnéticos es el Tesla y para los campos magnéticos pequeños se miden en Gauss

 (1 Tesla = 10.000 Guass).

Formula del campo magnético

La formula matemática para medir un campo magnético se define en términos de la cantidad de fuerza que ejerce sobre una carga en movimiento. La medición de esta fuerza es consistente con la Ley de Fuerza de Lorentz, que puede expresarse como F= qvB, donde F es la fuerza magnética, q es la carga eléctrica, v es la velocidad y el campo magnético es B. Esta relación es un producto vectorial, donde F es perpendicular (->) a todos los demás valores.

Debe mencionarse que hay diferentes casos de obtener el resultado de un campo magnético, según sean las circunstancias de dicho objeto que ejerza un campo magnético. Te enlistare las variaciones y sus respectivas formulas.

Lineas de campo magnético

Los campos magnéticos son representados por líneas continuas de fuerza (o flujo magnético) que emergen de los polos magnéticos que buscan el norte y entran en los polos que buscan el sur. La densidad de las líneas indica la magnitud del campo, estando más concentradas en los polos (donde el campo es fuerte) abriéndose y debilitándose a medida que se alejan de los polos.

Los campos magnéticos están representados por líneas rectas paralelas y equidistantes. Estas líneas son continuas, formando bucles cerrados que corren de norte a sur, y dando vueltas de nuevo. La dirección del campo magnético en cualquier punto es paralela a la dirección de las líneas de campo cercanas, y la densidad local de las líneas de campo es proporcional a su intensidad.

Las líneas de campo magnético se asemejan a un flujo de fluido, en el sentido de que son aerodinámicas y continuas, y aparecen más (o menos) líneas, dependiendo de cuán cerca se observe un campo. Las líneas de campo son útiles como representación de los campos magnéticos, permitiendo que muchas leyes del magnetismo (y del electromagnetismo) sean simplificadas y expresadas en términos matemáticos.

Una manera sencilla de observar un campo magnético es colocar limaduras de hierro alrededor de un imán de hierro. Los arreglos de estas limaduras corresponderán entonces a las líneas de campo, formando rayas que se conectan en los polos. También aparecen durante las auroras polares, en las que rayas visibles de luz se alinean con la dirección local del campo magnético de la Tierra.

lineas de campos magnéticos by NASA
lineas de campos magnéticos by NASA
demostración de campos magnéticos
demostración de campos magnéticos

Historia sobre los campos magnéticos

El estudio de los campos magnéticos comenzó en 1269 cuando el erudito francés Petrus Peregrinus de Maricourt trazó el campo magnético de un imán esférico utilizando agujas de hierro. Los lugares por donde estas líneas se cruzaban los llamaba “polos” (en referencia a los polos de la Tierra), los cuales él continuaría afirmando que todos los imanes poseían.

Durante el siglo XVI, el físico y filósofo natural inglés William Gilbert de Colchester replicó el experimento de Peregrinus. En 1600, publicó sus hallazgos en un tratado (De Magnete) en el que afirmaba que la Tierra es un imán. Su trabajo fue intrínseco al establecimiento del magnetismo como ciencia.

En 1750, el clérigo y filósofo inglés John Michell declaró que los polos magnéticos se atraen y repelen entre sí. La fuerza con la que lo hacen, observó, es inversamente proporcional al cuadrado de la distancia, también conocido como la ley del cuadrado inverso.

En 1785, el físico francés Charles-Augustin de Coulomb verificó experimentalmente el campo magnético de la Tierra. A continuación, el matemático y geómetra francés del siglo XIX Simeon Denis Poisson creó el primer modelo del campo magnético, que presentó en 1824.

En el siglo XIX, otras revelaciones refinaron y desafiaron las nociones previamente sostenidas. Por ejemplo, en 1819, el físico y químico danés Hans Christian Orsted descubrió que una corriente eléctrica crea un campo magnético a su alrededor. En 1825, André-Marie Ampère propone un modelo de magnetismo en el que esta fuerza se debe a los bucles de corriente que fluyen constantemente, en lugar de los dipolos de carga magnética.

En 1831, el científico inglés Michael Faraday demostró que un campo magnético cambiante genera un campo eléctrico envolvente. En efecto, descubrió la inducción electromagnética, que se caracterizaba por la ley de inducción de Faraday (también conocida como la Ley de Faraday).

Entre 1861 y 1865, el científico escocés James Clerk Maxwell publicó sus teorías sobre la electricidad y el magnetismo, conocidas como las Ecuaciones de Maxwell. Estas ecuaciones no sólo apuntaban a la interrelación entre la electricidad y el magnetismo, sino que mostraban cómo la luz misma es una onda electromagnética.

El campo de la electrodinámica se amplió aún más a finales del siglo XIX y principios del XX. Por ejemplo, Albert Einstein (quien propuso la Ley de Relatividad Especial en 1905), mostró que los campos eléctricos y magnéticos son parte de los mismos fenómenos vistos desde diferentes marcos de referencia. La aparición de la mecánica cuántica también condujo al desarrollo de la electrodinámica cuántica (QED).

Ejemplos sobre los campos magnéticos

Un ejemplo clásico de campo magnético es el campo creado por un imán de hierro. Como se mencionó anteriormente, el campo magnético puede ser ilustrado rodeándolo con limaduras de hierro, las cuales serán atraídas a sus líneas de campo y se formarán en una formación de bucles alrededor de los polos.

Ejemplos más grandes de campos magnéticos incluyen el campo magnético de la Tierra, que se asemeja al campo producido por una simple barra magnética. Se cree que este campo es el resultado del movimiento en el núcleo de la Tierra, que se divide entre un núcleo interno sólido y un núcleo externo fundido que gira en la dirección opuesta de la Tierra. Esto crea un efecto dínamo, que se cree que potencia el campo magnético de la Tierra (también conocido como magnetosfera).Este campo se denomina campo dipolar porque tiene dos polos – norte y sur, situados en cada extremo del imán – donde la intensidad del campo es máxima. En el punto medio entre los polos la fuerza es la mitad de su valor polar, y se extiende decenas de miles de kilómetros en el espacio, formando la magnetosfera de la Tierra.

Se ha demostrado que otros cuerpos celestes tienen sus propios campos magnéticos. Esto incluye a los gigantes de gas y hielo del Sistema Solar – Júpiter, Saturno, Urano y Neptuno. El campo magnético de Júpiter es 14 veces más poderoso que el de la Tierra, haciéndolo el campo magnético más fuerte de cualquier cuerpo planetario. La luna de Júpiter Ganímedes también tiene un campo magnético, y es la única luna en el Sistema Solar que se sabe que tiene uno.

Se cree que Marte tuvo una vez un campo magnético similar al de la Tierra, que también fue el resultado de un efecto dínamo en su interior. Sin embargo, debido a una colisión masiva, o a un rápido enfriamiento en su interior, Marte perdió su campo magnético hace miles de millones de años. Es por esto que se cree que Marte ha perdido la mayor parte de su atmósfera, y la capacidad de mantener agua líquida en su superficie.

Cuando se trata de eso, el electromagnetismo es una parte fundamental de nuestro Universo, justo ahí arriba con las fuerzas nucleares y la gravedad. Entender cómo funciona, y dónde ocurren los campos magnéticos, no sólo es clave para entender cómo llegó a ser el Universo, sino que también puede ayudarnos a encontrar vida más allá de la Tierra algún día.

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