Tema 2. El campo magnético

En este tema se estudian las fuentes o causas del campo magnético. Se comienza con la presentación de la ley de Biot-Savart para un elemento de corriente que se aplica al cálculo de campos magnéticos producidos por algunas configuraciones de corriente comunes (corriente rectilínea indefinida, espira circular en su eje y solenoide) y a partir de las acciones mutuas entre dos corrientes rectilíneas indefinidas se define el amperio, unidad de la corriente eléctrica en el Sistema Internacional de Unidades.

Los campos magnéticos difieren de los campos eléctricos que estudiado hasta el momento en varios aspectos. Por un lado, son producidos por cargas eléctricas que se mueven respecto al observador, como las corrientes eléctricas, en lugar de estar producidos por cargas eléctricas en reposo como sucedía con los campos eléctricos que estudiamos en los temas 2 y 5 (electrostática). Además, las líneas de fuerza del campo magnético son cerradas sobre sí mismas, a diferencia de las líneas del campo electrostático que son abiertas, con origen en las cargas eléctricas positivas y final en las negativas. Sin embargo, las líneas del campo magnético no empiezan en un punto y terminan en otro, sino que, de alguna manera, se enrollan en torno a las corrientes eléctricas que originan el campo. Como en los temas 3 y 4, en este tema se considerarán únicamente campos magnéticos estáticos o estacionarios, es decir, independientes del tiempo.

Comenzamos con la definición del flujo del campo magnético a través de una superficie, de forma análoga a como se definió el flujo del campo eléctrico, presentándose la ley de Gauss  para el campo magnético, válida no sólo para campos estacionarios, sino para cualquier tipo de campo y que constituye otra de las cuatro ecuaciones de Maxwell del campo electromagnético. Es importante señalar que las líneas del campo magnético son cerradas sobre sí mismas debido a la no existencia de monopolos magnéticos y esto da lugar a que el flujo del campo magnético a través de una superficie cerrada es siempre nulo. A continuación se analiza la ley de Ampère, aplicándola al cálculo de algunos campos magnéticos de interés práctico producidos por distribuciones de corriente de gran simetría como el creado por una corriente rectilínea e indefinida, por la corriente en un cilindro, en puntos dentro y fuera del mismo, o el campo magnético creado por un solenoide muy largo. Es importante puntualizar que la ley de Ampère es una prueba de que el campo magnético no es un campo conservativo, ya que su circulación a lo largo de cualquier línea cerrada no es siempre nula, sino que para campos estacionarios es proporcional a la corriente eléctrica enlazada por la línea cerrada.

Finalmente se analiza la magnetización de la materia, pues al estar constituida por átomos y éstos poseer un núcleo positivo rodeado de electrones en movimiento, es lógico pensar que la materia debe presentar ciertas propiedades magnéticas asociadas al movimiento de sus cargas. Es posible observar experimentalmente que la magnetización de un material varía cuando se aplica un campo magnético externo o cuando varía su temperatura, de modo que los materiales, en función de su respuesta, se pueden clasificar en diamagnéticos, paramagnéticos y ferromagnéticos.

Puedes visualizar el vídeo Acciones entre corrientes de la colección de “Experiencias de Física” de la Universidad de Alicante.

Puedes visualizar el vídeo Ley de Biot-Savart: campo magnético de un solenoide de la colección de “Experiencias de Física” de la Universidad de Alicante.

 

About Augusto Beléndez

Catedrático de Física Aplicada en el Departamento de Física, Ingeniería de Sistemas y Teoría de la Señal de la Universidad de Alicante. Miembro del Instituto Universitario de Física Aplicada a las Ciencias y las Tecnologías (IUFACyT) así como del Grupo de Investigación "Holografía y Procesado Óptico" (GHPO) y del Grupo de Innovación Tecnológica-Educativa "Física, Óptica y Telecomunicaciones" (GITE-FOT). Miembro de la RSEF y SEDOPTICA. Senior member de la OSA y Fellow member del SPIE. -- Full Professor of Applied Physics in the Department of Physics, Systems Engineering and Signal Theory at the University of Alicante (Spain). Member of the University Institute of Physics Applied to Sciences and Technologies (IUFACyT) as well as the Research Group "Holography and Optical Processing" (GHPO) and the Technological-Educational Innovation Group "Physics, Optics and Telecommunications" (GITE-FOT). Member of the RSEF and SEDOPTICA. OSA Senior member and SPIE Fellow.
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