Preguntas teoricas de campo magnético

MAGNETISMO NATURAL. EXPERIENCIAS DE ÖERSTED


 El fenómeno natural más destacado relacionado con el magnetismo natural, es la existencia de determinados minerales, fundamentalmente formados por hierro, cobalto o níquel, que poseen propiedades ferromagnéticas(son imanes o pueden convertirse en imanes). Estos fenómenos se conocían desde la antigüedad. En la Grecia Clásica se conocían las propiedades magnéticas de un mineral llamado magnetita y la brújula fue inventada por los navegantes chinos del siglo X. Faraday explicó la interacción entre imanes en base al campo magnético.
Logró visualizar este campo esparciendo limaduras de hierro sobre un imán.
(Líneas de campo magnético). No fue hasta 1820, que el científico danés Öersted encontró el origen de este campo magnético, descubierto por Faraday. Observó que cuando acercamos una brújula a una corriente eléctrica, la primera, se desvía por la acción de esta corriente. De esta manera llegó a la conclusión de que el campo magnético, que hacia girar a la aguja de la brújula, estaba originado por la corriente eléctrica, es decir, que el campo magnético era originado por el movimiento de cargas eléctricas. Posteriormente, con el descubrimiento de la estructura de los átomos, se explica el magnetismo natural en base al movimiento de los electrones alrededor del núcleo. Hoy en día también se sabe que aparte del magnetismo causado por el giro del electrón alrededor del núcleo, el mismo electrón, al igual que otras partículas fundamentales, posee una propiedad intrínseca, el espín, que junto con su carga eléctrica hace que estas partículas se comporten como minúsculos imanes. Generalmente los momentos magnéticos de los átomos de una muestra se anulan y tenemos sustancias diamagnéticas, que son repelidas ligeramente por el campo magnético. Si los momentos magnéticos no se anulan totalmente, tenemos sustancias paramagnéticas, que son atraídas débilmente por los campos magnéticos, debido a la fuerte interacción de los distintos momentos magnéticos de los átomos de la muestra, que hacen que esta se divida en regiones, dominios magnéticos, donde todos los momentos magnéticos de los átomos están alineados en una única dirección.

CAMPO MAGNÉTICO.LÍNEAS DE FUERZA. FLUJO MAGNÉTICO

 Supongamos un imán situado en una región del espacio. Interaccionará con otro imán colocado a cierta distancia del primero. Es decir, cambian las propiedades del espacio que circunda al imán, puesto que antes de que estuviese, el otro imán no sentía ninguna fuerza. A esta propiedad que introduce el imán, que hace que cualquier otro imán sufra una fuerza, se le llama campo magnético. El campo magnético es una magnitud vectorial. Se representa por B. Su unidad en el S.I es el Tesla(T) aunque es frecuentemente expresarlo en Gauss(1G=10-4 T). Tiene menor intensidad que el campo electrostático, pero es mucho más intenso que el campo gravitatorio. Su intensidad depende del medio. Esta dependencia viene marcada por la constante magnética nu= 4pi x 10-7. B no es un campo conservativo. Las Líneas de campo salen del polo norte magnético de un imán y entran por el polo sur. Fueron Biot y Savart, quienes encontraron la expresión que nos permite calcular el campo magnético, producido por una carga en movimiento o por un elemento de corriente.



FLUJO MAGNÉTICO


El flujo magnético nos indica la cantidad de lineas de campo que atraviesan una determinada superficie. Supongamos una espira, o circuito cerrado, que encierra una superficie, y que se encuentra en el interior de un campo magnético. Habrá líneas de campo que atravesarán la superficie. La cantidad de líneas de campo que la atraviesen dependerá de tres factores: Intensidad del campo B, Tamaño de la superficie(S) y Orientación de la superficie. Para calcular el flujo de un campo uniforme sobre una superficie plana calculamos el producto escalar de campo B por el vector superficie.


Si el campo no es uniforme y la superficie no es plana, tendremos que descomponer esta superficie en una infinitud de superficies infinitesimales, donde podamos suponer que el campo toma un valor constante y después sumar todos esos flujos. En matemáticas existe una herramienta para hacer este tipo de cálculos, que se llama integral.


La unidad del flujo en el SI es el Webber(Wb)=Txm2. El campo magnético, como ya vimos no es conservativo, pero si que es solenoidal, es decir, su flujo, a través de una superficie cerrada, siempre es cero. Esta propiedad es debida a que no existen monopolos magnéticos. Matemáticamente se puede expresar como:


CAMPO MAGNÉTICO CREADO POR UNA CARGA EN MOVIMIENTO


 Viene dado por la expresión de Bior y Savart.


Como vemos al igual que el campo electrostático o gravitatorio, su intensidad decrece con el cuadrado de la distancia, pero ahora no sólo depende de la carga eléctrica, sino que también depende de la velocidad que lleve la partícula que crea el campo. En cuanto a su dirección y sentido, esos vienen dados por la regla de la mano derecha al llevar v sobre r, de tal modo que las líneas de campo magnético, abrazan al vector velocidad. Puesto que la velocidad depende del sistema de referencia, el campo magnético también y así distintos observadores verán distintos campos magnéticos creados por una carga en movimiento. 

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