Campo magnético

Te explicamos qué es el campo magnético, cómo se originan y los tipos que existen. Además, cuáles son sus características y medición.

¿Qué es un campo magnético?

Cuando se habla de un campo magnético se hace referencia a una representación matemática de cómo se distribuyen las fuerzas magnéticas en el espacio alrededor de una fuente magnética.

El campo magnético se encuentra en la región que rodea la fuente de energía magnética y es en esta región donde la energía puede interactuar con otros elementos sensibles al magnetismo, como los metales ferromagnéticos.

Los campos magnéticos son siempre dipolares, es decir, tienen un polo norte y uno sur, o sea, uno positivo y uno negativo. Se describen de manera vectorial, es decir, como un conjunto de fuerzas dotadas de dirección y magnitud, representables mediante vectores en una cuadrícula. Estos vectores se comportan como brújulas y su magnitud de respuesta depende de la intensidad de la fuerza magnética.

Siempre que haya una fuente de energía magnética, habrá un campo magnético para describir cómo actúan las fuerzas magnéticas. La interacción entre estos campos en dispositivos eléctricos (como los transformadores) es materia de estudio en la ciencia de los circuitos magnéticos.

Ver además: Leyes de Newton

Historia de los campos magnéticos

Desde la antigüedad se conoce la existencia del magnetismo y las fuerzas de atracción o repulsión que se generan entre imanes. Pero hubo que esperar hasta el siglo XIX para que la relación entre magnetismo y electricidad se hiciera evidente y fuera estudiada de manera formal.

Inicialmente se conocía solo el magnetismo del hierro (ferromagnetismo) hasta que en 1820 el científico danés Hans Christian Oersted demostró el efecto que la electricidad tenía sobre una brújula y descubrió lo que años después describirían las ecuaciones de Maxwell.

¿Cómo se origina un campo magnético?

Para que exista un campo magnético debe haber una fuente de energía magnética, esto es, un imán o electroimán, o una corriente eléctrica en desplazamiento.

La correlación entre electricidad y magnetismo está descrita en la Ley de Ampère y las ecuaciones de Maxwell. La presencia de un campo magnético puede detectarse mediante un magnetómetro.

Ley de Fuerza de Lorenz

La llamada Fuerza de Lorentz es una forma de definir los campos magnéticos matemáticamente, ya que dicha fuerza es la que ejerce un imán o una corriente eléctrica sobre una región del espacio donde una carga eléctrica puntual (q) se desplaza experimentando los efectos de una fuerza proporcional y perpendicular a la velocidad (v) y al campo (B). Esta carga percibirá una fuerza cuyo módulo puede calcularse según esta ecuación:

|F| = |q|.|v|.|B|. sen(θ).

donde F es la fuerza magnética, v es velocidad, B el campo magnético y θ es el ángulo que forma la velocidad de la carga q con respecto al campo magnético B.

Tipos de campos magnéticos

Los campos magnéticos se clasifican según su fuente de creación, en:

• Campos magnéticos de imán. Son aquellos creados naturalmente por un imán o metal magnetizado, originados por el movimiento de los electrones alrededor del núcleo atómico y además sobre su propio eje, en un giro conocido como spin.
• Campos magnéticos de corriente. Son aquellos generados por las cargas en movimiento de una corriente eléctrica, como en los electroimanes: una carga eléctrica se hace circular por una pieza metálica y ésta se imanta de inmediato generando un campo a su alrededor.

Líneas del campo magnético

Las líneas de un campo magnético o líneas de inducción son una forma de representar gráficamente la acción de las fuerzas magnéticas en el espacio. Son líneas que nunca se cruzan y que se amontonan en las regiones en que el campo es más intenso, ya que la densidad de líneas es sinónimo de la intensidad del campo.

Estas líneas son las que luego son representadas matemáticamente como vectores, pero en la realidad pueden constatarse mediante el experimento sencillo de colocar una hoja de papel blanco sobre un imán y verter sobre el papel limaduras de hierro, para observar el modo en que se disponen visualmente alrededor de ambos polos.

Intensidad de los campos magnéticos

La intensidad del campo magnético se refiere a dos formas de magnitud de las fuerzas magnéticas:

• Excitación magnética o campo H. Comprendiendo el magnetismo de modo muy similar a la electricidad, describe qué tan intensa es la energía del campo magnético en una región puntual y específica del mismo. Se determina según la relación del campo con sus fuentes eléctricas.
• Inducción magnética o campo B. Considerada la medición auténtica del campo magnético, mide la cantidad de flujo magnético por unidad de área en una región determinada del campo. Es decir, estudia el campo en función de sus efectos sobre las cargas.

¿Cómo se miden los campos magnéticos?

Al tratarse de una magnitud vectorial, la medición de los campos magnéticos incluye tanto la intensidad como la dirección del campo.

Para la dirección existen mecanismos sencillos de medición como la brújula: hacia dónde apunte la aguja será el polo, tal como ocurre en el planeta con el polo norte terrestre.

Para la intensidad, en cambio, en el pasado se empleaba el magnetómetro, capaz de medir la fuerza que siente un electrón al moverse a través del campo magnético.

Los primeros aparatos de este tipo surgieron en el siglo XIX, pero en 1988 fueron mejorados por el descubrimiento de la magnetorresistencia gigante.

La intensidad del campo se mide, de acuerdo al SI en Teslas (T), en honor al científico checo estudioso de la electricidad y el magnetismo, o bien en Gauss (G) dependiendo del tamaño del campo a medir.

Dirección de un campo magnético

La dirección del campo magnético se describe mediante líneas de fuerza o vectores que señalan la dirección hacia donde las fuerzas magnéticas empujan una carga que se encuentre en el campo.

De hecho, las variables B y H de la intensidad del campo son ambas vectoriales, poseen una magnitud, una dirección y un sentido que son variables de acuerdo a la cercanía de la región del campo respecto a la fuente magnética o polo.

Campo magnético en los seres vivos

Conocido como bioelectromagnetismo, este fenómeno dado en seres vivientes de distinto tipo se refiere a la creación de campos magnéticos dentro de sus cuerpos o la interacción de algunas partes de ellos con el campo magnético terrestre.

Las palomas y muchos animales migratorios poseen sensibilidad para detectar el campo magnético terrestre y saber hacia dónde migrar dependiendo de la estación o la época.

Además, está demostrada la acción eléctrica de los nervios sobre la musculatura del cuerpo y cómo la transmisión de iones y otras sustancias magnéticas permite que se lleve a cabo la conexión nerviosa entre neuronas.

Campo magnético terrestre

La Tierra posee un campo magnético enorme, conocido como magnetósfera o campo geomagnético. Se origina por el constante movimiento del núcleo de metales ferromagnéticos del planeta (hierro y cobre mayormente) debido a la rotación terrestre.

Cumple con roles importantísimos para el equilibrio eléctrico del mundo, como protegernos del viento solar y rechazar otras formas de electromagnetismo que podrían resultar perjudiciales para la vida (rayos cósmicos).

A este campo enorme reaccionan, además, las brújulas que empleamos para la navegación, indicando siempre el norte.

Puede servirte: Magnetismo terrestre

Referencias:

• “Campo magnético” en Wikipedia.
• “¿Qué son los campos magnéticos?” en Khan Academy.
• “Campo magnético” en Ciencias Naturales.
• “Campo magnético” en Física Práctica.
• “Magnetic Field” en Enciclopedia Britannica.
• “Campos magnéticos” en Monografías.com.