Qué son los campos magnéticos - La guía completa

El campo magnético es un fenómeno especial que desempeña un papel importante en muchas aplicaciones. Tanto en las aplicaciones más básicas como en las más avanzadas, es primordial comprender adecuadamente este fenómeno.

Una razón por la que esta guía explora todo lo que necesita saber sobre el campo magnético.

Qué son los campos magnéticos

Para los principiantes, lo definimos como un objeto magnético que rodea donde a fuerza magnética se ejerce. En términos más sencillos, se trata de zonas invisibles alrededor del imán con capacidad para atraer o repeler otros objetos magnéticos.

Podemos analizar los campos magnéticos de dos maneras diferentes:

Campo vectorial

Como sabemos por la geometría matemática básica, cualquier vector debe poseer magnitud y dirección. El campo magnético cumple este requisito y, por lo tanto, podemos representarlo en un dibujo utilizando una cuadrícula con varios conjuntos de vectores.

Cada punto del vector debe ser unidireccional a la brújula. La intensidad de la fuerza magnética determinará la longitud de cada vector.

Líneas de campo magnético

En la medida en que son imaginarios, se sitúan alrededor de un imán. La densidad de líneas del campo determina la intensidad que puede poseer. El campo magnético suele ser muy intenso en sus polos y se debilita a medida que nos alejamos de ellos.

Origen de los campos magnéticos

Los campos magnéticos se generan por el movimiento de determinadas cargas eléctricas, concretamente los electrones. Se sabe que contienen una carga negativa y que su movimiento de una forma determinada puede generar campos magnéticos.

Podemos encontrar estos campos magnéticos situados en las estructuras internas de los materiales magnéticos. También podemos encontrar dichos campos contenidos en el interior de los alambres, fenómeno que denominamos electromagnetismo.

Los imanes utilizados para producir campos magnéticos suelen ser dipolares, es decir, tienen polos norte y sur.

Propiedades de los campos magnéticos

Los campos magnéticos tienen ciertas propiedades y características que les son propias. Veamos a grandes rasgos algunas de ellas:

• Las líneas de campo magnético no se superponen ni se cruzan en ningún punto.
• Todas las líneas del campo magnético tienen la misma longitud
• Dado que los campos magnéticos tienen magnitud y dirección, pueden denominarse magnitudes vectoriales.
• Las líneas del Campo Magnético seguirán un camino con la menor resistencia entre el Polo Norte y el Polo Sur.
• Los campos magnéticos observan una trayectoria de tipo bucle cerrado entre dos polos cualesquiera.
• Hay una disminución significativa de la densidad de las líneas de campo magnético a medida que se desplazan de una zona de mayor a menor permeabilidad.
• La dirección del flujo del Campo Magnético suele ser de Sur a Norte en un material. La dirección del flujo en el aire es la contraria, ya que se desplaza del polo Norte al polo Sur.
• El Campo Magnético en las regiones que rodean cualquiera de los polos de un imán es normalmente muy alto. Esto se debe a su alta concentración en esos puntos y escasa densidad en el centro del objeto magnético.

Medición de campos magnéticos

Hay varios que podemos utilizar para medir los campos magnéticos. Estos incluyen:

Magnetómetro

También llamado Gaussímetro, podemos utilizarlo para medir el campo magnético de una región específica. También tiene la capacidad de detectar la dirección en la que se mueven las líneas del campo magnético.

Pueden medir varios principios en función del tipo de Gaussímetro utilizado. Un buen ejemplo es el que mide utilizando el Efecto Hall midiendo la intensidad de un campo magnético mediante la corriente.

Otros Magnetómetros utilizan el efecto de inducción magnética. Esto les permite cuantificar la velocidad de magnetización de un material tras someterlo a un Campo Magnético.

Por último, tenemos algunos que se basan en el efecto Magnetorresistencia. Con ellos se puede determinar cómo reacciona un material cambiando su electricidad tras ser sometido a un campo magnético.

Fluxómetro

La diferencia entre esta herramienta y un Magnetómetro es que éste mide la densidad de flujo. Como sabemos, el flujo magnético es en realidad la suma de todos los campos magnéticos que atraviesan una zona específica.

Cumple la Ley de Faradays de inducción electromagnética. Tiene una bobina móvil que funciona entre dos bobinas fijas que inducen una tensión debido a su movimiento.

Este cambio de tensión es captado por un medidor de calibración. Esto cuantificará la presencia de flujo disponible en ese campo magnético.

Unidad de campo magnético

El Sistema Internacional de Medidas (también llamado unidad SI) para imanes se denomina Tesla. Esta unidad puede describirse como la densidad de flujo del imán o la fuerza que posee el campo magnético.

También disponemos de otras unidades que puede utilizar en casos relacionados con el electromagnetismo. Estas unidades SI incluyen Gauss, 109 gamma o Maxwell.

Intensidad del campo magnético

Se trata básicamente de la proporción de fuerza magnetomotriz que puede generar la densidad de flujo en una unidad de material de un imán. También podemos referirnos a ella como Intensidad de campo magnético.

Para saber cómo de fuerte es la densidad de flujo producida, nos basamos en algo llamado Intensidad de Campo Magnético. La unidad SI para esta magnitud física es en amperios por metro (A/m).

Debemos tener cuidado de no confundir la Intensidad de Campo Magnético con la Densidad de Flujo Magnético. Sin embargo, ambos términos pueden utilizarse para expresar la Intensidad de Campo Magnético.

La principal diferencia entre ambas es que la Densidad de Flujo Magnético (B) se mide en Newton-metros por Amperio (Nm/A). En cambio, la intensidad del campo magnético (H) se expresa en amperios por metro (A/m).

Efectos de la unión de dos campos magnéticos

Cuando acercas dos imanes distintos pero que no se tocan, el efecto será una perturbación de las líneas del campo magnético de ambos. Este escenario es similar a lo que ocurre cuando acercas diferentes cargas eléctricas, las líneas de campo eléctrico serán perturbadas.

Cuando se juntan dos polos similares (N y N o S y S), se repelen. Esto, a su vez, hará que los polos respectivos se alejen.

Si se juntan polos opuestos, las líneas del campo magnético se unirán, aumentando así su densidad en los polos.

Efectos biológicos de los campos magnéticos

Podemos clasificar los efectos biológicos de los Campos Magnéticos en dos. Pueden ser efectos físicos o efectos biológicos.

Los efectos físicos se producen principalmente cuando los objetos magnéticos implantados en nuestro cuerpo o a nuestro alrededor son atraídos por un Campo Magnético. Los objetos implantados pueden incluir marcapasos, implantes de órganos o incluso clips quirúrgicos atornillados en los huesos.

Cuando se exponen a una máquina de MRI con tales en su cuerpo, serán muy peligrosos en el Campo Magnético de las máquinas. Cuando la máquina se mueve a gran velocidad, los objetos tienden a alinearse con su campo magnético.

Esto creará una forma de torsión en el objeto implantado que puede causar graves lesiones internas. El ferromagnetismo de estos objetos suele verse amplificado por su cantidad en el cuerpo.

Aunque todavía se discute si los campos estáticos pueden provocar cáncer, sigue siendo un tema de investigación. Pero el uso frecuente de la resonancia magnética ha proporcionado datos que muestran efectos reversibles leves de los campos estáticos en los electrocardiogramas.

Esto se produce normalmente por el movimiento de la sangre que actúa como un medio conductor que interactúa con el Campo Magnético alrededor del corazón. Sin embargo, el daño causado es insignificante y no puede tomarse como una preocupación importante.

Campo magnético terrestre

Si ha observado con atención la dirección que señala una brújula, se dará cuenta de que siempre es en dirección Norte. Todas las brújulas se fabrican con un imán en su interior y su movimiento suele verse facilitado por un campo magnético.

Esta es una clara señal de que todo lo que nos rodea tiene alguna forma de campo magnético. Este campo magnético es generado por la tierra.

Analicemos algunas de las formas en que se produce este Campo Magnético de la Tierra:

i. El núcleo de la Tierra tiene niveles de temperatura extremadamente altos. Esto significa que cualquier mineral como el hierro que se encuentra en su interior está en un estado fundido que se calienta infinitamente.

El calentamiento continuo de tales minerales da lugar a la generación de convección dentro de los minerales calentados. Esto crea corrientes convectivas que transportan las partículas cargadas formando un Campo Magnético.

ii. La mayor parte de la materia que rodea la superficie terrestre está compuesta principalmente por partículas cargadas. A medida que la Tierra gira sobre su eje, estas partículas circundantes giran igualmente con ella.

El movimiento de estas partículas cargadas se produce normalmente en continuos bucles de corriente. Esto es lo que provoca la generación de un Campo Magnético.

iii. La composición de la atmósfera terrestre es de varios gases ionizados. Estos gases giran con la Tierra.

Cualquier movimiento de una sustancia ionizada generará definitivamente una corriente eléctrica. El efecto es un Campo Magnético generado.

Campos magnéticos frente a fuerza magnética

Por mucho que se parezcan, Magnetic Fields y Fuerza magnética son medidas totalmente diferentes. Podemos comparar ambas medidas utilizando el ejemplo de una partícula cargada que se encuentra en un campo magnético.

Si nos fijamos en la fuerza magnética que contiene cuando se coloca en un campo magnético, se trata en realidad de cualquier fuerza que se ejerza sobre ella. En cuanto al Campo Magnético, podemos definirlo como el área alrededor de la cual se ejerce la Fuerza Magnética sobre la partícula.

A la hora de medir ambas, la Unidad SI para medir la Fuerza Magnética suele ser en Newtons. Nosotros medimos la fuerza del Campo Magnético utilizando Tesla como Unidad SI.

La existencia de una Fuerza Magnética depende de la disponibilidad de una partícula cargada que la imprima. En cuanto al Campo Magnético, siempre está presente, esté o no dicha partícula cargada.

Aplicaciones de los campos magnéticos

Generadores eléctricos

Se trata de una máquina que produce energía eléctrica convirtiéndola a partir de energía mecánica. El principio en esta aplicación es la inducción electromagnética, invento de Michael Faradays.

Cuando un conductor eléctrico gira dentro de un campo magnético, se genera una tensión diferencial entre sus extremos. Se crea una corriente eléctrica cuando las cargas eléctricas se vuelven móviles debido a esta diferencia de tensión.

Resonancia magnética

La resonancia magnética se utiliza habitualmente en los hospitales para obtener imágenes de partes internas y órganos del cuerpo humano. Las imágenes se generan utilizando electroimanes y campos magnéticos.

Pueden generar imágenes como las del cerebro, el corazón y muchas otras partes. A continuación se analizan para determinar si son normales o defectuosas.

Motores

Esto incluye tanto los motores eléctricos de corriente alterna como los de corriente continua. El principio de funcionamiento de un motor de corriente continua es tal que se ejercen fuerzas magnéticas sobre cualquier bucle conductor de corriente que esté situado dentro de un campo magnético.

Un imán estático proporciona al campo magnético la fuerza ejercida desencadenando un tipo de rotación. En cuanto al motor de corriente alterna, se hace pasar una corriente alterna a través de un estator que genera un campo magnético giratorio.

La diferencia entre la velocidad de rotación del estator y la del rotor produce una emf en el rotor del motor. El rotor girará continuamente mientras no coincida con la velocidad de rotación procedente del estator.

Levitación magnética

Comúnmente conocidos como Maglev, son sistemas de trenes conocidos por alcanzar las mayores velocidades del mundo. Utilizando los mecanismos de atracción y repulsión del magnetismo, levitan por encima de las vías del tren.

No hay contacto físico con el tren, por lo que la repulsión magnética elimina la fricción. La levitación y la propulsión del tren mediante un motor de inducción lineal son posibles gracias al campo magnético.

Electroimanes

Se trata de un tipo especial de imán en el que una corriente eléctrica se encarga de producir un campo magnético. Son capaces de generar campos magnéticos muy intensos, para lo que cuentan con varias vueltas de alambre en su estructura.

Su mayor ventaja es que se pueden conectar y desconectar fácilmente, lo que las convierte en la mejor opción para levantar metales muy pesados. Sus aplicaciones son muy numerosas y varían en función de los distintos sectores, como el reciclaje de metales.

Conclusión

Como puede ver, el conocimiento del campo magnético es muy crítico en el diseño de diversos equipos y máquinas. Por supuesto, la intensidad del campo magnético varía en función del tipo de imán.

Para los mejores imanes del mercado, Contacte con nosotros.