Definición de Campo Magnético

Ángel Zamora Ramírez
Licenciado en Física

Un campo magnético constituye un campo vectorial relacionado con la fuerza magnética que dicho campo puede ejercer sobre cargas eléctricas en movimiento y sobre objetos con propiedades magnéticas.

Los campos magnéticos son generados por cargas eléctricas en movimiento o como una propiedad intrínseca de ciertos materiales. El magnetismo forma una parte fundamental de nuestra existencia. El campo magnético terrestre desvía partículas muy energéticas que provienen del espacio y también nos permite ubicarnos con ayuda de una brújula. Los dispositivos electrónicos que utilizamos hacen uso del magnetismo y los aceleradores de partículas utilizan potentes campos magnéticos para dirigirlas. Incluso, los campos magnéticos permiten hacer diagnósticos médicos en una técnica llamada Resonancia Magnética.

Fuerza magnética sobre una carga eléctrica en movimiento

Las cargas eléctricas en movimiento experimentan una fuerza cuando se mueven a través de un campo magnético, esto se conoce como “Fuerza de Lorentz”. Sea \(\overrightarrow {{F_B}} \) la fuerza que ejerce un campo magnético sobre una carga eléctrica en movimiento, esta obedecerá la siguiente ecuación:

\(\overrightarrow {{F_B}} = q\vec v \times \vec B\)

Donde \(q\) es la magnitud de la carga eléctrica, \(\vec v\) es la velocidad de la carga, \(\vec B\) es el campo magnético y el signo \( \times \) corresponde al producto vectorial entre estas cantidades. La magnitud de la fuerza magnética es:

\(\left| {\overrightarrow {{F_B}} } \right| = q\left| {\vec v} \right|\left| {\vec B} \right|\sin \theta \)

En este caso \(\theta \) es el ángulo que existe entre el vector velocidad y las líneas de campo magnético. De aquí podemos observar algo interesante, si \(\theta = 90^\circ \) o \(\theta = 180^\circ \), entonces \(\left| {\overrightarrow {{F_B}} } \right| = 0\). Es decir, si la velocidad de la carga eléctrica es paralela o antiparalela al campo magnético, esta no experimentará ninguna fuerza magnética.

La manera en que los campos eléctricos desvían cargas eléctricas en movimiento le permitió a J. J. Thomson en 1897 percatarse de que los rayos catódicos eran en realidad cargas eléctricas en movimiento debido a que estos se desviaban en presencia de campos magnéticos. Al medir la deflexión de los rayos catódicos por acción de un campo magnético, Thomson pudo encontrar que las cargas eléctricas de los rayos catódicos tenían que ser negativas y su masa eran unas mil veces más pequeña que el átomo de hidrógeno. El descubrimiento de Thomson se considera la primera evidencia de la existencia del electrón.

Campos magnéticos por corrientes eléctricas

El hecho de que las corrientes eléctricas pudieran producir campos magnéticos fue el primer indicio de que los fenómenos eléctricos y magnéticos estaban conectados. Esto fue observado por el científico Hans Christian Oersted en 1820. Oersted se encontraba dando una clase sobre electricidad y magnetismo cuando se percató que la aguja de una brújula se movía si se situaba cerca de un cable por el cual estuviera pasando una corriente eléctrica, de la misma manera en que esta se alinea con el campo magnético terrestre.

Después de este descubrimiento hecho por Oersted, los físicos Jean–Baptiste Biot y Felix Savart reprodujeron esto en su laboratorio y se dieron cuenta que la fuerza magnética producida por el cable con corriente disminuía conforme se iban alejando de este. Biot y Savart enunciaron entonces su ley, conocida como “Ley de Biot – Savart “, que describe el campo magnético producido por una corriente eléctrica y la cual tiene la forma:

\(d\vec B = \frac{{{\mu _0}}}{{4\pi }}\frac{{id\vec s \times \hat r}}{{{r^2}}}\)

Donde \(d\vec B\) es un elemento diferencial de campo magnético, \({\mu _0}\) es una contante llamada “Permeabilidad magnética” cuyo valor es de \({\mu _0} = 4\pi \times {10^{ – 7}}Tm/A\), \(id\vec s\) es conocido como “Elemento de Corriente Longitudinal” y su magnitud es la magnitud de la corriente en dicho elemento y su dirección es la misma que la de la corriente, el término \(\hat r\) es un vector unitario con dirección desde el elemento de corriente hasta el punto en dónde se mide el campo magnético y \(r\) es la distancia entre la corriente y el punto en dónde se mide el campo magnético.

Con esto se puede calcular cuál es la magnitud del campo magnético a una distancia \(r\) es un cable a través del cual fluye una corriente de magnitud \(I\), lo cual da como resultado:

\(B = \frac{{{\mu _0}I}}{{2\pi r}}\)

Esto implica que la magnitud del campo magnético generado por una corriente eléctrica es directamente proporcional a la magnitud de la corriente e inversamente proporcional a la distancia entre el cable y el punto de referencia.

Ley de Faraday

En 1831 el científico inglés Michael Faraday experimentando con imanes y corrientes eléctricas se dio cuenta que los campos magnéticos variables podían inducir corrientes eléctricas. Esto se conoce como “Ley de Faraday”. De hecho, fue el mismo Faraday quien acuñó el concepto de “campos” para explicar como las cargas eléctricas y los campos magnéticos interactuaban a distancia. La ley de Faraday establece que:

\(\nabla \times \vec E = – \frac{{\partial \vec B}}{{\partial t}}\)

En pocas palabras, esto indica que un campo magnético variable en el tiempo puede inducir un campo eléctrico el cual hacer que exista un movimiento de cargas, es decir, una corriente eléctrica. Este principio participa en el funcionamiento básico de los generadores eléctricos y los motores.

No existen monopolos magnéticos

Las cargas eléctricas son la fuente de los campos eléctricos, sin embargo, con los campos magnéticos esto no sucede. No existen “cargas magnéticas” que sean la fuente de los campos magnéticos. El magnetismo es un fenómeno que se origina como consecuencia de corrientes eléctricas o de ciertos materiales con un comportamiento magnético intrínseco.

Esto lo explica la “Ley de Gauss para el Campo Magnético” la cual nos dice que:

\(\nabla \cdot \vec B = 0\)

Es decir, no existen los monopolos magnéticos. Una forma de ver esto es partiendo un imán a la mitad, al hacer esto tendremos dos imanes semejantes con un polo norte y un polo sur. No podemos tener un imán con sólo un polo norte o sólo un polo sur.

Por: Ángel Zamora Ramírez. Licenciado en Física egresado de la Universidad de Colima. Maestro en Ciencias en Ingeniería y Física Biomédicas egresado del CINVESTAV. Amante de la divulgación científica.

Art. actualizado: Septiembre 2023; sobre el original de mayo, 2018.

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