Conceptos Esenciales de Campos Magnéticos y Materiales
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Campo Magnético de un Dipolo Puntual
El vector campo magnético de un dipolo magnético puntual se encuentra contenido en planos específicos, como se ilustra a continuación:
Movimiento de Partículas Cargadas en Campos Eléctricos y Magnéticos
Cuando una partícula cargada negativamente entra en una región donde actúan un campo eléctrico (E) y un campo magnético (B), ambos constantes y ortogonales entre sí y a la trayectoria de la partícula, la relación que debe existir entre ambos campos para que la partícula no se desvíe es:
El Efecto Hall
El efecto Hall en una placa conductora se cuantifica como una diferencia de potencial (voltaje Hall) que es función del campo magnético (B) aplicado, de la dimensión de la placa perpendicular al campo y de la velocidad de las cargas.
Campo Magnético de Conductores Paralelos
Para dos conductores filiformes infinitos, paralelos en el vacío, separados una distancia de 1 metro y recorridos por intensidades de corriente (i) de 1 Amperio en el mismo sentido, el módulo del campo magnético (B) en el punto medio de la distancia entre ellos será:
Ley de Biot-Savart
La Ley de Biot-Savart describe el campo magnético generado por una corriente eléctrica. Su expresión diferencial es:
Fuerzas y Torques en Espiras Conductoras
Cuando una espira conductora cuadrada de lado a, recorrida por una intensidad de corriente (i), se encuentra inmersa en un campo magnético uniforme (B) que forma un ángulo β con el plano de la espira, la fuerza magnética resultante sobre la espira es nula. Sin embargo, se genera un par (torque) que tiende a alinear el momento dipolar magnético de la espira con el campo. Las fuerzas individuales sobre los lados pueden intentar deformar la espira, pero la fuerza neta es cero.
Densidad de Corriente Superficial
La densidad de corriente superficial (K) se define como la corriente por unidad de longitud perpendicular a la dirección del flujo de corriente en una superficie. Su expresión es:
Potencial Vector Magnético y Flujo
La circulación del potencial vector magnético A(r) sobre una línea cerrada (C) es igual al flujo del campo magnético B a través de cualquier superficie (S) que se apoya en dicha curva (C).
Rotacional de B en Medios Magnéticos
En el interior de un medio magnético Lineal, Homogéneo e Isótropo (LHI), el rotacional del campo magnético B (rot B) se expresa en función de las densidades volúmicass de corriente libre (Jlibre) y de las densidades volúmicas de corriente de magnetización (Jm) (o ligada).
Ecuaciones de Maxwell para Magnetostática
Las ecuaciones de Maxwell en forma diferencial para el campo magnetostático son:
- div B = 0 (La divergencia del campo magnético es siempre cero, indicando la ausencia de monopolos magnéticos).
- rot H = J (El rotacional del campo de excitación magnética es igual a la densidad de corriente libre).
Campo de Excitación Magnética Solenoidal
El campo de excitación magnética (H) en un material magnético lineal será solenoidal (div H = 0) si su magnetización (M) es uniforme.
Magnetización en Materiales Ferromagnéticos
La relación entre la magnetización (M) y los campos magnéticos (B o H) en un material ferromagnético es compleja y se caracteriza por el fenómeno de la histéresis, como se ilustra en:
Efecto de la Temperatura en la Histéresis
El aumento de la temperatura en un material ferromagnético afecta significativamente a su ciclo de histéresis, provocando que este disminuya de tamaño hasta desaparecer por encima de la temperatura de Curie.
Deformación de Circuitos en Campos Magnéticos
Consideremos un circuito filiforme por el que circula una intensidad de corriente (i), inmerso en un campo magnético uniforme. Si el circuito comienza a deformarse, su inductancia y el flujo magnético a través de él cambiarán. Esto inducirá una fuerza electromotriz (FEM) que, dependiendo de las características del circuito (por ejemplo, si está conectado a una fuente de voltaje o si es un circuito cerrado sin fuente), afectará la intensidad de corriente que circula por él, buscando oponerse a la variación del flujo magnético (Ley de Lenz).
Campo de Intensidad Magnética
El campo de intensidad magnética (H) es una magnitud vectorial que describe la respuesta de un material a un campo magnético externo, y se relaciona con el campo magnético B y la magnetización M. Su definición o una de sus expresiones es:
