Campo magnético: solenoides, toroides y materiales magnéticos

Campo Magnético Generado por Solenoides y Bobinas

Una bobina está formada por un hilo conductor enrollado con una densidad de vueltas muy alta. La bobina se comporta de forma equivalente a un conjunto de espiras iguales, muy próximas unas a otras y por las que circula la misma intensidad de corriente. El resultado final es un campo magnético intenso y uniforme en el interior del solenoide. Las líneas de inducción magnética de un solenoide son idénticas a las de un imán recto. Las líneas de inducción magnética en el interior del solenoide y lejos de sus extremos son rectas paralelas. En el interior del solenoide, el campo magnético es constante; en el exterior, es prácticamente nulo. El campo magnético en el interior del solenoide no depende de su diámetro ni de su longitud, sino de la concentración de espiras a lo largo del mismo.

Campo Magnético en un Toroide

Un toroide es un conjunto de espiras circulares arrolladas en forma de anillo. Para calcular el campo magnético en el interior, se considera un toroide de radio r por el que circula una corriente eléctrica I. Las líneas de fuerza del campo magnético son circulares y el valor de la inducción magnética es prácticamente igual en todos los puntos interiores del toroide. En puntos exteriores del toroide, el campo magnético es prácticamente nulo.

Fuerzas Magnéticas entre Conductores Rectilíneos Paralelos

Si se tienen dos conductores rectilíneos paralelos por los que circulan, en el mismo sentido, corrientes eléctricas separadas por una distancia r, el primer conductor genera un campo cuya inducción magnética en un punto cualquiera del segundo conductor es; B=... El campo magnético B₁ es perpendicular al segundo conductor y al plano que este forma con el primero. Las fuerzas que se ejercen, de módulos iguales, están contenidas en el mismo plano que los conductores y su dirección es perpendicular a ellos. Si ambas corrientes tienen el mismo sentido, las fuerzas se atraen entre sí a los conductores; si son de sentidos contrarios, se repelen entre sí.

La Materia y su Interacción con los Campos Magnéticos

Los electrones de los átomos tienen un movimiento orbital alrededor del núcleo y un movimiento de giro sobre sí mismos o espín. Actúan como pequeñas espiras de corriente que generan un campo magnético, es decir, se comportan como pequeños imanes. Los efectos de estos pequeños imanes atómicos pueden acumularse o anularse entre sí. No todas las sustancias se comportan igual en presencia de un campo magnético; se clasifican en tres grupos:

• Sustancias Diamagnéticas

  El momento magnético de cada átomo, que es el momento resultante de los momentos magnéticos de sus electrones, es cero. Por ello, la sustancia no presenta efectos magnéticos permanentes, sino un momento magnético inducido muy débil en sentido opuesto al campo externo. Son sustancias que son repelidas ligeramente por los imanes.

• Sustancias Paramagnéticas

  En estas sustancias, los átomos presentan un momento magnético no nulo debido a los movimientos, orbital y espín, de sus electrones. Al aplicar un campo magnético externo, los momentos magnéticos tienden a alinearse con él, si bien no se consigue una alineación total debido a la agitación térmica. La permeabilidad magnética de las sustancias paramagnéticas es superior a la permeabilidad magnética del vacío.

• Sustancias Ferromagnéticas

  Son atraídas muy intensamente por los imanes, son fácilmente imantables y son usadas en la fabricación de imanes artificiales. Los efectos ferromagnéticos desaparecen por encima de una temperatura característica de cada sustancia, llamada punto de Curie, y las sustancias ferromagnéticas pasan a comportarse como sustancias paramagnéticas debido a la agitación térmica. En las sustancias ferromagnéticas, los átomos están agrupados en grandes dominios con sus momentos magnéticos en la misma dirección.