Fundamentos de Electromagnetismo: Campos, Flujo e Inducción Magnética
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Fundamentos del Electromagnetismo: Campos y Fuerzas Magnéticas
Toda carga eléctrica en reposo origina a su alrededor un campo eléctrico, caracterizado por las líneas de fuerza y por una magnitud vectorial $\vec{E}$, denominada intensidad del campo en cada punto. Toda carga eléctrica en movimiento produce, además del campo eléctrico, un campo magnético, caracterizado por las líneas de inducción y por una magnitud vectorial $\vec{B}$, análoga a la intensidad del campo eléctrico y que se denomina inducción magnética.
Flujo del Campo Magnético
El flujo magnético es una magnitud escalar relacionada con el número de líneas de inducción que atraviesan una superficie imaginaria situada en el interior de un campo magnético. Sus unidades son:
- Sistema Internacional (SI): Webers ($\text{Wb}$)
- Sistema Electromagnético: Maxwells ($\text{Mx}$)
Leyes Fundamentales del Magnetismo
1ª Ley de Laplace y Fuerza sobre un Conductor
La fuerza que ejerce un campo magnético sobre un conductor rectilíneo depende de varios factores:
- La intensidad de corriente ($I$) que circula.
- La longitud del conductor ($L$) situado dentro del campo.
- El ángulo ($\theta$) que forma el conductor con el campo.
Relacionando estas variables, se obtienen expresiones como $Q = I \cdot t = I \cdot L/v$ y la magnitud de la fuerza proporcional a $I \cdot L \cdot \text{sen}(\theta)$.
Campo Magnético Producido por una Corriente Rectilínea Indefinida
El valor del campo magnético creado por una corriente rectilínea indefinida, en un determinado punto, es directamente proporcional a la intensidad de la corriente e inversamente proporcional a la distancia existente entre el conductor y el punto considerado.
Definición del Amperio
El amperio es la intensidad de una corriente constante que, mantenida en dos conductores paralelos, rectilíneos, de longitud infinita, de sección circular despreciable y colocados a una distancia de un metro el uno del otro en el vacío, produce entre estos conductores una fuerza igual a $2 \times 10^{-7}$ newton por metro de longitud.
Dispositivos y Propiedades de los Materiales
El Anillo de Rowland
El anillo de Rowland es un solenoide toroidal de espiras muy próximas que ofrece la característica de que el campo magnético en el interior del enrollamiento es prácticamente constante, pues no existe flujo magnético hacia el exterior.
Permeabilidad Magnética Relativa ($\mu_r$)
La permeabilidad magnética relativa ($\mu_r$) clasifica los materiales según su respuesta a un campo magnético externo:
Sustancias Diamagnéticas
Presentan magnetización solo por efecto de distorsión del movimiento electrónico de sus átomos y moléculas. Su permeabilidad relativa es $\mu_r < 1$.
Sustancias Paramagnéticas
Presentan magnetización no solo por efecto de distorsión del movimiento de sus electrones, sino también como consecuencia de la alineación de los momentos magnéticos de sus átomos o moléculas. Su permeabilidad relativa es $\mu_r > 1$.
Sustancias Ferromagnéticas
Presentan magnetización incluso en ausencia de campo magnético exterior. Su permeabilidad relativa es mucho mayor que la unidad ($\mu_r \gg 1$).
Ley de Hopkinson
La Ley de Hopkinson establece que la fuerza electromotriz (f.e.m.) produce un flujo magnético inversamente proporcional a la reluctancia del núcleo. Matemáticamente se expresa como:
$$ \mathcal{F} = \frac{\text{f.e.m.}}{\mathcal{R}} $$