Fundamentos del Magnetismo: Propiedades, Campos y Circuitos

Propiedades de los Imanes

Los imanes tienen la capacidad de atraer materiales magnéticos como el hierro, el níquel y el cobalto. Sin embargo, esta atracción no es uniforme en toda su superficie, sino que es más intensa en sus extremos, llamados polos magnéticos. En el centro del imán, la atracción es prácticamente nula.

Si se coloca un imán en forma de aguja sobre un soporte que le permita girar libremente, uno de sus polos se orientará hacia el norte geográfico y el otro hacia el sur. Esto indica que los polos de un imán son distintos, por lo que se denominan polo norte y polo sur.

Un aspecto fundamental del magnetismo es que si partimos un imán en dos, cada fragmento conservará sus propios polos norte y sur, sin importar cuántas veces lo dividamos. Además, la temperatura influye en el magnetismo: al aumentar la temperatura, las propiedades magnéticas disminuyen, y a los 800°C el hierro pierde su magnetismo de forma irreversible.

Interacción entre Imanes

Los polos de los imanes ejercen fuerzas entre sí:

• Polos iguales se repelen, es decir, dos polos norte o dos polos sur se rechazan mutuamente.
• Polos opuestos se atraen, por lo que un polo norte y un polo sur se acercarán entre sí.

Este principio permite utilizar una brújula para identificar la polaridad de otros imanes o electroimanes. Además, las fuerzas magnéticas pueden atravesar sólidos, líquidos y gases, ya que no existen materiales completamente aislantes frente al magnetismo.

Efectos de los Imanes sobre Otros Materiales

Los imanes atraen materiales llamados magnéticos, como el hierro, el níquel y el cobalto. En cambio, otros materiales como el cobre, la madera o los plásticos no se ven afectados por los campos magnéticos.

Si acercamos un imán a clavos de hierro, estos se atraerán entre sí mientras estén dentro del campo magnético del imán. Sin embargo, si retiramos el imán, los clavos dejarán de atraerse. En cambio, si los clavos son de acero, seguirán atrayéndose entre sí porque el acero puede adquirir una imantación permanente, a diferencia del hierro, cuya imantación es temporal.

Campo Magnético

El campo magnético es la región alrededor de un imán donde se percibe su influencia. Se representa mediante líneas de fuerza que van del polo norte al polo sur en el exterior del imán. Estas líneas de fuerza son más densas en las zonas donde el campo magnético es más intenso y están más separadas en las regiones donde el magnetismo es débil.

La intensidad del campo magnético se mide en oerstedios y se representa con la letra H. Por otro lado, el flujo magnético, representado con la letra Φ, indica la cantidad de líneas de fuerza que atraviesan una superficie.

Campos Magnéticos Generados por Corrientes Eléctricas

No solo los imanes generan campos magnéticos; las corrientes eléctricas también los producen. Cuando una corriente eléctrica pasa a través de un conductor, genera un campo magnético a su alrededor. Este fenómeno se puede visualizar con limaduras de hierro, que se alinean formando círculos concéntricos alrededor del conductor.

Existen reglas para determinar la dirección del campo magnético generado por una corriente eléctrica, como:

• Regla de Ampère: Si un observador se coloca junto al conductor con la corriente subiendo desde sus pies hasta su cabeza, verá las líneas de fuerza moverse en sentido contrario a las agujas del reloj.
• Regla de la mano derecha: Si agarramos el conductor con la mano derecha y el pulgar apunta en el sentido de la corriente, los otros dedos indicarán la dirección del campo magnético.
• Regla del sacacorchos de Maxwell: El giro necesario para enroscar un sacacorchos en la dirección de la corriente indica el sentido del campo magnético.

Campos Magnéticos en Bobinas y Solenoides

Si una corriente eléctrica circula por una bobina (varias espiras de hilo conductor), el campo magnético resultante será similar al de un imán, con polos norte y sur. En una bobina larga o solenoide, las líneas de fuerza se agrupan formando un campo uniforme en su interior.

La intensidad del campo en un solenoide depende del número de espiras y de la intensidad de la corriente, según la ecuación:

H = \frac{4\pi I n}{10 L}

donde I es la corriente en amperios, n el número de espiras y L la longitud de la bobina en centímetros.

Bobinas con Núcleo de Hierro y Electroimanes

Si se introduce un núcleo de hierro dentro de una bobina, el campo magnético se refuerza debido a la permeabilidad magnética del hierro. Este dispositivo se conoce como electroimán, y su capacidad de atraer objetos depende de la corriente que lo recorre y de las características del núcleo.

La relación entre la inducción B en gausios, el campo magnético H y la permeabilidad magnética μ del material se expresa como:

B = μH

Circuitos Magnéticos

Al igual que los circuitos eléctricos, los circuitos magnéticos tienen elementos equivalentes:

• Fuerza magnetomotriz (análogo al voltaje en electricidad).
• Flujo magnético (similar a la corriente eléctrica).
• Reluctancia (resistencia al paso del flujo magnético).

La fuerza magnetomotriz se calcula como:

F = 1.25 I n

donde I es la corriente en amperios y n el número de espiras de la bobina.