Principios Fundamentales del Campo Magnético: Reglas, Solenoides y la Ley de Biot-Savart

Líneas de Campo Magnético

Si exploramos los alrededores de un conductor recto con corriente con el auxilio de una brújula, encontramos que las líneas de campo toman posiciones como las indicadas en las figuras y que permiten afirmar que las mismas son circulares y concéntricas.

Convenciones de visualización:

• En "A" vemos el conductor en perspectiva.
• En "B" se observa desde el extremo derecho.
• En "C" se observa desde el extremo izquierdo.

Por convención, la corriente entrante se indica con una cruz (X) y la saliente con un punto (•).

La Regla del Tirabuzón (o Regla de la Mano Derecha)

Tomemos ahora un conductor enrollado en forma de espira y apliquemos a cada trozo, suficientemente pequeño como para considerarlo recto, la regla del tirabuzón. Vemos que la corriente y, por lo tanto, las líneas de campo, recorren la espira en un sentido único.

Definición de la Regla

La regla dice básicamente que: si nos colocamos sobre un conductor mirando hacia el sentido en que avanza la corriente, las líneas de campo giran en el mismo sentido que las agujas del reloj.

Aplicación en Solenoides y Electroimanes

En la figura tenemos la aplicación práctica de la idea anterior en el conocido solenoide, comúnmente llamado bobina. Este es una agrupación de espiras logradas con un conductor enrollado sobre una forma cilíndrica.

El conjunto se comporta como un imán permanente con sus polos característicos. Puede o no existir materialmente el núcleo, pero en caso de tratarse de hierro u otro material magnético, al conjunto se lo suele llamar electroimán.

Si en la bobina giramos en el sentido de la corriente, las líneas de campo progresan hacia el polo norte dentro del sistema. Otra vez es válida la regla del tirabuzón y podemos afirmar que sirve para la determinación de sentidos en todos los fenómenos de producción de campo magnético por métodos eléctricos.

Ley de Biot y Savart: Determinación de la Intensidad

Con los razonamientos y experiencias que ya hemos citado, podemos afirmar que las líneas de campo de una corriente rectilínea son circulares y concéntricas. Ahora determinaremos la intensidad del campo magnético (H) y su relación con la corriente (I).

Para esto, nos valemos de la figura en la que se han tomado tres puntos del campo magnético provocado por una corriente I, perteneciente a un plano perpendicular al conductor. Mediante sencillas pruebas, es posible demostrar la siguiente relación:

H₁ · R₁ = H₂ · R₂ = ... = H_n · R_n = Constante

Relaciones Fundamentales

Por mediciones de campo en diversos puntos y para diversas intensidades de corriente, se llega a demostrar que:

H · R = C · I

Por lo tanto, la intensidad del campo magnético se define como:

H = (C · I) / R

Definición de Variables

H:

Intensidad de campo magnético.

R:

Distancia al conductor con corriente.

C:

Constante (valor 1 / 2π).

Intensidad en Solenoides

También se aplica la relación para bobinas o solenoides:

H · l = N · I

De donde se deduce:

H = (N · I) / l

N:

Número de espiras.

l:

Longitud de la bobina.

La magnitud intensidad de campo magnético H se medirá entonces en Amperios por metro (A/m).

Inducción Magnética

Todos los aspectos tratados hasta ahora se referían a fenómenos radicados en el aire. En ellos, la intensidad de campo H indicaba con qué fuerza sería solicitada una masa magnética colocada en un punto del campo.

Además, el mismo número H señala por convención la densidad de líneas de campo, de tal manera que una unidad de campo magnético corresponde a una línea de campo por metro cuadrado de superficie perpendicular a la misma.