En este artículo vamos a discutir qué produce la fuerza de un campo magnético y los diferentes factores responsables de su formación.
Lo que produce la fuerza del campo magnético es que el flujo magnético pasa a través de una unidad de longitud del conductor y aumenta a medida que aumenta la densidad de flujo por unidad de longitud.
Campo magnético y su intensidad
Veamos ahora diferentes métodos y algunos hechos de un campo magnético.
En primer lugar, ¿saben todos cómo se descubrió el imán?
Un pastor llamado Magnas que vivía en Grecia solía llevar un palo con él para controlar el rebaño de ovejas y cabras que tenían un hierro debajo que se pegaba a la roca. La roca era un imán natural, rico en hierro (contenido de Fe) llamado Magnetita. De ahí que el descubrimiento del imán tuvo lugar en Grecia y ahora ese lugar se llama Magnesia, un nombre basado en el descubrimiento del imán.
A este tenor, intensidad del campo magnético de la Tierra es mayor en el polo norte y el polo sur, el imán siempre está alineado en la dirección norte-sur y, por lo tanto, se usa para ubicar la dirección por mar. Especialmente, la mayoría de los geólogos utilizan clinómetros para medir el ángulo de elevación de las rocas.
¿Qué produce la fuerza de un campo magnético?
La intensidad del campo magnético es una fuerza necesaria para generar una densidad de flujo en un material por unidad de longitud del material y representada como:
H=(B/μ)-M
Donde B es una densidad de flujo magnético,
M es magnetización y
m es la permeabilidad magnética.
La fuerza magnética depende de las líneas del campo magnético total que penetran a través del área de la sección transversal total del material. Estas líneas de campo magnético se conocen como flujo magnético y la densidad del flujo magnético está directamente correlacionada con la fuerza del campo. La densidad de flujo magnético depende principalmente del número de espines de electrones o del momento dipolar en el material.
En un átomo, los electrones se encuentran emparejados con electrones con espín opuesto y generalmente se encuentra en el caso de elementos de gases nobles que tienen una capa de valencia exterior completa y todos los electrones están emparejados entre sí; un ejemplo de tales elementos son helio, neón, argón, criptón, xenón, radón.
Créditos de imagen: Allencany1983
Los átomos que tienen electrones desapareados se emparejan con electrones del otro átomo para completar su capa exterior y convertirse en un elemento estable. Esos átomos con los electrones no apareados producen un campo magnético. El electrón desapareado gira alrededor de los núcleos del átomo y el movimiento de los electrones libres influye en el origen del campo magnético. A medida que aumenta el número de electrones libres disponibles, los efectos magnéticos observados en el material también aumentarán.
Cuando la corriente pasa a través de cualquier conductor, se produce el movimiento de electrones que induce fuerza electromagnetica. Supongamos que toma una corriente que transporta un cable y coloca una aguja magnética cerca de ella, luego identificará la desviación de la aguja magnética. Esto se debe a que los electrones en movimiento en el conductor que lleva corriente producen un campo magnético en la dirección que se opone al movimiento de los electrones.
Según la regla del pulgar de la mano derecha, si el movimiento de la corriente es de dirección sur a norte, entonces el campo magnético será en el sentido de las agujas del reloj y la fuerza magnética se experimentará en la dirección oeste. Si movemos el aguja magnética lejos del cable portador de corriente, el mismo efecto disminuirá a medida que aumente la distancia entre el cable y la aguja magnética. De ahí que podamos señalar que la la intensidad del campo magnético disminuye con la distancia.
Intensidad del campo magnético también depende del momento magnético intrínseco de la partícula. El momento magnético es una cantidad que determina el par experimentado por los dipolos en presencia del campo magnético externo.
En ausencia de un campo magnético, los momentos magnéticos se orientan aleatoriamente y no se produce magnetización neta; cuando se aplica el campo magnético, estos momentos atómicos se orientan en la dirección del campo aplicado, lo que da como resultado la magnetización neta paralela al campo aplicado. Por lo tanto, La magnetización depende de la densidad del momento magnético en el material, del movimiento de los electrones en los átomos y del giro del electrón o del núcleo, y se define como un momento magnético por unidad de volumen de un sólido.
La fuerza del campo magnético también depende de el momento magnético establecido por unidad de volumen del material en presencia de un campo externo se conoce como susceptibilidad magnética.
Según esta propiedad, los materiales se clasifican en diamagnéticos, paramagnéticos o ferromagnéticos. Se sabe que el material ferromagnético tiene una alta susceptibilidad magnética porque muestra altas propiedades magnéticas y conserva sus propiedades magnéticas incluso en ausencia de un campo magnético externo. Hierro, níquel, cobalto son algunos de los materiales ferromagnéticos.
Los electrones en movimiento en el campo magnético experimentan la fuerza que es perpendicular a su propia velocidad y la fuerza magnética B se representa como:
F = qvB
Donde q es un cargo
v es la velocidad de la carga
B es un campo magnético
La propiedad del material de repeler el flujo magnético a través de él se llama permeabilidad magnética. Se dice que el material tiene una alta permeabilidad si el flujo magnético máximo pasa a través de él.
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Unidad SI de intensidad de campo magnético
La densidad de flujo magnético se mide como un flujo por unidad de área que es Weber / m2 que es igual a un Tesla. O podemos decir que se mide en términos de la fuerza requerida para inducir el flujo magnético en una unidad de longitud en metro por unidad de amperio y se expresa como N / Am
La unidad SI de susceptibilidad magnética se expresa como Newton por amperio cuadrado N / A2 y el de magnetización se representa como Amperio por metro A / m. Sustituyendo esto en la ecuación (1), obtenemos:
(N/Am)*(A2/N)=(A/M)
Con base en esto, obtenemos la unidad SI de intensidad del campo magnético como amperios por metro. En la unidad CGS, es Oersted, que lleva el nombre del científico danés Hans Christian Oersted, quien descubrió por primera vez la relación entre la electricidad y el magnetismo.
La intensidad del campo magnético se mide con un magnetómetro. Magnetómetro de inducción, magnetómetro de bobina giratoria, magnetómetro de efecto Hall, magnetómetro de RMN, magnetómetro fluxgate son algunos ejemplos de magnetómetros.
El efecto Hall es un método utilizado para determinar la densidad numérica del portador y los tipos de portador. Cuando el campo magnético se aplica perpendicular al conductor, se establece voltaje en el conductor que es perpendicular al campo magnético, así como a la corriente.
Gouy Balance es un método tradicional utilizado para conocer la susceptibilidad magnética del material que se basa en la idea de gravedad.
Preguntas frecuentess
¿Cómo calcular la intensidad del campo magnético en el solenoide de 5 m de largo y 2000 bucles, con una corriente de 2000 A?
Primero, averigüe la cantidad de bucles por unidad de longitud del cable
Número de bucles por unidad de longitud
=Número de bucles/Longitud del cable
= 2000 / 500
= 4cm-1
¿Depende la intensidad del campo magnético del tamaño del conductor?
Sí, según la Ley de Biot - Savart, el campo magnético depende de la unidad de longitud del conductor. Cuanto mayor sea el tamaño del conductor, el valor integral de la longitud infinitesimal será mayor y, por lo tanto, la intensidad del campo magnético será mayor.
Si la corriente que fluye en dos circuitos diferentes es 1A y 12A, ¿en qué circuito la fuerza magnética será mayor que la del otro?
La fuerza magnética será mayor para un circuito con corriente de 12A.
¿Qué es el material magnético superconductor?
Se utiliza un imán superconductor para crear un campo magnético intenso.
El material magnético superconductor es un electroimán formado por una bobina de un cable superconductor fabricado a bajas temperaturas. En su estado superconductor, el cable no tiene resistencia y conduce una corriente eléctrica mucho más alta.
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Hola, soy Akshita Mapari. He hecho M.Sc. en física. He trabajado en proyectos como Modelado numérico de vientos y olas durante un ciclón, Física de juguetes y máquinas de emoción mecanizadas en parque de atracciones basados en la Mecánica Clásica. He seguido un curso sobre Arduino y he realizado algunos mini proyectos en Arduino UNO. Siempre me gusta explorar nuevas zonas en el campo de la ciencia. Personalmente creo que aprender es más entusiasta cuando se aprende con creatividad. Aparte de esto, me gusta leer, viajar, rasguear la guitarra, identificar rocas y estratos, fotografiar y jugar al ajedrez.