En el SI. Solo se diferencian en medios
materiales con
el fenómeno de la magnetización.
Fuentes del campo
magnético
Un campo
magnético tiene dos fuentes que lo
originan. Una de ellas es una corriente
eléctrica de convección, que da lugar a un
campo magnético estático. Por otro lado una
corriente de desplazamiento origina un campo magnético
variante en el tiempo,
incluso aunque aquella sea estacionaria.
La relación entre el campo magnético y una
corriente eléctrica está dada por la ley de Ampere. El
caso más general, que incluye a la corriente de
desplazamiento, lo da la ley de Ampere-Maxwell.
CAMPO MAGNÉTICO PRODUCIDO POR UNA CARGA
PUNTUAL
El campo magnético generado por una única carga
en movimiento (no
por una corriente eléctrica) se calcula a partir de la
siguiente expresión:
Dónde:
Esta última expresión define un campo vectorial
solenoidal, para distribuciones de cargas en movimiento la
expresión es diferente, pero puede probarse que el campo
magnético sigue siendo un campo solenoidal.
Propiedades del campo
magnético
La inexistencia de cargas magnéticas lleva a que el
campo magnético es un campo solenoidal lo que lleva a
que localmente puede ser derivado de un potencial vector
es decir:A
su vez este potencial vector puede ser relacionado con el
vector densidad de
es decir:
corriente mediante la relación:
Inexistencia de
cargas magnéticas aisladas
Cabe destacar que, a diferencia del campo
eléctrico, en el campo magnético no se ha
comprobado la existencia monopolos magnéticos, sólo
dipolos magnéticos, lo que significa que las líneas
de campo magnético son cerradas, esto es, el número
neto de líneas de campo que entran en una superficie es
igual al número de líneas de campo que salen de la
misma superficie. Un claro ejemplo de esta propiedad
viene representado por las líneas de campo de un
imán, donde se puede ver que el mismo número de
líneas de campo que salen del polo norte
vuelve a entrar por el polo sur, desde donde vuelven por el
interior del imán hasta el norte.
Fig. N° 02: Campo magnético
producido por una intensidad de corriente
Como se puede ver en el dibujo,
independientemente de que la carga en movimiento sea positiva o
negativa, en el punto A nunca aparece campo magnético; sin
embargo, en los puntos B y C el campo magnético invierte
su sentido dependiendo de si la carga es positiva o negativa. El
sentido del campo magnético viene dado por la regla de la
mano derecha, siendo las pautas a seguir las siguientes:
En primer lugar se imagina un vector qv, en la misma
dirección de la trayectoria de la carga en movimiento.
El sentido de este vector depende del signo de la carga, esto
es, si la carga es positiva y se mueve hacia la derecha, el
vector +qv estará orientado hacia la derecha. No
obstante, si la carga es negativa y se mueve hacia la
derecha, el vector es -qv va hacia la izquierda.A continuación, vamos señalando con
los cuatro dedos de la mano derecha (índice,
medio, anular y meñique), desde el primer vector qv
hasta el segundo vector Ur, por el camino más corto o,
lo que es lo mismo, el camino que forme el ángulo
menor entre los dos vectores. El pulgar extendido
indicará en ese punto el sentido del campo
magnético.
Unidades
La unidad de B en el SI es el tesla, que equivale a
wéber por metro cuadrado (Wb/m²) o a voltio segundo
por metro cuadrado (V s/m²); en unidades básicas es
kg s-2 A-1. Su unidad en sistema de Gauss
es el gauss (G); en unidades básicas es cm-1/2 g1/2
s-1.
La unidad de H en el SI es el amperio por metro (A/m)
(a veces llamado ampervuelta por metro). Su unidad en el sistema
de Gauss es el oérsted (Oe), que es dimensionalmente igual
al Gauss
Materiales y
equipos
Limaduras de hierro
Imanes
Un papel
Un salero para rellenar con las limaduras de
hierro y poder espolvorear más fácilmente
PROCEDIMIENTO
a. Colocamos en un papel bond por encima de un
imán rectangular y marcamos con un lápiz la
forma del imán en el papel, luego rociamos por encima
del papel limaduras de hierro.
Fig. N° 03: Representación
grafica del experimento A
b. Colocamos en un papel bond por encima de dos
imanes rectangular y marcamos con un lápiz la forma
del imán en el papel, luego rociamos por encima del
papel limaduras de hierro.
Fig. N° 04: Representación
grafica del experimento B
c. Colocamos en un papel bond por encima de dos
imanes rectangular y marcamos con un lápiz la forma
del imán en el papel, luego rociamos por encima del
papel limaduras de hierro.Fig. N° 05: Representación
grafica del experimento CResultados
EXPERIMENTO A
Fig. N° 06: Líneas mostrando
el campo magnético de un imán de barra,
producidas por limaduras de hierro
sobre papel (experiencia A).EXPERIMENTO B
Fig. N° 07: Líneas mostrando
el campo magnético de un imán de barra,
producidas por limaduras de hierro sobre papel (experiencia
B).EXPERIMENTO C
Fig. N° 08: Líneas mostrando
el campo magnético de un imán de barra,
producidas por limaduras de hierro sobre papel (experiencia
C).Cuestionario
1. ¿Qué es un
imán?
Los materiales que tienen un campo magnético
más notable que la mayoría se denominan imanes.
Un imán puede ser natural o formado magnetizando un
material con propiedades magnéticas como lo es el
hierro. Un material (cuyas propiedades lo permitan) se
magnetiza acercándolo a un campo magnético (por
ejemplo a otro imán). Los imanes tienen dos polos
llamados Norte y Sur. Si se divide un imán,
éste vuelve a tener nuevamente dos polos.Fig. N° 09: Representación
grafica de un imán2. Indique las propiedades de un
IMAN y diversos tipos de imanes
PROPIEDADES
Los imanes atraen algunas sustancias
llamadas sustancias magneticas como el acero y el hierro
en cambio no atraen a otras como la arena el cobre y la
maderaLos imanes tiene dos polos llamados norte y sur los
polos del mismo nombre se repelen y de distinto se
atraen.Si se aproxima una varilla de hierro a un imán
se induce y adquiere propiedades magnéticas.Con el
calor se pierden las propiedades magnéticas.La fuerza ejercida por un polo magnético sobre
otro varía de forma inversamente proporcional al
cuadrado de la distancia entre ellos.Si el imán tiene forma de varilla
y se parte, cada trozo se convierte en un nuevo
imán.Los imanes poseen dos zonas en las que se
concentra la fuerza que ejercen, estas zonas son los
extremos del imán y reciben el nombre de polos
magnéticos, norte y sur. Los polos del mismo
nombre se repelen y los polos opuestos se atraen.
Compruébalo.Los polos de un imán no se
pueden aislar, es decir, si partes por la mitad un
imán, obtienes dos imanes, cada uno con su polo
norte y polo sur respectivo. La tierra es un imán
natural, el polo Norte geográfico es un polo sur
magnético y el polos Sur geográfico es un
polo norte magnético; en esta propiedad
está basado el funcionamiento de la
brújula.Un imán puede perder su imantación de
dos formas:aplicando el frotamiento en sentido contrario o
invirtiendo el sentido de la corriente, según sea
el método que se usó para imanarlo.aplicándole calor.
TIPOS DE IMANES
Existen tres tipos de imanes:
Imanes naturales. La magnetita es un potente
imán natural, tiene la propiedad de atraer todas las
sustancias magnéticas. Su característica de
atraer trozos de hierro es natural. Esta compuesta por
óxido de hierro. Las sustancias magnéticas son
aquellas que son atraídas por la magnetita.Imanes artificiales permanentes. Son las sustancias
magnéticas que al frotarlas con la magnetita, se
convierten en imanes, y conservan durante mucho tiempo su
propiedad de atracción.Imanes artificiales temporales. Aquellos que
producen un campo magnético sólo cuando circula
por ellos una corriente eléctrica. Un ejemplo es el
electroimán.3. Características del
imán
Se orientan en una dirección específica del espacio
cuando son suspendidos adecuadamente. Si colgamos cualquier
imán en el espacio por medio de un hilo se observa que
adquiere una orientación especial: una parte del
imán se orienta aproximadamente hacia el norte
geográfico y la otra se orienta hacia el Sur. El lado
que se orienta hacia el norte se denomina polo norte del
imán y el lado que se orienta hacia el sur se denomina
polo Sur. Esta característica dio origen a la Brújula, instrumento construido con una
pequeña aguja imantada que puede girar alrededor de un
eje de rotación que pasa por su centro
geométrico.Los imanes poseen dos zonas llamadas polos del
imán, las cuales presentan una fuerte propiedad
atractiva o repulsiva dependiendo del objeto con
el que interactúan.
Fig. N° 10: Diagrama
de atracción y repulsión entre imanesPoseen una zona intermedia donde las propiedades
atractivas sobre los materiales ferromagnéticos se
debilitan, esta es la zona neutra del imán. Como
se puede ver en la siguiente figura, en esa zona no hay
clavos.
Fig. N° 11: Propiedades atractivas
de los imanesSi se fracturan en dos partes se obtienen dos imanes
de nuevo. Hasta ahora no ha sido posible separar los
polos de un imán y aislarlos, los imanes son
siempre bipolares y por esta razón en magnetismo,
se habla siempre de dipolos magnéticos.
Fig. N° 12: Bipolaridad de los
imanesPierden la propiedad de atraer cuando se calientan a
cierta temperatura. Existe una temperatura donde el
magnetismo desaparece. El clavo de hierro que es
atraído por el imán en la figura, pierde su
imantación al ser calentado con el mechero a
770°C.
Fig. N° 13: Desmagnetización
de un imánConclusiones
Las líneas de campo
magnético en un imán se extienden en el
espacio, partiendo del polo norte del imán hacia
el polo sur.Cuando más cercanas sean las
líneas de fuerza y sea mayor el número de
ellas, más intenso será el campo
magnético.
Bibliografía
http://es.wikipedia.org/wiki/Campo_magn%C3%A9tico
http://www.fisicapractica.com/imanes-magnetismo.php
http://www.rena.edu.ve/TerceraEtapa/Fisica/Magnetismo.html
http://www.fisicanet.com.ar/fisica/magnetismo/ap04_campo_magnetico.php
Autor:
Victor Manuel Blas Reyes
Ing. En Energía -UNS
Laboratorio de física
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