Magnetostatica: parte 1

Magnetostatica

Efecto de las cargas eléctricas que se mueven a módulo de velocidad constante, aunque no de dirección. No se pone en juego la variación de energía cinética.

Los imanes tienen, en su interior, millones de átomos con sus momentos magnéticos (producido por los electrones en movimiento) alineados produciendo un campo magnético propio, sin embargo, no hay que perder el punto de vista de que el origen de éstos campos son siempre las cargas eléctricas en movimiento.

Cuando cortamos un imán en dos mitades el comportamiento magnético del mismo no se altera, ya que, por más pequeño que sea su tamaño siempre tendremos miles de átomos que generen momentos magnéticos y que den origen a un campo magnético intrínseco, como se muestra a continuación:

 

Por convenio, las líneas del campo magnético generado por un imán van del polo negativo al positivo.

Podemos distinguir 2 tipos de imanes, de acuerdo a su origen:

· imanes naturales: poseen su propiedad de forma natural.

· imanes artificiales: poseen su propiedad de forma inducida.

A la Tierra, al igual que los imanes, se le asigna un polo sur magnético: aquella región donde ingresan las líneas de campo magnético, y un polo norte magnético: donde salen las líneas de campo magnético. Dos polos de distinto tipo se atraen y del mismo tipo se repelen.

A continuación se muestra un imán de barra quien produce un campo magnético en el espacio. A la región del espacio donde ingresan las líneas de campo magnético se la suele llamar polo Sur; mientras que, a la porción del imán de donde salen las líneas de campo magnético, se la llama polo Norte. Las brújulas se orientan en el campo magnético producido por el imán y, gracias a esto, es posible trazar las líneas de campo magnético.

Un imán de barras produciendo un campo magnético

 que puede ser detectado por la presencia de una brújula.

Las propiedades de los materiales magnéticos se basan en gran parte en el fenómeno cuántico de la interacción de intercambio.

Un átomo posee un momento magnético permanente determinado por la suma del momento angular y espín de sus electrones. La contribución del núcleo al momento magnético de un átomo es despreciable en comparación con los momentos magnéticos de los electrones. Existen materiales en donde los momentos magnéticos de los átomos componentes poseen una estructura ordenada, incluso en ausencia de un campo magnético externo. Si todos los momentos se encuentran alineados en una misma dirección, el material se denomina Ferromagnético. Cuando un material posee momentos magnéticos alineados, pero orientados en sentidos opuestos y desbalanceados en magnitud o número, dando lugar a un momento magnético macroscópico no nulo, se denominan Ferrimagnético. Tanto los materiales ferro‐  como ferri‐ magnéticos pueden poseer una importante magnetización incluso en ausencia de un campo magnético aplicado externamente; esta magnetización se denomina remanente o espontánea (MR). En el caso particular de que un material contenga momentos magnéticos orientados en sentidos opuestos y perfectamente balanceados, este no presentará una magnetización macroscópica espontánea, y se denomina Antiferromagnético. En un material paramagnético los momentos magnéticos no poseen ninguna orientación preferencial, y en consecuencia ninguna magnetización espontánea. En presencia de un campo magnético externo, los momentos magnéticos tenderán a alinearse magnetizando al material. Este proceso se denomina magnetización inducida

Para todos estos materiales, existe una temperatura por encima de la cual la agitación térmica vence a la energía de intercambio que mantiene a los momentos magnéticos alineados, y el comportamiento pasa a ser Paramagnético con cero magnetización espontánea. Esta temperatura de transición se denomina temperatura de Curie (TC) para ferromagnetos y ferrimagnetos, y en el caso de los antiferromagnetos se denomina temperatura de Néel.

Esquema de la orientación y magnitud relativa de dipolos magnéticos en materiales ferro‐, ferri‐ y anti‐ferromagnéticos. Todos, por encima de una cierta temperatura pasan a tener un comportamiento paramagnético.

Definimos Inducción magnética como la cantidad de líneas de fuerza que atraviesa una superficie perpendicularmente. Indica la densidad de líneas de fuerza en una parte del campo magnético. Es una magnitud vectorial, es decir, tiene una dirección y un sentido. Se representa por un vector cuya dirección y sentido coincide con la dirección y el sentido de las líneas de inducción en cada punto del campo magnético.

Inducción magnética

El campo magnético: el hecho de que las fuerzas magnéticas sean fuerzas de acción a distancia permite recurrir a la idea física de campo para describir la influencia de un imán o de un conjunto de imanes sobre el espacio que les rodea. Líneas de fuerza del campo magnético Al igual que en el caso del campo eléctrico, se recurre a la noción de líneas de fuerza para representar la estructura del campo. En cada punto las líneas de fuerza del campo magnético indican la dirección en la que se orientaría una pequeña brújula situada en tal punto. Así las limaduras de hierro espolvoreadas sobre un imán se orientan a lo largo de las líneas de fuerza del campo magnético correspondiente y el espectro magnético resultante proporciona una representación espacial del campo.

Se admite que las líneas de fuerza salen del polo Norte y se dirigen al polo Sur.

A pesar que el patrón de campo magnético de la Tierra es similar al que genera un imán de barra, es incorrecto pensar que el núcleo de la Tierra está compuesto por grandes masas de material magnetizado. Las elevadas temperaturas del núcleo terrestre impiden cualquier tipo de magnetización.

A la Tierra, al igual que los imanes, se le asigna un polo sur magnético: aquella región donde ingresan las líneas de campo magnético, y un polo norte magnético: donde salen las líneas de campo magnético. El polo sur magnético de la Tierra está localizado cerca del polo norte, como se muestra a continuación: