Fenómenos magnéticos

La idea

Qué vas a aprender

• El campo magnético y los imanesconcepto

  Un imán es un cuerpo que atrae al hierro, al níquel y al cobalto, y que interactúa con otros imanes. Tiene dos polos: norte (N) y sur (S). Polos iguales se repelen, polos distintos se atraen. A diferencia de la carga eléctrica, que existe en forma aislada (positiva o negativa por separado), el polo magnético no se puede aislar: si cortás un imán al medio, no obtenés un polo norte solo y un polo sur solo, sino dos imanes nuevos, cada uno con sus dos polos.

  Para describir la influencia del imán en el espacio que lo rodea se usa el concepto de campo magnético, representado por el vector $\vec{B}$ (se mide en tesla, T). El campo se puede visualizar con líneas de campo: salen del polo norte, entran por el polo sur, y donde están más juntas el campo es más intenso. Podés "ver" estas líneas espolvoreando limaduras de hierro sobre una hoja apoyada encima de un imán: se ordenan solas siguiendo el patrón del campo.

  La Tierra misma se comporta como un imán gigante, y por eso funciona la brújula: su aguja imantada se alinea con el campo magnético terrestre, que apunta aproximadamente de sur a norte geográfico.

• Corriente eléctrica y campo magnéticoconcepto

  El físico danés Hans Christian Ørsted descubrió en 1820, casi de casualidad, que una brújula cercana a un cable se desviaba cuando por el cable circulaba corriente. Ese fue el primer indicio experimental de que electricidad y magnetismo están unidos: toda carga eléctrica en movimiento —es decir, toda corriente— genera a su alrededor un campo magnético.

  Si arrollás un cable en forma de espira o de bobina (varias vueltas), los campos magnéticos de cada tramo del cable se suman, y el resultado es un campo mucho más intenso y ordenado, muy parecido al de un imán de barra, con un polo norte y un polo sur bien definidos en los extremos de la bobina.

• El electroimánconcepto

  Si a esa bobina le agregás en el centro un núcleo de hierro (un material que se imanta fácilmente), el campo magnético se refuerza todavía más. Este dispositivo —bobina más núcleo de hierro— es un electroimán: un imán que solo funciona mientras circula corriente, y que se puede prender y apagar, o hacer más fuerte o más débil según la corriente que le des. A diferencia de un imán permanente, el electroimán es controlable, y por eso se usa en timbres, grúas que levantan chatarra metálica, altavoces y motores eléctricos.

• Fuerza sobre cargas y sobre corrientesconcepto

  Así como una corriente genera campo magnético, un campo magnético también ejerce fuerza sobre una carga eléctrica en movimiento (y, por lo tanto, sobre un cable con corriente, que no es otra cosa que muchas cargas moviéndose juntas). Esta es la fuerza que hace girar el rotor de un motor eléctrico: un cable con corriente dentro de un campo magnético siente una fuerza que lo empuja, y si el dispositivo está armado para que esa fuerza produzca un giro continuo, tenés movimiento mecánico a partir de electricidad.

  La magnitud de esta fuerza depende de tres cosas: cuánta carga se mueve (o cuánta corriente circula), qué tan intenso es el campo magnético, y el ángulo entre la velocidad de la carga (o la dirección del cable) y el campo. Cuando el movimiento es perpendicular al campo, la fuerza es máxima; si es paralelo, la fuerza es nula. En el caso de una carga puntual, esto se resume como:

  $$F = q \cdot v \cdot B \cdot \sin\theta$$

  donde $F$ es la fuerza, $q$ la carga, $v$ su velocidad, $B$ la intensidad del campo magnético y $\theta$ el ángulo entre $\vec{v}$ y $\vec{B}$. No hace falta memorizar la fórmula al detalle: lo importante es entender que campo, movimiento y ángulo son las tres variables que definen si hay fuerza magnética y qué tan grande es.

Ejemplos resueltos

• La magnitud de esta fuerza depende de tres cosas: cuánta carga se mueve (o cuánta corriente circula), qué tan intenso es el campo magnético, y el ángulo entre la velocidad de la carga (o la dirección del cable) y el campo. Cuando el movimiento es perpendicular al campo, la fuerza es máxima; si es paralelo, la fuerza es nula. En el caso de una carga puntual, esto se resume como:

Errores comunes

• "El magnetismo y la electricidad son fenómenos totalmente distintos".

  No: toda corriente genera campo magnético, y todo campo magnético variable puede generar corriente (esto último se profundiza en inducción electromagnética). Están profundamente relacionados.

  Cómo corregirlo: No: toda corriente genera campo magnético, y todo campo magnético variable puede generar corriente (esto último se profundiza en inducción electromagnética). Están profundamente relacionados.

• "Se puede aislar un polo norte solo, cortando el imán".

  Si partís un imán, obtenés dos imanes nuevos, cada uno con sus dos polos. Los polos magnéticos siempre vienen de a par.

  Cómo corregirlo: Si partís un imán, obtenés dos imanes nuevos, cada uno con sus dos polos. Los polos magnéticos siempre vienen de a par.

• "Un electroimán es lo mismo que un imán común".

  El imán permanente mantiene su magnetismo solo; el electroimán necesita corriente circulando y se puede apagar, prender o regular.

  Cómo corregirlo: El imán permanente mantiene su magnetismo solo; el electroimán necesita corriente circulando y se puede apagar, prender o regular.

• "La fuerza magnética empuja en la misma dirección en la que se mueve la carga".

  La fuerza magnética es perpendicular tanto a la velocidad de la carga como al campo magnético, no va "en la misma dirección" de ninguno de los dos.

  Cómo corregirlo: La fuerza magnética es perpendicular tanto a la velocidad de la carga como al campo magnético, no va "en la misma dirección" de ninguno de los dos.

• "Un cable con corriente parado (sin moverse) siente fuerza magnética con cualquier campo".

  Si la corriente es paralela al campo magnético ($\theta = 0°$), la fuerza es nula, aunque haya corriente y haya campo.

  Cómo corregirlo: Si la corriente es paralela al campo magnético ($\theta = 0°$), la fuerza es nula, aunque haya corriente y haya campo.

• "La brújula apunta al norte porque hay un imán físico enterrado ahí".

  La brújula se alinea con el campo magnético terrestre, que se origina en el movimiento de material conductor dentro del núcleo del planeta, no en un imán como los que conocemos.

  Cómo corregirlo: La brújula se alinea con el campo magnético terrestre, que se origina en el movimiento de material conductor dentro del núcleo del planeta, no en un imán como los que conocemos.

En resumen