Electricidad Fácil V: Los campos magnéticos, las líneas de fuerza y la reluctancia

En el capítulo anterior hablamos de magnetismo, imanes naturales y artificales, los polos del iman y los dominios magnéticos, sin embargo, se quedaron algunos puntos por tratar.

En esta entrega de electricidad fácil veremos los campos magnéticos.

¿Qué son los campos magnéticos?

En el capítulo III, al tratar las cargas eléctricas (exceso o falta de electrones) vimos que estas crean un campo eléctrico, en el cual los objetos cargados se atraen o se repelen, en función del tipo de carga. Un campo magnético es el espacio alrededor de un imán en el que también se produce un fenómeno de atracción o repulsión.

Al igual que los campos eléctricos, los campos magnéticos también son invisibles. Este campo se representa sobre el papel con líneas que parten del polo norte del imán, viajan alrededor del imán y entran de nuevo a este por el polo sur. En el interior del imán, las líneas no se interrumpen, sino que continúan su camino y vuelven a salir por el polo norte.

La influencia que los campos magnéticos ejercen sobre otros campos y sobre cables que conducen una corriente eléctrica es muy importante en el estudio de la electricidad. De hecho, la acción recíproca de campos magnéticos se usa para producir casi toda la electricidad que usamos, y también sirve para convertir la electricidad en movimiento rotatorio, es decir, para fabricar un motor.

¿Qué son las líneas de flujo magnético?

Las líneas de flujo son unas líneas imaginarias que van del polo norte de un imán al polor sur y que sirven para explicar los fenómenos de los campos magnéticos.

Representación de las líneas de flujo magnético en un imán de barra

Lineas de flujo magnético

Las líneas de flujo también se llaman líneas de fuerza. Las líneas no se ven a simple vista, pero sí con la ayuda de limaduras de hierro. Si ponemos un imán bajo una cartulina y añadimos sobre esta unas limaduras de hierro, veremos que se organizan alrededor del iman formando líneas separadas entre sí. Una propiedad que tienen las líneas de flujo magnético es que nunca se cortan.

Unidades de medida de flujo magnético y densidad de flujo magnético

¿Cómo se miden las líneas de fuerza de un imán? Podemos medir dos cosas:

  • Flujo magnético
  • Densidad de flujo magnético

Unidades de medida de flujo y densidad de flujo magnético

Unidad Sistema ¿Qué mide? ¿A quién debe su nombre? Equivalencia
Maxwell CGS Flujo magnético James Clerk Maxwell Weber
Weber SI Flujo magnético Wilhelm Eduard Weber Maxwell
Gauss CGS Densidad de flujo Carl Friedrich Gauss Tesla
Tesla SI Densidad de flujo Nikola Tesla Gauss

Densidad de flujo magnético

La unidad de medida usada para medir la densidad de flujo magnético de un imán en el sistema CGS el gauss. El nombre de gauss se llama así en honor de Carl Friedrich Gauss, un matemático y físico alemán que estudio magnétismo, óptica, álgebra y estadística, entre otras cosas.

Gauss

El gauss, representado por el símbolo G, es una unidad de medida de densidad de flujo magnético (o inducción magnética). Equivale a un maxwell por cm². El maxwell, que se llamo así por James Clerk Maxwell, un científico escocés que formulo la teoría clásica de la radiación electromagnética, equivale a una línea de flujo.

En el Sistema Internacional de Unidades, la unidad de flujo magnético no es el gauss, sino el tesla.

Tesla

Flujo magnético

El maxwell es la unidad de medida de flujo magnético en el sistema cegesimall. Antiguamente se conocía como línea. Un maxwell representa la cantidad de flujo magnético en un área de un centímetro cuadrado cuando la densidad de flujo es de un gauss.

Maxwell

En el Sistema Internacional de Unidades no se usa el maxwell, sino el weber. El weber es una unidad muy grande que equivale a 108 maxwell.

Weber

Atracción y repulsión de los campos magnéticos

Al igual que ocurre con las cargas eléctricas, si acercamos el polo norte de un imán al polo norte de otro, estos se repelen. Lo mismo sucede si los juntamos por el polo sur. Sin embargo, si unimos un polo norte con un polo sur, los imanes se atraen.

Es decir, como en las cargas eléctricas, polos iguales se repelen y polos diferentes se atraen.

Polos de un iman

Atracción y repulsión de los polos de un imán: polos iguales se repelen, polos diferentes se atraen.

Cambiando de tema, al estudiar los materiales conductores y aislantes de la electricidad, vimos que unos permiten mejor que otros el paso de una corriente eléctrica. Con el magnetismo sucede lo mismo y la resistencia que ofrecen los materiales al paso del flujo magnético se llama reluctancia magnética.

Reluctancia magnética

Las líneas de flujo magnético pasan a través de todos los materiales en mayor o menor medida. Es decir, no hay ningún material que se pueda poner en medio de dos imanes para evitar que estos se atraigan (o se repelan).

Sin embargo, el magnetismo pasa más fácilmente a través de unos materiales que de otros. Hablamos entonces de la reluctancia magnética del material. La reluctancia es más alta cuanto más se oponga el material al paso de las líneas de fuerza.

Las líneas de flujo toman el camino de menor reluctancia

Los materiales que no se oponen al paso del flujo magnético tienen reluctancia magnética baja. Al contrario, los que muestran una gran oposición al paso de las líneas de fuerza tienen reluctancia alta.

Las líneas de fuerza toman siempre el camino que tenga menos reluctancia. Por ejemplo, el aire tiene una mayor reluctancia que el acero. Y por ello, si en un circuito magnético, es decir, en medio del recorrido de las líneas de fuerza, ponemos un trozo de acero, el flujo magnético se concentrará más en el metal que en el aire.

Resumen

Los extremos de un imán, los polos, son los puntos en los que los fenómenos del magnetismo son más fuertes. El espacio alrededor de un imán en el que existe atracción y repulsión de otros imanes se conoce como campo magnético.

El campo magnético se representa mediante líneas que viajan del polo norte del imán hasta el polo sur, son las líneas de fuerza o flujo magnético.

Al igual que con las cargas eléctricas, los polos de mismo signo de un imán se repelen (norte-norte, sur-sur), mientras que polos distintos se atraen (norte-sur, sur-norte).

No se conoce ningún material capaz de bloquear el flujo magnético, es decir, si dos imanes están unidos por polos diferentes, no podemos poner ningún tipo de lámina entre ellos que detenga este fenómeno. Sin embargo, unos materiales conducen el magnetismo mejor que otros. La resistencia que opone un material al paso de las líneas de fuerza es lo que se llama reluctancia magnética.

Apuntes adicionales: ¿por qué se llama reluctancia a la resistencia magnética de los materiales?

En el estudio del magnetismo, la reluctancia es el equivalente a la resistencia eléctrica. La reluctancia se mide en amperios-vuelta por weber pero ¿quién escogió este extraño nombre? El ingeniero eléctrico autodidacta inglés Oliver Heaviside, quien también era matemático y físico.

Definición de reluctancia magnética

La reluctancia magnética se define como:

Resistencia que ofrece un circuito al flujo magnético, s.f. (FÍSICA)

La palabra reluctancia viene del latín reluctari, de re 'repetición' y luctari 'luchar'. Es decir, algo así como «volver a luchar». Bueno, más o menos.

Aunque Heaviside fue quien le puso el nombre (en mayo de 1888), el concepto de 'resistencia al magnetismo' ya fue mencionado por el físico inglés James Prescott Joule en 1840.

En cuanto a la idea de una ley de flujo magnético, similar a la ley de Ohm ─que veremos más adelante─, se le atribuye al físico estadounidense Henry-Augustus Rowland. Rowland también acuñó la palabra fuerza magnetomotriz.

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