Introducción

El magnetismo es una rama de la física muy compleja ya que no puede ser explicado

únicamente mediante postulados de la mecánica clásica, por lo que aquí trataremos

brevemente algunos de los fenómenos más básicos.

El fenómeno del magnetismo era conocido ya por los antiguos griegos desde hace más de

2000 años. Se observaba que ciertos minerales (imanes) podían atraer o repeler pequeños

objetos de hierro. De hecho, el nombre de magnetismo proviene de la provincia griega

Magnesia, donde se encuentran los yacimientos más importantes de la magnetita (Fe3O4),

mineral con acusadas propiedades magnéticas.

Aunque se tenía conocimiento de este fenómeno de forma experimental no fue hasta

mediados del siglo XIX cuando se formularon teóricamente todas las interacciones de tipo

eléctrico y magnético, resumidas en las ecuaciones de Maxwell.

Nociones previas

Las propiedades magnéticas son más acusadas en los extremos del imán, que se

denominan polos magnéticos, polo Norte (N) y polo Sur (S). Del mismo modo que

cargas eléctricas del mismo signo se repelen y de distinto se atraen, imanes que se

acercan por polos iguales se repelen y si se acercan por polos opuestos se atraen. Es

imposible aislar un único polo magnético, de modo que si un imán se parte en dos, en

cada trozo vuelve a haber un polo Norte y uno Sur.

De forma análoga al campo eléctrico en magnetismo hablamos en términos de un vector

llamado campo magnético B representado por sus líneas de campo de modo que en cada

punto del espacio el campo es tangente a dichas líneas.

El hecho de que los polos magnéticos nunca se puedan dar por separado se traduce en

que las líneas de campo son siempre cerradas, saliendo del polo Norte y entrando por el

polo Sur.

Cuando un trozo de hierro, un imán o un hilo de corriente se colocan en una zona en la

que existe un campo se ven sometidos una fuerza que tiende a orientarlos de una forma

determinada.

Materiales magnéticos

El comportamiento de los materiales en presencia de un campo magnético sólo puede

explicarse a partir de la mecánica cuántica, ya que se basa en una propiedad del electrón

conocida como espín. Se clasifican fundamentalmente en los siguientes grupos:

o Ferromagnéticos: constituyen los imanes por excelencia, son materiales que

pueden ser magnetizados permanentemente por la aplicación de campo

magnético externo. Por encima de una cierta temperatura (temperatura de Curie)

se convierten en paramagnéticos. Como ejemplos más importantes podemos citar

el hierro, el níquel, el cobalto y aleaciones de éstos.

o Paramagnéticos: cada átomo que los constituye actúa como un pequeño imán

pero se encuentran orientados al azar de modo que el efecto magnético se cancela.

Cuando se someten a la aplicación de un B adquieren una imanación paralela a él

que desaparece al ser retirado el campo externo. Dentro de esta categoría se

encuentran el aluminio, el magnesio, titanio, el wolframio o el aire.

o Diamagnéticos: en estos materiales la disposición de los electrones de cada átomo

es tal que se produce una anulación global de los efectos magnéticos. Bajo la

acción de un campo magnético externo la sustancia adquiere una imanación débil

y en el sentido opuesto al campo aplicado. Son diamagnéticos por ejemplo el

bismuto, la plata, el plomo o el agua.

Campo magnético

El campo magnético B es una magnitud vectorial. Puede estar producido por una

carga puntual en movimiento o por un conjunto de cargas en movimiento, es decir,

por una corriente eléctrica.

La unidad de campo magnético en el Sistema Internacional es el tesla (T). Un tesla

se define como el campo magnético que ejerce una fuerza de 1 N (newton) sobre

una carga de 1 C (culombio) que se mueve a velocidad de 1 m/s dentro del campo

y perpendicularmente a las líneas de campo.

El tesla es una unidad muy grande, por lo que a veces se emplea como unidad de

campo magnético el gauss (G) que, aunque no pertecece al Sistema Internacional

sino al sistema CGS, tiene un valor más acorde con el orden de magnitud de los

campos magnéticos que habitualmente se manejan.

1 T = 10.000 gauss

Campo magnético creado por una carga puntual

Cuando una carga q se mueve con una cierta velocidad, como se muestra en la

siguiente figura, crea un campo magnético en todo el espacio.

Dicho campo viene dado por la expresión:

Donde,

q es la carga creadora del campo

v es la velocidad de dicha carga

r es la distancia desde el punto donde se encuentra la carga hasta el punto P

donde se está calculando el campo

ur es un vector unitario que va desde el punto donde se encuentra la carga hacia

el punto donde se calcula el campo

μ0 es una constante denominada permeabilidad del espacio libre. Su valor en el

Sistema Internacional es μ0 = 4π 10-7 T m/A

La dirección y el sentido del campo B vienen dados por la regla de la mano

derecha, y su módulo es el módulo del producto vectorial:

Dirección y sentido Módulo

Cuando la carga q es negativa, el sentido de B es opuesto al que se muestra en la

figura. El campo magnético en la dirección del movimiento es nulo, ya que en este

caso los vectores v y ur son paralelos y su producto vectorial es cero.