Conceptos Fundamentales del Magnetismo y sus Aplicaciones

Definiciones Clave

• Magnetismo: Fenómeno físico por el que los materiales ejercen fuerzas de atracción o repulsión sobre otros materiales.
• Imán: Cuerpo que posee un campo magnético significativo, de forma que tiende a alinearse con otros imanes o materiales ferromagnéticos.
• Polos magnéticos: Puntos de la superficie de un imán donde las líneas de fuerza magnética son más intensas.
• UP (Unidad de Polo): Unidad de medida de los polos magnéticos, definida por la fuerza (una dina) que experimenta una carga magnética a 1 cm de distancia de otra carga igual en el vacío.
• Weber (Wb): Unidad de flujo magnético en el Sistema Internacional de Unidades (SI).
• Campo magnético: Región del espacio donde se manifiestan los efectos de una corriente eléctrica o un imán.
• Oersted: Científico que demostró la relación entre el magnetismo y la corriente eléctrica, evidenciando que una carga en movimiento crea un campo magnético.
• Intensidad de campo magnético: Flujo magnético por unidad de área en una región específica.
• Línea de fuerza: Curva cuya tangente indica la dirección del campo magnético en cada punto.
• Flujo magnético: Número total de líneas de campo magnético que atraviesan una superficie.
• Abamperio: Unidad de corriente eléctrica en el Sistema Cegesimal de Unidades (CGS), equivalente a 10 amperios.
• Solenoide: Dispositivo que genera un campo magnético uniforme en su interior.
• Inducción magnética: Flujo magnético por unidad de área en una sección perpendicular a la dirección del flujo.
• Permeabilidad magnética: Capacidad de un medio para conducir campos magnéticos.
• Maxwell (Mx): Unidad de flujo magnético en el sistema CGS.
• Paramagnetismo: Tendencia de los momentos magnéticos libres a alinearse paralelamente a un campo magnético externo.
• Diamagnetismo: Propiedad de ciertos materiales de ser repelidos por los imanes.
• Faradio (F): Unidad de capacitancia eléctrica en el SI.
• Capacidad eléctrica: Propiedad de los cuerpos para almacenar carga eléctrica.
• Condensadores: Dispositivos que almacenan energía en forma de campo eléctrico.
• Dieléctrico: Material aislante que puede polarizarse bajo la influencia de un campo eléctrico.

Leyes y Principios

• Ley de Biot-Savart: Describe el campo magnético generado por corrientes eléctricas estacionarias.
• Ley de Ampere: Relaciona un campo magnético estático con la corriente eléctrica que lo produce.

Aplicaciones del Magnetismo

Construcción de un Electroimán

Un electroimán se construye con un núcleo de hierro dulce en forma de herradura. En los extremos de las dos ramas se colocan bobinas (C y C1) por las que circula la corriente. Se utiliza en aplicaciones como la elevación de grandes pesos, timbres eléctricos y telégrafos.

Funcionamiento de un Ciclotrón

El ciclotrón es un dispositivo que acelera partículas cargadas (iones) mediante campos eléctricos y magnéticos. Evita las dificultades de usar altos voltajes mediante la aceleración múltiple de los iones hasta alcanzar altas velocidades.

Conceptos Adicionales

• Constante μ₀ (Permeabilidad magnética del vacío): Su valor es 4π × 10^-7 N·A^-2.
• Permeabilidad magnética relativa: Capacidad de una sustancia para conducir campos magnéticos en comparación con el vacío.
• Aplicaciones de la ley de Ampere: Cálculo del campo magnético en hilos infinitos, cables cilíndricos y solenoides ideales.
• Magnitud de la fuerza magnética cuando la corriente es paralela al campo: Es nula.
• Intensidad de un campo magnético: La fuerza magnética sobre una partícula es proporcional a su carga, velocidad y al seno del ángulo entre el vector velocidad y el campo magnético.
• Regla de la palma de la mano derecha: Permite determinar la dirección de la fuerza magnética sobre una corriente eléctrica en un campo magnético.

Fenómenos Magnéticos

Origen del Magnetismo en Sustancias

El magnetismo en ciertos materiales se debe a la alineación de los momentos magnéticos atómicos. Esto puede ocurrir al colocar el material en un campo magnético intenso o al enfriarlo en presencia de un campo magnético después de fundirlo.

Comportamiento de un Imán al Partirse

Al partir un imán en dos, cada parte se comporta como un nuevo imán con sus propios polos norte y sur. Esto se debe a la naturaleza dipolar de los campos magnéticos a nivel atómico.

Manifestación del Campo Magnético de un Imán

El campo magnético de un imán se comprime al enfrentarse a otro campo magnético de igual polaridad, generando una fuerza de repulsión.

Representación Gráfica del Campo Magnético

El campo magnético se representa mediante líneas de campo o líneas de inducción, que son líneas imaginarias que indican la dirección y la intensidad del campo.

Características de las Líneas de Inducción Magnética

Las líneas de inducción magnética son invisibles, forman bucles cerrados y fueron utilizadas por Michael Faraday para visualizar el campo electromagnético.