Campo magnticoUncampo magnticoes una descripcin matemtica de la influencia magntica de lascorrientes elctricasy de los materiales. El campo magntico en cualquier punto est especificado por dos valores, ladirecciny la magnitud; de tal forma que es uncampo vectorial. Especficamente, el campo magntico es unvector axial, como lo son losmomentos mecnicosy los campos rotacionales. El campo magntico es ms comnmente definido en trminos de lafuerza de Lorentzejercida en cargas elctricas.Campo magnticopuede referirse a dos separados pero muy relacionados smbolosByH.Los campos magnticos son producidos por cualquiercarga elctricaen movimiento y el momento magntico intrnseco de laspartculas elementalesasociadas con una propiedad cuntica fundamental, suespn. En larelatividad especial, campos elctricos y magnticos son dos aspectos interrelacionados de un objeto, llamado el tensor electromagntico. Las fuerzas magnticas dan informacin sobre la carga que lleva un material a travs delefecto Hall. La interaccin de los campos magnticos en dispositivos elctricos tales como transformadores es estudiada en la disciplina decircuitos magnticos.Si bien algunos materiales magnticos han sido conocidos desde la antigedad, como por ejemplo el poder de atraccin que lamagnetitaejerce sobre el hierro, no fue sino hasta elsiglo XIXcuando la relacin entre laelectricidady el magnetismo qued plasmada, pasando ambos campos de ser diferenciados a formar el cuerpo de lo que se conoce como electromagnetismo.Antes de 1820, el nico magnetismo conocido era el del hierro. Esto cambi con un profesor de ciencias poco conocido de laUniversidad de Copenhague,Dinamarca,Hans Christian Oersted.Mientras llevaba a cabo su demostracin elctrica, Oersted not para su sorpresa que cada vez que se conectaba la corriente elctrica, se mova la aguja de la brjula. Se call y finaliz las demostraciones, pero en los meses sucesivos trabaj duro intentando explicarse el nuevo fenmeno. Pero no pudo! La aguja no era ni atrada ni repelida por ella. En vez de eso tenda a quedarse enngulo recto. Hoy sabemos que esto es una prueba fehaciente de la relacin intrnseca entre el campo magntico y el campo elctrico plasmada en lasecuaciones de Maxwell.Como ejemplo para ver la naturaleza un poco distinta del campo magntico basta considerar el intento de separar el polo de un imn. Aunque rompamos un imn por la mitad ste "reproduce" sus dos polos. Si ahora volvemos a partir otra vez en dos, nuevamente tendremos cada trozo con dos polos norte y sur diferenciados. En magnetismo no existen losmonopolos magnticos. Fuerza magnticaLafuerza magnticaes la parte de lafuerzaelectromagntica total ofuerza de Lorentzque mide un observador sobre una distribucin de cargas en movimiento. Las fuerzas magnticas son producidas por el movimiento de partculas cargadas, como electrones, lo que indica la estrecha relacin entre laelectricidady elmagnetismo.Las fuerzas magnticas entre imanes y/o electroimanes es un efecto residual de la fuerza magntica entre cargas en movimiento. Esto sucede porque en el interior de los imanes convencionales existen microcorrientes que macroscpicamente dan lugar a lneas de campo magntico cerradas que salen del material y vuelven a entrar en l. Los puntos de entrada forman un polo y los de salida el otro polo.Fuerza magntica sobre un conductorUn conductor puede ser un cable o alambre por el cual circula una corriente elctrica. Una corriente elctrica es un conjunto decargas elctricasen movimiento. Ya que un campo magntico ejerce una fuerza lateral sobre una carga en movimiento, es de esperar que la resultante de las fuerza sobre cada carga resulte en una fuerza lateral sobre un alambre por el que circula una corriente elctrica.Conductor rectilneoTramo de un conductor rectilneo de longitudl, que transporta una intensidadiy colocado en uncampo magnticoBEn la figura se muestra un tramo de alambre de longitudque lleva una corrientey que est colocado en uncampo magntico. Para simplificar se ha orientado elvector densidad de corrientede tal manera que sea perpendicular a.La corrienteen un conductor rectilneo es transportada por electrones libres, siendoel nmero de estos electrones por unidad de volumen del alambre. La magnitud de la fuerza media que obra en uno de estos electrones est dada por;

por sery siendola velocidad de arrastre:. Por lo tanto,

La longituddel conductor contieneelectrones libres, siendoel volumen de la seccin de conductor de seccin transversalque se est considerando. La fuerza total sobre los electrones libres en el conductor y, por consiguiente, en el conductor mismo, es:

Ya quees la corrienteen el conductor, se tiene:

Las cargas negativas que se mueven hacia la derecha en el conductor equivalen a cargas positivas movindose hacia la izquierda, esto es, en la direccin de la flecha verde. Para una de estas cargas positivas, la velocidadapuntara hacia la izquierda y la fuerza sobre el conductorapunta hacia arriba saliendo del plano de la figura. Esta misma conclusin se deduce si se consideran los portadores de carga negativos reales para los cualesapunta hacia la derecha, perotiene signo negativo. As pues, midiendo la fuerza magntica lateral que obra sobre un conductor con corriente y colocado en un campo magntico, no es posible saber si los portadores de corriente son cargas negativas movindose en una direccin o cargas positivas que se mueven en direccin opuesta.La ecuacin anterior es vlida solamente si el conductor es perpendicular a. Es posible expresar el caso ms general en forma vectorial as:

siendoun vector (recorrido) que apunta a lo largo del conductor en la direccin de la corriente. Esta ecuacin es equivalente a la relaciny cualquiera de las dos puede tomarse como ecuacin de definicin deObsrvese que(no representado en la figura) apunta hacia la izquierda y que la fuerza magnticaapunta hacia arriba saliendo del plano de la figura.Esto concuerda con la conclusin a que se lleg al analizar las fuerzas que obran en los portadores de carga individualesConductor no rectilneo

Si se considera solamente un elemento diferencial de un conductor de longitud, la fuerzapuede encontrarse mediante la expresin

Considrese, por ejemplo, un alambre de la forma mostrada en la figura, que lleva una corrienteiy se encuentra en el seno de un campo magntico uniforme de induccin magnticasaliendo del plano de la figura tal como lo muestran los puntos. La magnitud de la fuerza sobre cada tramo recto est dada por:

y apunta hacia abajo tal como lo muestran los vectores coloreados de verde. Un segmento de alambre de longituden el arco experimenta una fuerzacuya magnitud es:

y cuya direccin es radial hacia O, que es el centro del arco. Solamente la componente hacia abajo de esa fuerza es efectiva, porque la componente horizontal es anulada por una componente directamente opuesta proveniente del correspondiente segmento de arco a la derecha de O. En consecuencia, la fuerza total sobre el semicrculo de alambre alrededor de O apunta hacia abajo y es:

Entonces, la fuerza total ser:

Es interesante notar que esta fuerza es la misma que obrara sobre un alambre recto de longitudFuerza entre imanesInicialmente se trat de modelizar la fuerza magntica entre imanes naturales por una expresin del tipo:(a)Donde:son las "masas magnticas" o "cargas magnticas" que dependeran del tamao de los imanes.la distancia media entre los polos.Sin embargo, la anterior expresin slo resulta til para casos con imanes con formas geomtricas sencillas que permitan identificar los polos y que se encuentren convenientemente alineados. Otros dos problemas an ms serios son que la forma anterior no es fcilmente generalizable a polos desalineados, ni tampoco parece fcil calcular el valor de la "masa magntica" a partir de las caractersticas microscpicas del material.El carcter complejo de la "masa magntica" se refleja entre otras cosas en el hecho de que se ve afectado por la temperatura, un material ferromagntico normal deja de ser magntico a una temperatura superior a latemperatura de Curie. Lo cual refleja que el efecto magntico de los imanes no es una propiedad intrnseca sino un efecto dependiendo de la agitacin trmica de los tomos y electrones que configuran internamente el material.La fuerza entre dos imanes puede calcularse exactamente si se conoce ladensidad de corrienteequivalente en el interior de los mismos mediante la expresin:(b)Donde:, son las densidades de corriente en cada uno de los imanes., son los vectores directores sobre puntos del interior de cada uno de los dos imanes., son los volmenes ocupados por los dos imanes.es lapermeabilidad magntica.Comparando (a) con (b) puede verse que los valores dedepende de una manera muy compleja de la distribucin interna de las corrientes en los dos imanes. Para distancias grandes comparadas con el tamao de los imanes la fuerza dada por (b) puede aproximarse por la fuerza entre dosdipolos magnticos:(c)Donde:, son los momentos dipolares magnticos de los imanes que son vectores alineados con la lnea que va desde el polo sur al polo norte del imn., son el vector de posicin relativa y la distancia entre los imanes.Para dos imanes alineados esta fuerza resulta ser:

Si los dos momentos estn alineados paralelamente(lo cual corresponde a que los dos polos de diferente signo estn ms prximos) la fuerza es atractiva, en cambio si los imanes estn alineados antiparalelamente (con lo cual dos polos del mismo signo sern los ms prximos) la fuerza es repulsiva.

ElectromagnetismoElelectromagnetismoes una rama de lafsicaque estudia y unifica los fenmenoselctricosymagnticosen una sola teora, cuyos fundamentos fueron sentados porMichael Faradayy formulados por primera vez de modo completo porJames Clerk Maxwell. La formulacin consiste en cuatroecuaciones diferencialesvectorialesque relacionan elcampo elctrico, elcampo magnticoy sus respectivas fuentes materiales (corriente elctrica,polarizacin elctricaypolarizacin magntica), conocidas comoecuaciones de Maxwell.El electromagnetismo es unateora de campos; es decir, las explicaciones y predicciones que provee se basan enmagnitudes fsicasvectorialesotensorialesdependientes de laposicin en el espacioy deltiempo. El electromagnetismo describe losfenmenos fsicosmacroscpicos en los cuales intervienencargas elctricasen reposo y en movimiento, usando para ellocampos elctricosymagnticosy sus efectos sobre las sustancias slidas, lquidas y gaseosas. Por ser una teora macroscpica, es decir, aplicable slo a un nmero muy grande de partculas y a distancias grandes respecto de las dimensiones de stas, el electromagnetismo no describe los fenmenos atmicos y moleculares, para los que es necesario usar lamecnica cuntica.El electromagnetismo es considerado como una de las cuatrofuerzas fundamentalesdel universo actualmente conocido.Historia[editar]Artculo principal:Historia del electromagnetismoDesde laantigua Greciase conocan los fenmenos magnticos y elctricos pero no es hasta inicios del siglo XVII donde se comienza a realizar experimentos y a llegar a conclusiones cientficas de estos fenmenos.1Durante estos dos siglos,XVIIyXVIII, grandes hombres de ciencia comoWilliam Gilbert,Otto von Guericke,Stephen Gray,Benjamin Franklin,Alessandro Voltaentre otros estuvieron investigando estos dos fenmenos de manera separada y llegando a conclusiones coherentes con sus experimentos.

Michael Faraday.A principios delsiglo XIXHans Christian rstedencontr evidencia emprica de que los fenmenos magnticos y elctricos estaban relacionados. De ah es que los trabajos de fsicos comoAndr-Marie Ampre,William Sturgeon,Joseph Henry,Georg Simon Ohm,Michael Faradayen ese siglo, son unificados porJames Clerk Maxwellen1861con un conjunto de ecuaciones que describan ambos fenmenos como uno solo, como un fenmeno electromagntico.1

James Clerk Maxwell.Las ahora llamadasecuaciones de Maxwelldemostraban que los campos elctricos y los campos magnticos eran manifestaciones de un solo campo electromagntico. Adems describa la naturaleza ondulatoria de la luz, mostrndola como unaonda electromagntica.2Con una sola teora consistente que describa estos dos fenmenos antes separados, los fsicos pudieron realizar varios experimentos prodigiosos e inventos muy tiles como la bombilla elctrica porThomas Alva Edisono el generador de corriente alterna porNikola Tesla.3El xito predicitivo de la teora de Maxwell y la bsqueda de una interpretacin coherente de sus implicaciones, fue lo que llev aAlbert Einsteina formular suteora de la relatividadque se apoyaba en algunos resultados previos deHendrik Antoon LorentzyHenri Poincar.En la primera mitad del siglo XX, con el advenimiento de la mecnica cuntica, el electromagnetismo tena que mejorar su formulacin con el objetivo de que fuera coherente con la nueva teora. Esto se logr en la dcada de 1940 cuando se complet una teora cuntica electromagntica o mejor conocida comoelectrodinmica cuntica.Electrosttica[editar]Artculo principal:Electrosttica

Unelectroscopiousado para medir la carga elctrica de un objeto.Cuando hablamos deelectrostticanos referimos a los fenmenos que ocurren debido a una propiedad intrnseca y discreta de lamateria, lacarga, cuando es estacionaria o no depende del tiempo. La unidad de carga elemental, es decir, la ms pequea observable, es la carga que tiene elelectrn.4Se dice que un cuerpo est cargado elctricamente cuando tiene exceso o falta de electrones en lostomosque lo componen. Por definicin el defecto de electrones se la denomina carga positiva y al exceso carga negativa.5La relacin entre los dos tipos de carga es de atraccin cuando son diferentes y de repulsin cuando son iguales.La carga elemental es una unidad muy pequea para clculos prcticos, es por eso que en elsistema internacionala la unidad de carga elctrica, elculombio, se le define como la cantidad de carga de 6,25 x 1018electrones.4El movimiento de electrones por un conductor se denominacorriente elctricay la cantidad de carga elctrica que pasa por unidad de tiempo se la define comointensidad de corriente. Se pueden introducir ms conceptos como el de diferencia de potencial o el de resistencia, que nos conducira ineludiblemente al rea de circuitos elctricos, y todo eso se puede ver con ms detalle en el artculo principal.Induccin electromagnticaLainduccin electromagnticaes el fenmeno que origina la produccin de unafuerza electromotriz(f.e.m. otensin) en un medio o cuerpo expuesto a uncampo magnticovariable, o bien en un medio mvil respecto a un campo magntico esttico. Es as que, cuando dicho cuerpo es un conductor, se produce unacorrienteinducida. Este fenmeno fue descubierto porMichael Faradayen 1831, quien lo expres indicando que la magnitud de la tensin inducida es proporcional a la variacin del flujo magntico (Ley de Faraday).Por otra parte,Heinrich Lenzcomprob que la corriente debida a la f.e.m. inducida se opone al cambio de flujo magntico, de forma tal que la corriente tiende a mantener el flujo. Esto es vlido tanto para el caso en que la intensidad del flujo vare, o que el cuerpo conductor se mueva respecto de l.

Cuando movemos un imn permanente por el interior de las espiras de una bobina solenoide(A),formada por espiras de alambre de cobre, se genera de inmediato una fuerza electromotriz(FEM), es decir, aparece una corriente elctrica fluyendo por las espiras de la bobina, producida por la induccin magntica del imn en movimiento.

Si al circuito de esa bobina(A)le conectamos una segunda bobina(B)a modo de carga elctrica, la corriente al circular por esta otra bobina crea a su alrededor un campo electromagntico, capaz de inducir, a su vez, corriente elctrica en una tercera bobina.Por ejemplo, si colocamos una tercera bobina solenoide(C)junto a la bobina(B), sin que exista entre ambas ningn tipo de conexin ni fsica, ni elctrica y conectemos al circuito de esta ltima un galvanmetro(G), observaremos que cuando movemos el imn por el interior de(A), la aguja del galvanmetro se mover indicando que por las espiras de(C), fluye corriente elctrica provocada, en este caso, por la induccin electromagntica que produce la bobina(B).

El campo magntico del imn en movimiento dentro de la bobina solenoide(A), provoca que, por.induccin magntica, se genere una corriente elctrica o fuerza electromotriz (FEM) en esa bobina. Si.instalamos al circuito de(A)una segunda bobina(B), la corriente elctrica que comenzar a circular por.sus espiras, crear un campo electromagntico a su alrededor, capaz de inducir, a su vez, pero ahora.por induccin electromagntica, una corriente elctrica o fuerza electromotriz en otra bobina(C). La.existencia de la corriente elctrica que circular por esa tercera bobina se podr comprobar con la ayuda.de un galvanmetro (G) conectado al circuito de esa ltima bobina.Relacin entre la electricidad y el magnetismoPara explorar la relacin que existe entre la corriente elctrica y el magnetismo, nada mejor que realizar una pequea experiencia para la cual es necesario un clavo o un tornillo de acero de unos 6 cm de largo, unos clips, una pila de tipo AA de 1,5 voltios y cable del utilizado para instalaciones de telfono.Para fabricar un electroimn necesitamos enrollar el cable en torno al clavo, de modo que haya unas 50 vueltas. Cuando conectemos los bordes del cable a cada uno de los bornes de la pila, el clavo se transformar en un imn capaz de atraer los clips. Cuando desconectemos los cables de la pila el clavo perder su magnetismo y los clips dejarn de ser atrados. Esta experiencia requiere de cuidado, pues la corriente elctrica no slo produce magnetismo, sino que tambin genera calor, de modo que tanto el cable como la pila pueden alcanzar una temperatura alta.

En un electroimn las posiciones de los polos norte y sur dependen del sentido de avance de la corriente elctrica, de manera que al cambiar la posicin de los polos positivo y negativo tambin se modifican las posiciones de los polos del imn.LASpersonas que en diferentes pocas investigaron y estudiaron las propiedades de la electricidad no concibieron que hubiera alguna relacin entre este tema y el magnetismo. Hasta fines del sigloXVIIIestos dos campos fueron completamente ajenos.Sin embargo, desde principios del mencionado siglo se inici la bsqueda de una posible relacin entre electricidad y magnetismo. Por ejemplo, como Franklin saba que cuando caa una tormenta haba efectos elctricos en la atmsfera, trat infructuosamente de magnetizar una aguja de hierro en una tormenta. Por otro lado, en el ao de 1774 la Academia Electoral de Baviera, en Alemania, ofreci un premio para la persona que resolviera la siguiente cuestin: Hay una analoga real y fsica entre las fuerzas elctricas y magnticas? En vano se trat de encontrar una respuesta afirmativa. Incluso Coulomb, que haba medido las fuerzas entre cargas elctricas por un lado y entre polos de imanes, por el otro, en la dcada de 1780 afirm que estas fuerzas eran de naturalezas fsicas distintas, a pesar de que sus magnitudes dependan de la distancia de la misma forma (vanse los captulos II y III). Fue un profesor dans quien en 1820 obtuvo por primera vez una respuesta afirmativa a la cuestin propuesta.Hans Christian Oersted (1777-1851), profesor de filosofa natural en la Universidad de Copenhague, inici en 1807 sus investigaciones sobre los efectos de la electricidad en la aguja magntica de una brjula. En ese ao, y posteriormente en 1812 public varios ensayos en los que arga, apoyado en consideraciones filosficas, que la electricidad y el magnetismo deberan estar relacionados. Sus argumentos se basaban en la creencia de la unidad de todas las fuerzas de la naturaleza. Sin embargo, no present ningn resultado experimental que verificara sus conclusiones. Oersted estuvo consciente de esta falla en su argumentacin y trat de verificarla realizando una serie de experimentos con corrientes elctricas. Durante muchos aos Oersted no obtuvo ningn resultado positivo, en gran parte debido a que las fuentes de corriente de que dispona eran pilas voltaicas de muy baja intensidad. Despus de muchos aos, en 1820, durante una clase en que estaba presentando a sus alumnos ciertos experimentos elctricos, encontr que una corriente elctrica s tiene un efecto sobre un imn. La experiencia de Oersted fue la siguiente.Coloc un alambre por el que circulaba corriente elctrica encima de una brjula y observ que la aguja se desviaba hacia el oeste.En seguida coloc este alambre debajo de la brjula y vio que la aguja tambin se desviaba, pero ahora, hacia el este.