Cómo se crean los campos magnéticos

La fuente de los campos magnéticos

Todos los campos magnéticos se crean moviendo partículas cargadas. Incluso el imán de su refrigerador es magnético porque contiene electrones que se mueven constantemente en su interior. La primera indicación de que las cargas eléctricas en movimiento causan campos magnéticos se descubrió a principios del siglo XIX. Durante un experimento, se observó que cuando una corriente eléctrica fluía a través de un cable, una brújula cercana cambiaba de dirección.

Cuando se apagaba la corriente, la brújula volvería a su alineación original norte / sur con el campo magnético de la Tierra. La conclusión de esta observación fue que los electrones que se movían a través del cable estaban creando un campo magnético que no existía cuando se cortó la corriente. Una cosa importante a tener en cuenta es que las partículas cargadas crean campos magnéticos solo cuando se mueven. Esto significa que efectivamente tenemos un imán que se puede encender y apagar con solo presionar un interruptor. Esto tiene enormes implicaciones cuando se trata de aplicaciones prácticas, como veremos más adelante.

Conductores portadores de corriente

El experimento del siglo XIX mostró que un cable que transporta una corriente eléctrica es un imán. Dado que todos los electrones se mueven a través del cable en una dirección, existe un campo magnético bien definido que rodea al cable. La fuerza del campo magnético es proporcional a la cantidad de corriente que fluye a través del cable. En otras palabras, aumentar la corriente aumenta la fuerza del campo magnético. Entonces, si los cables son tan magnéticos, ¿por qué no vemos clips y tenedores volando por la habitación y pegándose a ellos? La razón es que el campo magnético no es muy fuerte a los niveles normales de corriente eléctrica cotidiana. Tendremos que trabajar un poco más para convertir un cable en un imán útil.

Electroimanes

Un electroimán es un imán que utiliza una corriente eléctrica para generar su campo magnético. Esto difiere de los imanes permanentes, como los de su refrigerador, que dependen de las propiedades magnéticas de los átomos en el material para crear un campo magnético. En este punto, nuestro electroimán es solo un cable, pero el campo magnético es demasiado débil para hacer algo práctico. Sin embargo, si doblamos el cable una y otra vez para formar una bobina, los campos magnéticos de los bucles se concentrarán en el centro. Para mejorar aún más este efecto, podemos envolver varias capas de alambre una encima de la otra. El uso de más vueltas de cable aumenta la fuerza del campo magnético. Esta es una mejora definitiva con respecto a nuestro cable único de antes, pero aún no es lo suficientemente fuerte como para ser realmente práctico.

Podemos hacer que nuestro electroimán sea varios miles de veces más fuerte colocando un núcleo de material ferromagnético, como hierro, en el centro de la bobina. Los materiales ferromagnéticos contienen algo llamado dominios magnéticos, que son áreas del material que actúan como pequeños imanes. Normalmente, los dominios se configuran aleatoriamente y el material no muestra ningún magnetismo. Sin embargo, cuando se expone a un campo magnético, como el creado por nuestra bobina de alambre, los dominios comienzan a alinearse y los campos magnéticos individuales se unifican en un campo más grande.

El grado de alineación del dominio depende de la fuerza del campo magnético generado por la bobina, que, como aprendimos anteriormente, puede controlarse mediante la cantidad de corriente que fluye a través del cable. Igual de importante, cuando se apaga la corriente, los dominios magnéticos vuelven a su configuración aleatoria y el electroimán pierde casi todo su magnetismo. La capacidad de controlar un imán muy potente con un interruptor tiene muchas aplicaciones prácticas.

Electroimanes en acción

Usamos electroimanes todos los días sin siquiera darnos cuenta. Literalmente, se pueden encontrar en miles de dispositivos diferentes porque son muy útiles. Por ejemplo, se pueden usar para levantar acero en un depósito de chatarra, para hacer sonar la campana de la escuela para el recreo e incluso para hacer levitar trenes de alta velocidad. ¿Sabías que los altavoces usan electroimanes? Los parlantes aprovechan el hecho de que la fuerza de un electroimán se puede controlar ajustando la corriente eléctrica.

Un altavoz tiene un imán permanente, montado en el marco, y un pequeño electroimán unido al cono flexible. La fuente de audio, como una radio, envía una corriente variable al electroimán, lo que cambia la fuerza con la que reacciona el electroimán al campo magnético del imán permanente. Este controla el movimiento del cono, que produce la amplitud y la frecuencia del sonido que escuchamos. Como puede ver, los electroimanes nos brindan una forma de convertir la corriente eléctrica en una fuerza mecánica útil que se puede utilizar en todo tipo de aplicaciones.

Resumen de la lección

Todos los campos magnéticos se crean moviendo partículas cargadas. Las partículas cargadas estacionarias no generan campos magnéticos. Un electroimán es un imán que depende de una corriente eléctrica para producir el campo magnético. El electroimán más simple es simplemente un cable que transporta una corriente, que genera un campo magnético alrededor del cable. Al enrollar el cable en una bobina, el campo magnético se vuelve más fuerte en el centro de la bobina. La adición de un núcleo ferromagnético en el centro de la bobina aumenta drásticamente la fuerza del campo magnético.

Los materiales ferromagnéticos contienen dominios magnéticos configurados aleatoriamente, que se alinean bajo la influencia de un campo magnético. La alineación de estos dominios unifica sus campos magnéticos individuales en un campo fuerte. La variación de la corriente en el cable provoca diversos grados de alineación y, por lo tanto, la fuerza general del electroimán. La capacidad de controlar eléctricamente el magnetismo de un electroimán ha dado lugar a muchas aplicaciones prácticas.

Los resultados del aprendizaje

Podrá hacer lo siguiente después de ver esta lección:

• Explica cómo se crean los campos magnéticos usando electricidad.
• Definir electroimán
• Describir cómo la adición de un material ferromagnético a un cable aumentará la fuerza del campo magnético.
• Dar ejemplos de aplicaciones cotidianas de electroimanes.

Rodrigo Ricardo Editor y fundador