Interaccióm magnética

Unidad III .INTERACCIÓN ELECTROMAGNÉTICA. Lección 2 :Interacción magnética. Dep. Física y Química . I.B. "El Portillo"

FÍSICA 2º BACHILLERATO Pág. 1

1.- FENOMENOLOGÍA MAGNÉTICA BÁSICA: PROPIEDADES DE LOS IMANES;

EXPERIENCIA DE OERSTED.

Los imanes atraen al hierro y se orientan al interaccionar entre ellos. Estos fenómenos

magnéticos son conocidos desde hace mucho tiempo, pues existen imanes naturales como la

magnetita .

La interacción entre imanes se explicaba de forma similar a la electrostática, suponiendo la

existencia de polos magnéticos de dos tipos, "norte" y "sur" que venían a representar a las cargas

positivas y negativas. Los polos del mismo nombre se repelen y los de diferente, se atraen. Estos

nombres indican la orientación que un imán experimenta en el campo magnético terrestre: el

llamado polo norte del imán es el que señala la dirección del polo norte ( geográfico ) de la Tierra.

Esto viene a decir que nuestro planeta es como un gran imán cuyos polos magnéticos están con el

nombre geográfico cambiado: el polo norte, es en realidad un polo sur magnético, y viceversa.

En este paralelismo con el campo eléctrico, se usaba incluso una ley similar a la de Coulomb,

la ley de Michell que daba cuenta de la fuerza entre "masas" magnéticas, formalmente idéntica a las

de Coulomb o Newton.

Había una dificultad: no se podían aislar los polos norte de los polos sur, siempre aparecían

por pares. Al romper un imán por la mitad, aparecían dos nuevos imanes cada uno con su polo norte

y su polo sur.

En 1820 una experiencia didáctica llevada a cabo por el danés Oersted, demostró, de forma

casual, el origen eléctrico de los fenómenos magnéticos.

Al establecerse el paso de corriente por un conductor rectilíneo, una brújula que estaba por

allí, se orientaba perpendicularmente a la dirección del hilo, como si hubiese otro imán actuando

sobre ella.



B

v

F

q

Este hecho mostró la íntima relación existente entre los dos tipos de interacciones y condujo

a la elaboración de una teoría conjunta que las interpreta como dos manifestaciones de una sola

interacción, la electromagnética, causada por la carga eléctrica que tienen las partículas materiales.

2.- FUERZAS SOBRE CARGAS MÓVILES SITUADAS EN CAMPOS MAGNÉTICOS.

FUERZA DE LORENTZ. CAMPO MAGNÉTICO .PB

Hemos visto como el experimento de Oersted mostró que en las proximidades de un

conductor por el que circula corriente se ponen de manifiesto efectos idénticos a los que produce

un imán. De acuerdo con la teoría de Maxwell ello se debe a que las cargas eléctricas en movimiento,

además de los efectos eléctricos, producen un campo magnético.

Del mismo modo, una carga eléctrica que se

mueva en un campo magnético, sea cual sea su

procedencia, experimenta una acción que depende de

su carga y de su movimiento.

Para describir la acción del campo magnético

se introduce una magnitud vectorial que se llamaPB

inducción magnética, de modo que la fuerza viene

dada por la expresión: PF ' q (Pvx PB )

Esta fuerza se llama Fuerza de Lorentz y, aunque en



P' PF @ Pv ' q (Pvx PB )@ Pv ' q (PvxPv )@ PB ' 0

B 'F

qvsenα

1T '1N

1C m s &1' 1Kg C &1 s &1

esencia no es una fuerza conservativa (depende de la velocidad),conserva la energía pues no realiza

ningún trabajo:

La expresión de la fuerza de Lorentz sirve como definición de la magnitud : PB

- su dirección coincide con la de las cargas que no sufran desviación.

- su módulo se puede obtener despejando de F ' q v B senα

lo que nos lleva a afirmar que la inducción magnética B es la fuerza que actúa sobre la

unidad de carga que se mueve con la velocidad de 1 m/s en dirección perpendicular

al propio vector B.

La unidad correspondiente en el Sistema Internacional es el Tesla .

Se puede definir diciendo que "1 Tesla es el valor de la inducción magnética de un punto tal

que cuando en dicho punto se mueve una carga de 1 C con la velocidad de 1 m/s en

dirección perpendicular al vector B experimenta la fuerza de 1 N".

Líneas de inducción.

Del mismo modo que en cual-

quier campo vectorial, para visualizar al

campo magnético se pueden usar las

líneas de inducción que son líneas tan-

gentes en todos sus puntos a la dirección

del vector . Por convenio, se dibujanPB

saliendo del polo norte y entrando por el

polo sur.



qvB ' mv 2

R

R 'mv

qB

3.- MOVIMIENTO DE PARTÍCULAS CARGADAS EN UN CAMPO MAGNÉTICO

UNIFORME. APLICACIONES: ESPECTRÓGRAFO DE MASAS. CICLOTRÓN.

Supongamos que una carga positiva se mueve perpendicularmente a la dirección de un

campo magnético uniforme. Como hemos visto, la fuerza es perpendicular a la velocidad y no cam-

bia el módulo de ésta sino sólo su dirección, describiéndose, por tanto, una circunferencia.

por lo que el radio de dicha circunferencia será:

El sentido de la fuerza y, por lo tanto, el del giro, dependerán de que la carga sea positiva o negativa.

Si la dirección de la ve-

locidad no fuese esa, se podría

descomponer la velocidad en

dos componentes, una en direc-

ción del campo magnético yPv2

otra perpendicular a él, . Pvz

La componente paralela al cam-

po no va a verse modificada, siendo, por tanto, el movimiento en esa dirección rectilíneo y

uniforme, mientras que, en el plano perpendicular, la fuerza actuante producirá un movimiento

circular, como se ha visto. El movimiento resultante será helicoidal, como puede verse en la figura.

En los espectrógrafos de masas o en el ciclotrón (acelerador de partículas) las partículas

cargadas se mueven inicialmente en dirección perpendicular al vector inducción magnética .PB

Espectrógrafo de masas



Los espectrógrafos de masas sirven para medir

las masas de los átomos y sus diversos isótopos.

En realidad, miden la relación carga - masa deq

m

átomos ionizados, pero, para iones sencillos, la

carga es fácilmente calculable.

Estos aparatos fueron desarrollados por Thom-

son, Aston y Bainbridge

El funcionamiento del aparato de Bainbridge es

el siguiente:

El haz de iones positivos es limitado por las

rendijas S1 y S2, entre las que existe una diferen-

cia de potencial que los acelera.

Al salir de la rendija S2, penetran en una región en la que existen dos campos uno eléctrico y otro

magnético, perpendiculares entre sí y a la dirección determinada por la rendija S3. Este sistema actúa

como un selector de velocidades : sólo pasarán las partículas para las que se cumpla que la suma de

las fuerzas sea nula, por lo que las acciones del campo eléctrico y del magnético deberán estar

contrarrestadas.

F qE F qvB qE qvB vE

Be m= = ⇒ = ⇒ =

Todas las partículas que salen de S3 tienen esa misma velocidad y penetran en un campo magnético

uniforme B’ perpendicular al plano del dibujo, con lo que describirán una semicircunferencia de

radio , si admitimos que los iones son monovalentes.Rmv

eB

mE

eB B=

′=

′

Así, los distintos isótopos golpearán a la placa en diferentes sitios, según cuál sea su masa, lo que

permitirá distinguir los isótopos entre sí, ademas de su abundancia relativa a partir de la intensidad

de las líneas producidas en la placa.



Ciclotrón

Los físicos a m e r i c a n o s

Lawrence y Livingston idearon este aparato para conseguir acelerar iones de deuterio con el fin de

utilizarlos como proyectiles para producir transmutaciones atómicas artificiales.

Consta de una caja metálica cilíndrica de gran diámetro, dividida en dos partes D1 y D2, huecas en

su interior, llamadas “des”. Entre ellas se establece una diferencia de potencial alterna, de alta

frecuencia. En el espacio que las separa, que es pequeño, se crea un campo eléctrico intenso

perpendicular a los bordes de las “des”. En el interior de las dos piezas el campo será nulo.

Perpendicularmente al dibujo existe un campo magnético uniforme B

Si S es la fuente emisora de los iones que van a ser acelerados, cada ion es acelerado mientras el

campo va dirigido de D1 a D2 , describiendo una semicircunferencia de radio ,Rmv

eB=

proporcional a la velocidad, empleando en ello un tiempo que, comotR

v

mv

veB

m

eB= = =

π π π

se ve, es independiente de la velocidad del ion.

Si se ajusta la frecuencia del potencial alterno aplicado a las “des”de modo que su semiperiodo

coincida con ese tiempo, el ion volverá a ser acelerado, con lo que su velocidad irá aumentando, a

la vez que describe una semicircunferencia de radio mayor.

Así, el ion irá acelerandose hasta que el radio de la trayectoria descrita coincida con el de las “des”,

momento en saldrá del dispositivo.



I

v

B

f

La máxima velocidad alcanzada será la correspondiente a un giro de radio D/2 , siendo D el

diámetro del ciclotrón:D mv

eBv

eBD

m2 2= ⇒ =

4.- FUERZAS MAGNÉTICAS SOBRE CORRIENTES ELÉCTRICAS.

Fuerza magnética sobre un elemento de corriente

Consideremos un conductor situado en un

campo magnético por el que circule una intensidad

de corriente , que podemos expresar: I I ' nqvS

donde es el número de portadores de carga libresn

que tiene ese conductor en cada unidad de

volumen, la carga de cada portador, la velocidadq v

media de arrastre de las cargas dentro del conductor

y la sección del citado conductor.S

Sobre cada una de esas cargas el campo magnético ejerce una fuerza: Pf ' q (Pvx PB )

que es perpendicular a la velocidad y tiende a sacar a la carga del conductor; como éste lo impide,

la fuerza se transmite al propio conductor.

Así, si queremos evaluar la fuerza que actúa sobre un elemento de conductor, basta con

sumar las fuerzas debidas a cada carga que hay en ese elemento:

Si llamamos a la longitud del elemento, en él habrá cargas con lo que la fuerzadPr dN'nSd r

que actuará sobre el elemento será:

dF fdN fnS dr nq vxB S dr

nqvS drxB I drxB

r r r r r r r

r r r r

= = = =

= =

( )

( ) ( )

Para un trozo finito de conductor, suponiendo que el campo es uniforme:



PF ' m1

2d PF ' I (m

1

2dPr )x PB ' I (Pr

1&Pr

2)x PB

que, en el caso de un circuito cerrado daría fuerza neta nula( ), aunque cada elemento delPr1/Pr

2

circuito estaría sometido a fuerzas que tendrían efectos si el circuito era deformable.

Fuerza sobre una corriente rectilínea

Si el circuito es rectilíneo la expresión de la fuerza

nos quedaría: PF ' I (Pl x PB )

siendo un vector cuyo módulo coincide con laPl

longitud del conductor y tiene la dirección y el sentido de

la corriente.

5.-MOMENTO SOBRE UNA ESPIRA RECTANGULAR. GALVANÓMETRO

Momento magnético de un circuito.

Supongamos un circuito rectangular rígido en un campo magnético. La fuerza neta es, como

hemos dicho, nula, pero no lo es el momento total de las fuerzas.



B

B

B

F

F

n

I

I

l

l'

n

B

F

l'

F

F

2

1

3

4

1

PM ' Pl )x PF1

PM ' Pl )xI lBPτ ' I l l ) Pnx PB ' IS Pnx PB ' Pmx PB

Como se ve en la figura, las fuerzas y producen un momento nulo, pero lasPF2

PF4

fuerzas y producen un momento:PF1

PF3

Pero donde es un vector unitario en la dirección de la fuerza .PF1' IPl x PB ' I lBPτ Pτ PF

1

Por tanto:

donde es el momento magnético del circuito.Pm ' I PS

Este momento producirá un giro que tiende a orientar al circuito de modo que su momento

magnético quede en la dirección del vector , posición en la que el momento sería nulo y habríaPB

equilibrio.



Cara Norte Cara Sur

Así pues, una espira en un campo

magnético se comporta en forma similar a un

dipolo en un campo eléctrico, pudiéndose

considerar la espira como un dipolo magnético;

si recordamos ahora que una brújula se orienta

en un campo magnético, llegaremos a la con-

clusión de que una espira o, mejor aun, una

bobina, es como un imán con sus dos polos, norte y sur.

Galvanómetro

Es un aparato para medir corriente eléctrica

El que se describe a continuación está basado en el efecto

orientador que, como se ha visto, produce un campo magnético

sobre un circuito rígido (también hay otros que son

modificaciones del experimento de Oersted y tienen un imán

móvil).

Entre los polos de un imán en forma de herradura, hay un

cuadro de forma rectangular, formado por numerosas espiras .

El cuadro va suspendido de un delgado hilo conductor. La

corriente eléctrica a medir penetra por dicho hilo, corre por las

espiras del cuadro (una de las cuales se ve en la figura a, y

aparece seccionada en b), y sale por el hilo de la parte baja.

Dentro del cuadro se ha colocado una pieza cilíndrica de hierro

P con objeto de que el campo magnético, en el espacio ocupado

por el cuadro, sea de dirección radial. Al pasar una corriente I

por el cuadro, el campo de inducción magnética B creado por el imán no ejerce fuerza sobre los

lados horizontales de las espiras y, en cambio, sobre cada uno de los lados verticales ejerce una

fuerza F IlB= Las fuerzas que actúan sobre los lados opuestos de una misma espira son iguales y paralelas, pero

de sentidos opuestos y forman un par.



El momento de dicho par será, como se ha visto antes, , ya que son perpendiculares elM ISB=campo B y el vector superficie.

Si hay n espiras, el momento valdrá .M nISB=

Cuando no pasa corriente, el cuadro está en equilibrio en la posición indicada en la figura.

Si circula una corriente I el par tiende a girar el cuadro y provoca una torsión en el hilo de

suspensión. Si el ángulo de torsión n es pequeño le corresponde un momento recuperador

proporcional al ángulo . El cuadro girará hasta que el par recuperador equilibre al par debido al que

ejerce el campo B.

Si C es la constante de elasticidad tendremos:

nISB C IC

nSB= ⇒ =ϕ ϕ

Es decir, la intensidad de corriente I. que pasa por el galvanómetro es proporcional al ángulo de

desviación que éste señala.

La medida del ángulo n se efectúa observando sobre una escala la desviación que experimenta un

rayo de luz que se refleja en un pequeño espejo pegado al hilo que sufre la torsión. En otros

instrumentos menos sensibles el cuadro no va suspendido de un hilo sino que tiene un eje que se

apoya sobre pivotes. En este caso, el par mecánico es suministrado por pequeños muelles arrollados

en espiral y la desviación es señalada por un índice que se mueve sobre una escala.

6.- CAMPOS MAGNÉTICOS CREADOS POR CARGAS EN MOVIMIENTO. LEY DE

AMPÈRE.

Campo magnético creado por un elemento de corriente y por una carga móvil

Como ya hemos dicho, la experiencia de Oersted mostró que una corriente eléctrica era

capaz de producir efectos magnéticos, creaba un campo magnético.

Las medidas experimentales demostraron que dicho campo era proporcional a la intensidad

de la corriente e inversamente proporcional a la del distancia del punto investigado al

conductor: BI

d∝



d PB (Pr ) 'µ

0

4π

IdPr )x (Pr&Pr ) )

*Pr&Pr )*3

El estudio experimental de los campos creados por conductores de

diversas formas, permitió encontrar una fórmula que da la contri-

bución al campo de cada elemento de conductor y que se conoce con

el nombre de Ley de Laplace:

expresión en la que es el elemento de conductor, la intensidaddPr ) I

que circula, la posición del elemento, la posición del punto enPr ) Pr

el que investigamos el valor del campo creado y µ0 es una constante llamada permeabilidad

magnética, cuyo valor en el sistema internacional de unidades es .µ0' 4π @10&7NA &2

Si tenemos en cuenta que la intensidad de la corriente es , podremos expresar:I ' nqvS

Idr nqvSdr nqS dr v Qvr r r r r= ′ = ′ =

donde Q es la carga asociada al elemento de corriente de longitud , que podría considerarsedr ′

como una carga puntual que se moviera con velocidad .rv

Así la expresión del campo magnético creado por una carga en movimiento vendría dada por la

expresión: PB (Pr ) 'µ

0

4π

Q Pv )x (Pr&Pr ) )

*Pr&Pr )*3

Entonces, si una carga eléctrica está en movimiento, además del

campo eléctrico que crearía si estuviera en reposo, crea un campo

magnético cuyo vector inducción es perpendicular al campo

eléctrico, como se indica en la figura.



PB (Pr ) 'µ

0

4π mC

IdPr )x (Pr&Pr ) )

*Pr&Pr )* 3

Ley de Biot y Savart. Campo creado por una corriente rectilínea indefinida

Si queremos obtener la expresión del campo magnético creado por un circuito completo en

un punto deberemos integrar la expresión anterior para todo el circuito:

En el caso de un conductor rectilíneo indefinido, las contribuciones de los elementos del

conductor al campo serán perpendiculares al plano determinado por el conductor y el punto

considerado, con lo que lo será también. Por otra parte, al ser el conductor indefinido, todos losPB

puntos situados a la misma distancia del conductor están en las mismas condiciones, por lo que el

campo creado deberá tener simetría cilíndrica con eje en el conductor y su valor será igual en puntos

situados a la misma distancia del conductor.

Aplicando el cálculo integral es fácil ver que la expresión del campo creado por un conductor

rectilíneo indefinido es : PB'µ0

I

2πdPuz

donde es un vector unitario perpendicular al plano determinado por el conductor y el punto enPuz

que estudiamos el campo.

Así pues, el campo sólo depende de la distancia y de la intensidad que circula por el

conductor, siendo las líneas de fuerza circunferencias con centro en el conductor de sentido de giro



el correspondiente al giro de un tornillo que avanzase como lo hace la corriente en el conductor.

Ley de Ampère

Como ya sabemos, el campo eléctrico es conservativo, lo que nos permite escribir:

r rE dr.∫ = 0

Vamos a ver cómo el comportamiento del campo magnético es muy diferente.

Consideremos el caso del campo creado por un conductor rectilíneo indefinido y calculemos

el valor de tomando como línea cerrada una cualquiera de lasr rB dr.∫

líneas de fuerza de dicho campo:

r r r r rB dr

I

du dr

I

ddr

I

dd I. .= = = =∫ ∫ ∫⊥

µπ

µπ

µπ

π µ0 0 002 2 2

2

Este resultado, que muestra que el campo magnético no es conservativo,

es generalizable para cualquier trayectoria cerrada y para cualquier forma

que tenga el o los circuitos que produzcan el campo magnético , por lo

que podremos enunciar la ley de Ampère:

Para cualquier campo magnético, la circulación del vector inducción magnética B a lo largo de

cualquier trayectoria cerrada es igual al producto de la intensidad neta que atraviesa la superficie

limitada por esa trayectoria, multiplicada por la permeabilidad magnética del medio material en que

se encuentre el sistema de corrientes

Así, en el ejemplo de la figura, se cumplirá:

r rB dr I I I I. ( )= = − +∫ ∑µ µ0 0 1 2 3

Este teorema de Ampère es útil para calcular el vector

inducción magnética B producido por sistemas de

corrientes que tengan algún tipo de simetría.



B

F

II

F

B

C C

2

1

1

1221

2

1

2

d

L

B2'

µ0I

2

2πd

PF12' I

1( PLx PB

2)

F12'

µ0I

1I

2L

2πd

7.- FUERZAS ENTRE CORRIENTES RECTILÍNEAS: DEFINICIÓN DE AMPERIO.

Sean dos conductores rectilíneos

indefinidos , paralelos, que transportan

corrientes de intensidades e queI1

I2

supondremos del mismo sentido.

Por estar cada uno de ellos

sometido al campo magnético creado

por el otro aparecerán sobre ellos fuerzas

que vamos a evaluar:

Si es la distancia entre ambos conductores, la expresión de la inducción magnética deld

campo creado por el conductor C2 en los puntos del conductor C1 será:

Por tanto, la fuerza que actuará sobre un trozo de longitud de dicho conductor será:L

siendo su dirección y sentido, de atracción hacia el conductor C2, como muestra la figura.

Como es fácil demostrar, la fuerza ejercida por el conductor C1 sobre el conductor C2 por

el hecho de hallarse éste en el campo creado por el primero, tiene el mismo valor y dirección pero

sentido contrario. Así, dos conductores paralelos con corrientes del mismo sentido se atraen.

Si hubiésemos estudiado el caso de ser contrarios los sentidos de las corrientes se habría

encontrado la misma expresión para las fuerzas, pero los sentidos habrían cambiado, siendo fuerzas



dB'µ

0

4π

Idl ) .R sinπ

2

R3'

µ0I

4πR 2d l

dl

dl

dB

dB

2

2

1

1

de repulsión.

La expresión matemática encontrada para estas fuerzas sirve de base para la definición del

amperio internacional:

"Un amperio es la intensidad de una corriente que, al circular por dos conductores

rectilíneos indefinidos, situados en el vacío a 1 m de distancia, hace aparecer sobre

ellos fuerzas de 2 x 10-7 newton por cada metro de longitud de conductor."

8.- CAMPO MAGNÉTICO EN EL CENTRO DE UNA ESPIRA CIRCULAR Y EN UN

SOLENOIDE.

En el caso de una espira circular, el calcu-

lar el campo en cualquier punto puede ser muy

complicado. No obstante, si nos limitamos a

puntos del eje de dicha espira, el asunto es

mucho más sencillo y más todavía si el punto que

estudiamos es el centro de la espira: todas las

contribuciones de los elementos de la espira son

perpendiculares a la espira y valor:

en donde se ha tomado como origen el centro de

la espira( )y par cualquier elementoPr'0 r ) ' R

de la espira. La integral es inmediata y

produce:

PB'µ

0I

4πR 2 mCd l '

µ0I

4πR 22πR '

µ0I

2R



PB ' µ0

N

LI Pk

B 'µ

0NI

2πR

El solenoide.

Un solenoide es una bobina con un gran

número de espiras muy apretadas. El campo en su

interior será la suma de los producidos por cada espi-

ra. Puede demostrarse que el campo es uniforme y

que su valor es, para puntos lejanos de los extremos:

donde es el nº de espiras y la longitud de la bobina. La dirección es la del solenoide y elN L

sentido, el de avance de un tornillo que girase como la corriente en las espiras de la bobina.

Si las espiras estuviesen bobinadas sobre un toroide, la longitud del solenoide

sería y por tanto el campo en su interior sería:L ' 2πR

Los valores que se han indicado para el campo magnético en el interior de un solenoide los podemos

obtener como aplicación del teorema de Ampère

En la figura se muestra la sección del solenoide, donde las aspas señalan corrientes de las espiras que

entran en el plano del papel y los puntos las que salen del mismo.

Consideremos la circulación de B en la linea cerrada marcada :

r rB dr BL.∫ =

ya que el campo es nulo fuera del solenoide.

Entonces, por aplicación de la ley de Ampère:

BL NI BNI

LB nI= ⇒ = ⇒ =µ µ µ0 0 0

donde N es el número de espiras que atraviesan la superficie limitada por la línea cerrada y “n” es

el número de espiras por unidad de longitud del solenoide



9.- PROPIEDADES MAGNÉTICAS DE LA MATERIA: FERROMAGNETISMO;

PERMEABILIDAD MAGNÉTICA.

Como acabamos de ver, las corrientes eléctricas producen campos magnéticos, siendo por

tanto equivalentes a imanes. Esta semejanza es muy clara si comparamos un imán recto con una

bobina: el espectro de sus campos (las líneas de fuerza) es prácticamente igual.

Basándose en estos hechos, Ampère elaboró una teoría molecular para el magnetismo, según

la cual las propiedades magnéticas de la materia se deberían a los pequeños campos magnéticos

creados por los electrones desapareados. Esto explicaría la imposibilidad de observar monopolos

magnéticos aislados.

Cada uno de estos pequeños circuitos constituye un dipolo magnético, estando,

habitualmente, orientados al azar, con lo que la sustancia no presentará propiedades magnéticas,

pero si se somete a un campo magnético los dipolos tenderán a orientarse produciéndose, a la vez,

una distorsión en el campo magnético y una magnetización o imanación del material.

Al igual que en el campo eléctrico, podremos asumir esta modificación del campo magnético

como una propiedad de la materia, asignando a ésta una propiedad consistente en tener una

permeabilidad magnética µ diferente a la del vacío µ0, introduciendo una permeabilidad relativa

µr como cociente de ambas.

Atendiendo a su comportamiento ante campos magnéticos los materiales pueden clasificarse

en tres grupos:

a) Diamagnéticas: Las sustancias de este grupo tienen una permeabilidad relativa

ligeramente inferior a 1. En campos magnéticos no uniformes se dirigen hacia las zonas menos

intensas del campo. A este grupo pertenecen el oro, el cobre y la plata.

b) Paramagnéticas: Las de este grupo tienen la permeabilidad relativa ligeramente superior

a 1 y se dirigen a las zonas más intensas del campo. Pertenecen a este tipo el cromo, el manganeso

y el wolframio.

c) Ferromagnéticas: En estas la permeabilidad puede llegar a ser miles de veces mayor que

la del vacío. De este tipo son el hierro, sobre todo, el cobalto y el níquel. Estas sustancias producen

una gran modificación en el campo magnético, mientras que las anteriores apenas si lo hacen.



10.- CAMPO MAGNÉTICO DE LA TIERRA.

Cuando se coloca una pequeña brújula en un punto de la superficie terrestre se orienta en

una dirección bien determinada, con su polo norte señalando la dirección aproximadamente del polo

norte geográfico. Este hecho era utilizado por los navegantes en el siglo XIII y parece ser que

algunos siglos antes en China para orientarse. La orientación que experimenta la aguja magnética

indica que en ese punto existe un campo magnético cuya línea de fuerza coincide con el eje de la

aguja. Lo más normal es suponer que la causa está en la propia Tierra, que se comporta como un

gigantesco imán, cuyos polos estarían

situados cerca de los polos geográficos

pero con los nombres cambiados: las líneas

de fuerza deben salir del polo sur de la

Tierra, aproximadamente, y entrar por el

polo norte lo que implicaría la existencia

de un polo norte magnético al lado del

polo sur geográfico y viceversa.

Esta idea fue sugerida por William

Gilbert, físico y médico de la Reina Isabel

I de Inglaterra, hacia el año 1600, que llegó a construirse una esfera con el mineral llamado magnetita

para estudiar el fenómeno.

Además de estar cambiados los polos, la posición tampoco coincide, sino que el supuesto

imán equivalente forma un ángulo con el eje de giro de la Tierra de unos 15º. Así, el polo norte

magnético- se denomina así por su situación a pesar de ser un polo sur- se sitúa hoy cerca de la costa

oeste de la isla Bathurst en los Territorios del Noroeste en Canadá, casi a 1.290 km al noroeste de

la bahía de Hudson, a 75,5º N y 101,0º O. El polo sur magnético se sitúa hoy en el extremo del

continente antártico en Tierra Adelia,a unos 1.930 km al noreste de Little America (Pequeña

América).



Intensidad del campo magnético terrestre

Para conocer la intensidad del campo

magnético terrestre en un punto es necesario

conocer su dirección y su intensidad en ese

punto. La dirección queda fijada por la

declinación magnética y la inclinación

magnética.

La declinación magnética es el ángulo que forma

el plano vertical que pasa por el eje de la aguja

magnética con el meridiano geográfico del lugar.

La inclinación magnética es el ángulo formado

por el eje de la aguja con el plano horizontal. Ambos ángulos son fáciles de medir; para medir la

inducción magnética B debida a la Tierra es preciso medir alguna de sus componentes. Resulta más

fácil hacerlo con la horizontal. Así se encuentra que varía de unos puntos a otros, siendo máxima

en las cercanías de los polos, alrededor de 7.10-5 Teslas, y mínima por el ecuador, entre 3 y 3,5.10-5

Teslas. En latitudes como las nuestras, el valor de la inducción magnética es aproximadamente 4.10-5

Teslas. La posición de los polos magnéticos varía con el tiempo y como consecuencia también lo

hace la intensidad del campo magnético. Estas variaciones, que hacen pensar en un giro del eje

magnético respecto del eje de giro de la Tierra, tienen una periodicidad de aproximadamente 1000

años y se llaman variaciones seculares. Otras modificaciones, de menor entidad, se producen

diariamente y se suponen debidas a las posiciones del sol y de la luna.

Origen del magnetismo terrestre

Aunque el núcleo de la Tierra está constituido por níquel y hierro, materiales

ferromagnéticos, la causa del magnetismo terrestre no puede buscarse en una imanación permanente

de ese núcleo. El magnetismo de los imanes permanentes es debido a que los dipolos magnéticos

que los constituyen están orientados en la misma dirección. Esta orientación desaparece por encima

de una cierta temperatura, propia de cada material, que se llama punto de Curie, que son unos

centenares de grados centígrados. Son tan altas las temperaturas en el núcleo que no cabe pensar en

una imanación permanente.

El núcleo está en estado líquido, al menos su parte externa, debido a las altas temperaturas.



Se supone que en esa masa metálica fundida se producen corrientes de convección debidas a las

diferencias de temperatura entre la parte externa del núcleo y la interna. Estas corrientes producen

a su vez unas corrientes eléctricas que son las que originan el campo magnético. El núcleo sólido

interno gira más despacio que el núcleo exterior, explicándose así el traslado secular hacia el Oeste.

La superficie irregular del núcleo exterior puede ayudar a explicar algunos de los cambios más

irregulares en el campo.

Paleomagnetismo

Se pueden conocer cosas acerca de las modificaciones que ha experimentado el campo

magnético terrestre en épocas antiguas. En ciertas rocas existen granos de minerales magnéticos

como la magnetita. Cuando se forman esas rocas, desde un estado de fusión, a alta temperatura, los

dipolos magnéticos de esos granos están desordenado, dirigidos al azar. Cuando se enfrían

lentamente al llegar por debajo de la temperatura de Curie se orientan en la dirección que en esos

momentos tenga el campo magnético terrestre y ya no cambian su orientación, a no ser que se

calienten por encima de dicha temperatura. Constituyen, pues, unos indicadores de la dirección que

en el momento de su formación tenía el campo magnético de la Tierra. Como hay procedimientos

para datar la época en que se formaron las rocas, tenemos una información de las diferentes

direcciones en que ha apuntado el campo magnético. Así sabemos que, incluso, ha habido cambios

en la polaridad de los polos.

Magnetosfera

A no muy larga distancia de la Tierra el campo magnético puede considerarse debido sólo a la propia

Tierra. A mayores distancias empieza a tener relevancia el efecto producido por el viento solar ,

flujo de partículas cargadas emitidas por el sol, que interaccionan con el campo magnético terrestre,

haciendo que las líneas de fuerza se compriman en la cara que da al sol y se expandan en la opuesta.

Así la magnetosfera, zona en la que se extiende el campo magnético terrestre, alcanza unos 12

radios terrestres en la zona situada frente al sol y unos 60 en la opuesta. Estos límites constituyen

la magnetopausa y constituye en la zona situada frente al sol un escudo magnético frente a las

partículas del viento solar.

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Interaccióm magnética