Un campo magnético é unha descrición matemática da influencia magnética das correntes eléctricas e dos materiais magnéticos. O campo magnético en calquera punto está especificado por dous valores, a dirección e a magnitude; de tal forma que é un campo vectorial. Especificamente, o campo magnético é un vector axial, como o son os momentos mecánicos e os campos rotacionais. O campo magnético é máis comunmente definido en termos da forza de Lorentz exercida en cargas eléctricas.
O termo úsase para dous campos distintos pero estreitamente relacionados, indicados polos símbolos B e H, onde, no Sistema Internacional de Unidades, H mídese en unidades de amperios por metro e B mídese en teslas ou newtons entre metro por amperio. Nun baleiro, H e B son o mesmo á parte das unidades; pero nun material con magnetización (denotado polo símbolo M), B é solenoidal (non ten diverxencia na súa dependencia espacial) mentres que H é non rotacional (libre de ondulacións).
Os campos magnéticos prodúcense por calquera carga eléctrica producida polos electróns en movemento e o momento magnético intrínseco das partículas elementais asociadas cunha propiedade cuántica fundamental, o seu spin. Na relatividade especial, campos eléctricos e magnéticos son dous aspectos interrelacionados dun obxecto, chamado o tensor electromagnético. As forzas magnéticas dan información sobre a carga que leva un material a través do efecto Hall.
Así mesmo un campo magnético é o campo producido por cargas en movemento, que resulta no exercicio dunha forza sobre outras cargas en movemento non paralelo. Esta forza é proporcional ao campo magnético xerado, isto é, ao valor de indución magnética (B) que é unha magnitude vectorial empregada para caracterizar un campo magnético; proporcional á carga que sofre a acción do campo, á velocidade desta carga e ao seno do ángulo que forman a velocidade da carga e o vector indución magnética.
Os campos magnéticos utilízanse en toda a tecnoloxía moderna, especialmente en enxeñaría eléctrica e electromecánica. Os campos magnéticos xiratorios utilízanse tanto nos motores eléctricos como nos xeradores. A interacción dos campos magnéticos en dispositivos eléctricos tales como transformadores é estudada na disciplina de circuítos magnéticos. As forzas magnéticas dan información sobre os portadores de carga nun material a través do efecto Hall. A Terra produce o seu propio campo magnético, que protexe a capa de ozono da Terra do vento solar e é importante na navegación mediante un compás. Descrición A forza sobre unha carga eléctrica depende da súa localización, velocidade e dirección; utilízanse dous campos vectoriais para describir esta forza. O primeiro é o campo eléctrico, que describe a forza que actúa sobre unha carga estacionaria e dá a compoñente da forza que é independente do movemento. O campo magnético, en cambio, describe a compoñente da forza que é proporcional tanto á velocidade como á dirección das partículas cargadas. O campo defínese pola lei da forza de Lorentz e é, en cada instante, perpendicular tanto ao movemento da carga como á forza que experimenta.
Hai dous campos vectoriais diferentes, pero estreitamente relacionados, que ás veces reciben o nome de «campo magnético» escrito e .As letras B e H foron escollidas orixinalmente por Maxwell no seu Treatise on Electricity and Magnetism (Vol. II, pp. 236–237). Para moitas cantidades, simplemente empezou a elixir letras desde o principio do alfabeto. Ver Aínda que os mellores nomes para estes campos e a interpretación exacta do que representan estes campos foron obxecto de longo debate, existe un amplo acordo sobre como funciona a física subxacente. Historicamente, o termo «campo magnético» reservábase para mentres que se utilizaban outros termos para , pero moitos libros de texto recentes utilizan o termo «campo magnético» para describir ademais de ou en lugar de .<ref group="note" name="ex03">Edward Purcell, in Electricity and Magnetism, McGraw-Hill, 1963, escribe: «Incluso algúns escritores modernos que tratan ao como o campo primario sentense obrigados a chamalo indución magnética porque o nome campo magnético foi historicamente adiantado por . Isto parece torpe e pedante. Se vas ao laboratorio e pregúntaslle a un físico que causa que as traxectorias dos pións na súa cámara de burbullas se curven, probablemente responderá «campo magnético», non «indución magnética». De cando en cando ouvirá a un xeofísico referirse á indución magnética da Terra, ou a un astrofísico falar da indución magnética da galaxia. Propomos seguir chamando ao campo magnético. En canto a , aínda que se inventaron outros nomes para el, chamarémolo «o campo » ou mesmo «o campo magnético ». Na mesma liña, di: «Así que podemos pensar en e como campos magnéticos, pero quitamos a palabra 'magnético' de para manter a distinción... Como sinala Purcell, 'son só os nomes os que dan problemas, non os símbolos'».</ref> Nomes alternativos para B. Densidade de fluxo magnético Indución magnética Campo magnético (ambiguo) Hai moitos nomes alternativos para ambos (ver barras laterais).
Dende un punto de vista físico, ambos son equivalentes no baleiro, agás nunha constante de proporcionalidade (permeabilidade) que depende do sistema de unidades: 1 no sistema de Gauss, no SI. Só se diferencian en medios co fenómeno da magnetización. O campo B O vector do campo magnético en calquera punto pode definirse como o vector que, cando se utiliza na lei da forza de Lorentz, predí correctamente a forza sobre unha partícula cargada nese punto:
Aquí é a forza sobre a partícula, é a carga eléctrica da partícula, é o campo eléctrico externo, , é a velocidade da partícula, e × denota o produto vectorial. A dirección da forza sobre a carga pode determinarse mediante unha mnemotécnica coñecida como a "regra da man dereita" (véxase a figura).Unha regra mnemotécnica alternativa á regra da man dereita é a regra da man esquerda de Fleming. Se se utiliza a man dereita, apuntando o polgar na dirección da corrente e os dedos na dirección do campo magnético, a forza resultante sobre a carga apunta cara a fóra desde a palma. A forza sobre unha partícula cargada negativamente vai na dirección oposta. Se se invisten tanto a velocidade como a carga, a dirección da forza segue sendo a mesma. Por esa razón, unha medición de campo magnético (por si soa) non pode distinguir se hai unha carga positiva movéndose cara á dereita ou unha carga negativa movéndose cara á esquerda. (Ambos os casos producen a mesma corrente). Doutra banda, un campo magnético combinado cun campo eléctrico pode distinguir entre estes, véxase o fecto Hall máis abaixo.
O primeiro termo da ecuación de Lorentz provén da teoría da electrostática, e di que unha partícula de carga nun campo eléctrico experimenta unha forza eléctrica:
O segundo termo é a forza magnética:
Usando a definición do produto vectorial, a forza magnética tamén pode escribirse como unha ecuación escalar:
onde , , e son a magnitude escalar dos seus respectivos vectores, e é o ángulo entre a velocidade da partícula e o campo magnético. O vector "defínese" como o campo vectorial necesario para que a lei da forza de Lorentz describa correctamente o movemento dunha partícula cargada. Noutras palabras,
O campo tamén pode definirse polo momento de torsión nun dipolo magnético, .
A unidade SI de é tesla (símbolo: T).A unidade SI de (fluxo magnético) é o wéber (símbolo: Wb), relacionado co tesla por 1 Wb/m2 = 1 T. A unidade do SI tesla é igual a (newton·segundo)/(culombio·metro). Isto pode verse na parte magnética da lei da forza de Lorentz. A unidade gaussiana-cgs de é o gauss (símbolo: G). (A conversión é 1 T ≅ 10000 G.) Unha nanotesla corresponde a 1 gamma (símbolo: γ). O campo H
Nomes alternativos para H Intensidade do campo magnético Forza do campo magnético Campo magnético Campo magnetizante Campo magnético auxiliar
O campo magnético defínese:
onde é a permeabilidade do baleiro, e é o vector de magnetización. No baleiro, e son proporcionais entre si. Dentro dun material son diferentes (véxase H e B dentro e fóra dos materiais magnéticos). A unidade SI do campo é o amperio por metro (A/m), e a unidade CGS é o oersted (Oe).
Uso O campo H considerouse tradicionalmente o campo principal ou intensidade de campo magnético, xa que se pode relacionar cunhas cargas, masas ou polos magnéticos por medio dunha lei similar á de Coulomb para a electricidade. Maxwell, por exemplo, empregou este enfoque, aínda que aclarando que esas cargas eran ficticias. Con iso, non só se parte de leis semellantes nos campos eléctricos e magnéticos (incluíndo a posibilidade de definir un potencial escalar magnético), senón que en medios materiais, coa equiparación matemática de H con E, por un lado, e de B con D, por outro, pódense establecer paralelismos útiles nas condicións de contorna e as relacións termodinámicas; as fórmulas correspondentes no sistema electromagnético de Gauss son:
En electrotecnia non é raro que se conserve este punto de vista porque resulta práctico.
Coa chegada das teorías do electrón de Lorentz e Poincaré, e da relatividade de Einstein, quedou claro que estes paralelismos non se corresponden coa realidade física dos fenómenos, polo que é frecuente, sobre todo en física, que o nome de campo magnético se aplique a B (por exemplo, nos textos de Alonso-Finn e de Feynman). Na formulación relativista do electromagnetismo, E non se agrupa con H para o tensor de intensidades, senón con B.
En 1944, F. Rasetti preparou un experimento para dilucidar cal dos dous campos era o fundamental, é dicir, aquel que actúa sobre unha carga en movemento, e o resultado foi que o campo magnético real era B e non H.W. K. H. Panofski y M. Philips, Classical electricity and magnetism, Nova York, Dover, 2005, p. 143.
Para caracterizar H e B recorreuse a varias distincións. Así, H describe como de intenso é o campo magnético na rexión que afecta, mentres que B é a cantidade de fluxo magnético por unidade de área que aparece nesa mesma rexión. Outra distinción que se fai en ocasións é que H se refire ao campo en función das súas fontes (as correntes eléctricas) e B ao campo en función dos seus efectos (forzas sobre aas cargas). Medición miniatura|upright|Un magnetómetro de fluxgate uniaxial Un instrumento utilizado para medir o campo magnético local coñécese como magnetómetro. Entre as clases importantes de magnetómetros inclúense os que utilizan magnetómetros de indución (ou magnetómetros de bobina de procura), que miden só campos magnéticos variables, magnetómetros de bobina xiratoria, magnetómetros de efecto Hall, magnetómetros de RMN, magnetómetros SQUID e magnetómetros de fluxo. Os campos magnéticos de obxectos astronómicos distantes mídense a través dos seus efectos sobre as partículas locais cargadas. Por exemplo, os electróns que viran en espiral ao redor dunha liña de campo producen radiación sincrotrón que é detectable en ondas de radio. A maior precisión na medición dun campo magnético logrouse co satélite artificial Gravity Probe B en 5 aT (5×10−18 T).
O campo non se pode medir directamente, pero pódese inferir a partir das correntes que o crean.
Visualización