CAMPO MAGNÉTICO DE UN CONDUCTOR INFINITO Campo magnético creado por un hilo infinito Se calcula el campo creado por un hilo infinito por el que circula una corriente I a una distancia r del mismo.
Las líneas del campo magnético tendrán el sentido dado por la regla Las líneas de campo serán circunferencias centradas en el hilo
Para aplicar la ley de Ampère se utiliza por tanto una circunferencia centrada en el hilo de radio r . Los vectores y dl son paralelos en todos los puntos de la misma, y el módulo del campo es el mismo en todos los puntos de la trayectoria. La integral de línea queda:
Empleando la ley de Ampère puede calcularse el campo creado por distintos tipos de corriente. Dos ejemplos clásicos son el del toroide circular y el del solenoide ideal
FLUJO MAGNETICO El flujo magnético Φ (representado por la letra griega fi Φ), es una medida de la cantidad de magnetismo, y se calcula a partir del campo magnético, la superficie sobre la cual actúa y el ángulo de incidencia formado entre las líneas de campo magnético y los diferentes elementos de dicha superficie. La unidad de flujo magnético en el Sistema Internacional de Unidades es el weber y se designa por Wb (motivo por el cual se conocen como weberímetros los aparatos empleados para medir el flujo magnético). En el sistema cegesimal se utiliza el maxwell (1 weber =108 maxwells). [Wb]=[V]·[s] Flujo magnético por una espira.
Si el campo magnético B es vector paralelo al vector superficie de área S, el flujo Φ que pasa a través de dicha área es simplemente el producto del valor absoluto de ambos vectores:
En muchos casos el campo magnético no será normal a la superficie, sino que forma un ángulo φ con la normal, por lo que podemos generalizar un poco más tomando vectores:
Generalizando aún más, podemos tener en cuenta una superficie irregular atravesada por un campo magnético heterogéneo. De esta manera, tenemos que considerar cada diferencial de área:
Se denomina flujo magnético a la cantidad de líneas de fuerza que pasan por un circuito magnético.
DENSIDAD DE FLUJO MAGNETICO El concepto de las líneas de fuerza propuestas por Faraday que son imaginarias resulta muy útil para dibujar los campos magnéticos y cuantificar sus efectos. Una sola línea de fuerza equivale a la unidad de flujo magnético en el sistema C.G.S y recibe el nombre de maxwell. Sin embargo, esta es una unidad muy pequeña de flujo magnético, por lo que en el sistema internacional se emplea una unidad mucho mayor llamada weber y cuya equivalencia es la siguiente:
Al flujo magnético que atraviesa perpendicularmente una unidad de área recibe el nombre de densidad de flujo magnetico o inducción magnetica . Por definición: la densidad de flujo magnético en una región de un campo magnético equivale al número de líneas de fuerza (o sea el flujo magnético) que atraviesan perpendicularmente a la unidad de área. Matemáticamente se expresa por:
Donde: densidad del flujo magnético, se mide en webers/metro cuadrado . flujo magnético, su unidad es el weber . area sobre el que actua el flujo magnético, se expresa en . Nota: la densidad de flujo magnético también recibe el nombre de inducción magnética. La unidad de densidad del flujo magnético en el SI, como se observa es el . En el sistema C.G.S la unidad usada es el que recibe el nombre de gauss (G) y cuya equivalencia con el tesla es la siguiente: Cuando el flujo magnético no penetra la perpendicularmente a un área sino que lo hace con un cierto ángulo, la expresión para calcular la densidad del flujo magnético será:
donde ángulo formado por el flujo magnético y la normal a la superficie. En conclusión, podemos decir que la densidad de flujo magnético es un vector que representa la intensidad, dirección y sentido del cuerpo magnético en un punto.
INTENSIDAD DE CAMPO MAGNÉTICO
En virtud de la densidad de flujo en cualquier región particular de un campo magnético sufre alteraciones originadas por el medio que rodea al campo, así como por las características de algún material que se interponga entre los polos de un imán, por ello es conveniente hablar de dos términos: la permeabilidad magnética y la intensidad de campo magnético . Por ahora solo haremos mención de la segunda, la intensidad de campo magnético. Aunque resulta de gran entendimiento decir que la permeabilidad magnética es aquella donde colocamos un material en el campo magnético el cual hace que concentre un mayor número de líneas de flujo por unidad de área, lo que aumenta el valor de la densidad del flujo magnético. Ahora bien, para un medio dado, el vector intensidad del campo magnético es el cociente que resulta de la densidad de flujo magnético entre la permeabilidad magnética del medio:
Donde: intensidad del campo magnético para un medio dado, .
se mide en
densidad de flujo magnético, se expresa en . permeabilidad magnética del medio, su unidad es el .
PERMEABILIDAD MAGNÉTICA La permeabilidad magnética es la facilidad con que un material puede ser magnetizado y se denota µ.
Los materiales tienen diferente permeabilidad magnética, siendo para el aire y los materiales no ferromagneticos
En los materiales ferromagneticos µ es bastante alta. Para la comodidad en los cálculos se emplea la permeabilidad relativa
Los materiales no ferrosos tienen la permeabilidad magnética relativa µr igual a la unidad y para los materiales ferromagneticos µr es mucho mayor a la unidad. La permeabilidad magnética varía con la fuerza magnetizadora en un material de acuerdo a las curvas de histéresis.
La saturación magnética de los aceros ocurre a 2.16 Tesla. En el estándar BS 6072 se recomienda tomar un tercio de este valor 0.72 Tesla como mínimo para poder realizar las inspecciones con partículas magnéticas. Histéresis
Cualquier onda eléctrica cuya polaridad reverse inducirá en un material ferromagnetico un campo magnético que estará sujeto al efecto de histéresis. Este efecto de histéresis es debido a la retentividad de los materiales, la cual ocurre porque los dominios magnéticos no tienen propiedades elásticas. Si hacemos pasar una corriente alterna a través de un componente ferromagnetico, el cual está inicialmente desmagnetizado, a medida que aumenta la fuerza magnetizadora en la dirección positiva, la densidad del flujo también aumenta, a medida que los dominios son alineados. Se llega a un punto donde no se puede inducir más flujo magnético, aún si la corriente se sigue incrementando. A este punto se le llama saturación magnética. Después de alcanzando este punto, la fuerza magnetizadora se reduce hasta 0 y como tal la densidad del flujo dentro del material también es reducida pero no hasta 0. La cantidad de magnetismo retenido por el material se llama el flujo o magnetismo residual y éste flujo magnético el que se emplea en la técnica residual. En general, la técnica residual no es tan efectiva como el método continuo. Para remover el flujo magnético residual, se requiere una fuerza o excitación magnética en reserva. Esto es el caso con AC a medida que va desde 0 a la parte negativa de la onda sinosoidal. En algún punto de la fuerza magnetizadora en reserva, (fuerza coercitiva) la densidad de flujo dentro del material será cero. Es en este punto donde el material estará completamente desmagnetizado. Si se continúa aumentando la fuerza magnetizadora en sentido negativo más allá de este punto, nuevamente se saturará magnéticamente el material, pero esta vez en la polaridad negativa.
Continuando con el ciclo, la fuerza magnetizadora vuelve al valor de 0 y desde allí se incrementa hasta que el material se satura magnéticamente de nuevo. La curva descrita por este fenómeno en las coordenadas B vs H se llama histéresis y corresponde al efecto de retraso de la densidad del flujo detrás de la fuerza magnetizadora, debido a la retentividad magnética de los materiales.
LEY DE AMPERE
Ampere formuló la idea de que las propiedades magnéticas de los materiales denominados imanes eran debidas a pequeñas corrientes eléctricas que existían en dichos materiales. Hoy día se sabe que los electrones de los átomos presentan dos momentos magnéticos debidos a ser una carga eléctrica en movimiento; estos momentos son el magnético de espín y el magnético orbital (debido al movimiento orbital de los electrones). En general, el valor del campo magnético en las proximidades de un imán o de una corriente eléctrica depende del medio material que rodee al conductor o al imán, debido a la interacción de los momentos magnéticos de los electrones de los átomos del material. En la actualidad, la relación cuantitativa entre la corriente "I" y la inducción magnética "B" se representa de la siguiente manera:
y se conoce con el nombre de la ley de Ampere. Esta relación indica que la intensidad de un campo magnético sobre un contorno cerrado equivale a la corriente que atraviesa a la superficie limitada por este contorno. B=uH H es el campo magnético.
Una manera de demostrar lo anteriormente dicho es haciendo el siguiente análisis:
Por un cable conductor pasa una densidad de corriente G, entonces, la intensidad de corriente eléctrica es
La ley de Ampere puede escribirse como:
Por lo tanto
Con el teorema de Stokes se puede deducir que
Por lo tanto rot H = G (1)
Todo esto indica que en cada espacio donde existan densidades de corriente existen también rotacionales o remolinos del campo magnético. Basándose en estas observaciones, es válido decir que no existen cargas magnéticas, pues, el campo magnético es generado por dipolos magnéticos y por lo tanto, su divergencia es nula.
div H = 0 por ser la inducción magnética un vector linealmente dependiente del campo magnético su divergencia también es nula: div B = 0
BIBLIOGRAFIA
