Camp magnètic

 

Col·laboració de Leticia Sierra per al capítol Càlculs elèctrics

El magnetisme es un dels aspectes de l’electromagnetisme, que és una de les forces fonamentals de la naturalesa. Les forces magnètiques son produïdes pel moviment de partícules carregades, com per exemple els electrons, la qual cosa indica l’estreta relació entre l’electricitat i el magnetisme. El marc que enllaça ambdues forces s’anomena teoria electromagnètica. La manifestació més coneguda del magnetisme es la força d’atracció o repulsió que actua entre els materials magnètics com el ferro. No obstant, a tota la matèria es poden observar efectes més subtils del magnetisme. Recentment, aquest efectes han proporcionat claus importants per a comprendre l’estructura atòmica de la matèria.

Teoria Electromagnètica

A finals del segle XVIII i principis del XIX es varen investigar simultàniament les teories de l’electricitat i el magnetisme. El 1831, desprès que el físic i químic danès Hans Oersted va descriure la relació entre l’electricitat i el magnetisme i els francesos André Marie Ampére i Dominique François aprofundissin en aquest camp, el científic britànic Michael Faraday va descobrir que el moviment d’un iman prop d’un cable indueix en aquest un corrent elèctric; aquest efecte era invers al descrit per Oersted. La unificació plena de les teories de l’electricitat i el magnetisme es deu al físic britànic James Clerk Maxwell que va preveure l’existència d’ones electromagnètiques i que identificà la llum, com un fenòmen electromagnètic.

Desprès que el físic francès Pierre Ernst Weiss postulés l’existència d’un camp electromagnètic molecular intern en materials com el ferro, les propietats magnètiques es varen estudiar cada vegada amb més detall, la qual cosa permeté que més tard altres científics descobrissin el moviment de partícules en d’altres estructures atòmiques més complexes i amb diferents propietats magnètiques. Una barra imantada o un cable que transporta corrent elèctric poden influir en d’altres materials magnètics sense tocar-los físicament perquè els objectes, degut al moviment accelerat de les seves partícules, produeixen un “camp magnètic” propi. Els camps magnètics es solen representar mitjançant “línies de camp magnètic” o “línies de força”. En qualsevol punt, la direcció del camp magnètic és igual a la direcció de les línies de força i la intensitat del camp és inversament proporcional a l’espai entre les línies.

Camp Magnètic

El camp magnètic és una regió de l’espai en la que una càrrega elèctrica puntual que es desplaça a una determinada velocitat, pateix una força perpendicular i proporcional a la velocitat i a una propietat del camp, anomenada inducció magnètica. En el cas de la barra imantada, les línies de força surten d’un extrem i es corben per arribar a l’altre extrem; aquestes línies poden considerar-se com a bucles tancats, amb una part del bucle dins del iman i l’altra fora. En els extrems del iman, on les línies de força estan més properes, el camp magnètic és més intens; en els costats del iman on les línies de força estan més separades, el camp magnètic és més dèbil. Segons la seva forma i la seva força magnètica, els diferents tipus d’iman produeixen diferents esquemes de línies de força.

L’estructura de les línies de força creades per un iman o per qualsevol objecte que generi un camp magnètic poden visualitzar-se utilitzant una brúixola o encenalls de ferro. Els imans tendeixen a orientar-se seguint les línies del camp magnètic. Per tant una brúixola, que és un petit iman que pot rotar lliurement, s’orientarà en direcció de les línies. Marcant la direcció que assenyala la brúixola al col·locar-la en diferents punts al voltant de la font del camp magnètic, pot deduir-se l’esquema de les línies de força. Igualment si s’aboquen els encenalls de ferro sobre una fulla de paper o un plàstic per sobre d’un objecte que crea un camp magnètic, aquests s’orienten seguint les línies de força, tot permetent visualitzar la seva estructura.

Els camps magnètic influeixen sobre els materials magnètics i sobre les partícules carregades en moviment. En termes generals, quan una partícula carregada es desplaça travessant un camp magnètic, experimenta una força que forma angles rectes amb la velocitat de la partícula i amb la direcció del camp. Com la força sempre és perpendicular a la velocitat, les partícules es mouen en trajectòries corbes. Els camps magnètics es fan servir per a controlar les trajectòries de partícules carregades en dispositius de recerca com els acceleradors de partícules o els espectrògrafs de masses.

Col·laboració de Leticia Sierra per al capítol Càlculs elèctrics