Excitación magnética

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La excitación magnética (también fuerza o campo magnetizante) es uno de los tres campos que describen el magnetismo desde el punto de vista macroscópico, y está relacionado con el movimiento de cargas libres y con los polos magnéticos. También se le llama por razones históricas intensidad de campo magnético, aunque para evitar confusiones con el auténtico campo magnético (la inducción magnética B) se le ha dado este nombre y otros como campo H.

Desde un punto de vista físico, H y B son equivalentes en el vacío, salvo en una constante de proporcionalidad que depende del sistema de unidades: 1 en el sistema de Gauss, \mu_0=4 \pi \cdot 10^{-7}{\mbox{N}}{\mbox{A}^{-2}} en el SI. Solo se diferencian en medios materiales con el fenómeno de la magnetización, por lo que el campo H se emplea sobre todo en electrotecnia.

No debe confudirse el campo H con el campo exterior aplicado a un material, pues como se indica más adelante el campo H también tiene fuentes internas en forma de polos magnéticos.

Fuentes de H[editar]

1) En una bobina, sin presencia de materiales magnéticos, el valor de H depende de las cargas libres en movimiento, y que en este caso concreto es el producto del número de espiras por la intensidad que circula por la misma, tal como se expresa en la siguiente ecuación:

H = \frac{N I}{L}

Donde:

  • H: intensidad del campo en amperio-vuelta/metro (A/m)
  • N: número de espiras de la bobina
  • I: intensidad de la corriente en amperios (A)
  • L: longitud de la bobina en metros (m)

2) Los materiales imanados tienen además otra fuente de H en los polos ficticios que crea el campo M en la superficie. A esta parte del campo H se la llama en ocasiones campo desmagnetizante y es importante en los circuitos magnéticos y los fenómenos de histéresis. Cuando no hay corrientes libres, solo existe la parte de H originada en los polos y en ese caso se puede establecer una analogía con el campo eléctrico y definir un potencial escalar magnético. También se puede establecer una ley semejante a la ley de Coulomb pero con cargas magnéticas:

 F = \kappa \frac{m_1 m_2}{r^2} \,\!

3) Finalmente, también puede crear el campo H un campo eléctrico variable.

Matemáticamente, la primera y la tercera se expresan con una de las ecuaciones de Maxwell:

\nabla \times \mathbf{H} = \mathbf{j}_\mathrm{libre} + \frac{\partial\mathbf{D}}{\partial t}

La segunda se expresa con:

\nabla \cdot \mathbf{H} = -\nabla \cdot \mathbf{M}

Relación con otros campos[editar]

El campo H es uno de los tres campos que permiten la descripción macroscópica del magnetismo. Los otros dos son B y M, y su relación en unidades del SI es:

\mathbf{B}/\mu_0 = \mathbf{H} + \mathbf{M}

B y H se relacionan en el vacío, donde M es nulo, de la siguiente manera:

\ B = \mu_0{H}

donde \mu_0 es la permeabilidad magnética del vacío.

En la materia, la relación se puede expresar en ocasiones como:

\ B = \mu{H}

donde \mu es la permeabilidad magnética del material en el que aparece el campo magnético. Es una variable de proporcionalidad que según el sistema físico que se observe puede ser una constante, por ejemplo 4π · 10^(-7) H/m en el vacío, un campo escalar dependiente del tiempo o de la posición, o incluso un tensor en el caso de los materiales anisotrópicos. La geometría del cuerpo también influye, pues la relación solo es lineal en barras infinitas, esferas y anillos de Rowland. Por tanto, se trata de una ecuación constitutiva que describe el comportamiento de la materia y no una ley.

Condiciones de contorno[editar]

Se puede demostrar que en la frontera entre dos medios con distintas permeabilidades, la componente tangencial del campo H es la misma en ambos lados de la superficie, si no hay corrientes verdaderas. Este comportamiento es similar al del campo eléctrico E, por lo que en fenómenos electromagnéticos donde las condiciones de contorno son importantes, se emparejan estos dos campos.

Bibliografía[editar]

  • Alcalde San Miguel, Pablo (2003). Electrónica General. Thomson/Paraninfo. ISBN 84-9732-206-1. 
  • Guerrero Fernández, Alberto; Sánchez Tejero, Orto; Moreno Sánchez, José Alberto; Ortega Megía, Antonio (1994). Electrotecnia. McGraw-Hill. ISBN 84-481-1927-4. 
  • Landau, L. D; Lifshitz, E. M (1981). Electrodinámica de los medios continuos. Reverté. ISBN 84-291-4089-1.