Flujo magnético: significado, funciones y aplicaciones

El flujo magnético es la cantidad de campo magnético que penetra en un área en ángulo recto. En una situación simple en la que el campo pasa en ángulo recto a través de una superficie plana, esta cantidad es la fuerza del campo magnético multiplicada por el área de la superficie. En la mayoría de las situaciones de la vida real, sin embargo, se deben tener en cuenta otros factores. El flujo magnético es un concepto importante en muchas áreas de la ciencia, con aplicaciones relacionadas con motores eléctricos, generadores y el estudio del campo magnético de la Tierra. Está representado en física por la letra griega phi , ?.

Campo magnético de la Tierra.

Ley de Gauss

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Un imán de barra tiene dos polos, llamados norte y sur debido a la forma en que reaccionan al campo magnético de la Tierra, que está alineado aproximadamente de norte a sur. Es una convención científica que las líneas de fuerza magnética fluyen de norte a sur. Si una persona toma la superficie rectangular bidimensional en el extremo norte de una barra magnética, tiene un flujo magnético, al igual que la superficie en el polo sur. El imán en su conjunto, sin embargo, no tiene flujo, ya que los extremos norte y sur tienen la misma fuerza y ??el campo "fluye" desde el polo norte hacia el polo sur, formando un circuito cerrado.

La ley de Gauss para el magnetismo establece que, para una superficie cerrada, como una esfera, un cubo o un imán de barra, el flujo magnético es siempre cero. Es otra forma de decir que un objeto, por pequeño que sea, con polo norte debe tener siempre un polo sur de igual fuerza y ??viceversa. Todo lo que tiene un campo magnético es un dipolo, lo que significa que tiene dos polos. Algunos científicos han especulado que pueden existir monopolos magnéticos, pero nunca se ha detectado ninguno. Si se encuentran, la ley de Gauss tendría que cambiarse.

Ley de Faraday

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La ley de Faraday establece que un cambio en el flujo magnético creará un voltaje, o fuerza electromotriz (EMF), dentro de una bobina de alambre. Con solo mover un imán cerca de una bobina de alambre se logrará esto, al igual que un cambio en la fuerza del campo magnético. El voltaje producido se puede determinar a partir de la tasa de cambio en el flujo magnético y el número de vueltas en la bobina.

Este es el principio detrás de los generadores de electricidad, donde el movimiento es creado, por ejemplo, por agua corriente, viento o un motor alimentado por combustibles fósiles. Los imanes y las bobinas de alambre convierten este movimiento en energía eléctrica, de acuerdo con la Ley de Faraday. Los motores eléctricos demuestran la misma idea a la inversa: una corriente eléctrica alterna en bobinas de alambre interactúa con imanes para producir movimiento.

Materiales Magnéticos

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Los materiales varían en sus reacciones a los campos magnéticos. Las sustancias ferromagnéticas producen por sí mismas un campo magnético más fuerte, y este campo puede persistir cuando se elimina el campo externo, dejando un imán permanente. El hierro es el elemento más conocido de este tipo, pero otros elementos metálicos, como cobalto, níquel, gadolinio y disprosio, también demuestran este efecto. Se pueden fabricar imanes muy potentes a partir de aleaciones de neodimio y samario, metales de las tierras raras .

Los materiales paramagnéticos producen un campo magnético en respuesta a uno externo, produciendo una atracción relativamente débil que no es persistente. El cobre y el aluminio son ejemplos. Otro ejemplo es el oxígeno ; en este caso, el efecto se demuestra mejor con el elemento en forma líquida.

Las sustancias diamagnéticas crean un campo magnético que se opone a un campo externo, produciendo repulsión. Todas las sustancias muestran este efecto, pero normalmente es muy débil y siempre más débil que el ferromagnetismo o el paramagnetismo. En algunos casos, como una forma de carbono llamada grafito pirolítico, el efecto es lo suficientemente fuerte como para permitir que una pequeña pieza de material de este tipo flote en el aire justo encima de una disposición de imanes fuertes.

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Calcular y medir el flujo

Calcular el flujo para una superficie plana en ángulo recto con la dirección de un campo magnético es sencillo. Sin embargo, a menudo es necesario calcular la cantidad de una bobina de alambre, también conocida como solenoide . Suponiendo que el campo es perpendicular al cable, el flujo total es la fuerza del campo magnético multiplicada por el área a través de la cual pasa multiplicada por el número de vueltas de la bobina. Cuando el campo no está en ángulo recto con la superficie, se debe tener en cuenta el ángulo formado por las líneas del campo magnético con la perpendicular, y el producto se multiplica por el coseno de este ángulo.

Se utiliza un instrumento llamado fluxímetro para medir la cantidad del campo. Se basa en el hecho de que un campo magnético creará una corriente eléctrica en un cable si los dos se mueven uno en relación con el otro. Esta corriente se puede medir para determinar el flujo.

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Flujo magnético en geología

The measurement of magnetic flux at various points on the Earth’s surface enables scientists to monitor the planet’s magnetic field. This field, thought to be generated by electric currents in the Earth’s iron core, is not static, but shifts over time. The magnetic poles have, in fact, reversed many times in the past and will likely do so again in the future. The effects of a pole reversal may be serious, as during the change, the strength of the field would be reduced over much of the planet. The Earth’s magnetic field protects life on the planet from the solar wind, a stream of electrically charged particles from the Sun that would be harmful.

Units of Measurement

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The strength of a magnetic field, or the magnetic flux density, is measured in Teslas, a unit named after the electrical engineer Nikola Tesla. The flux is measured in Webers, named after the physicist Wilhelm Eduard Weber. A Weber is 1 Tesla multiplied by 1 square meter, and a Tesla is 1 Weber per square meter.

 

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