Campo magnético - Enciclopedia España

En la física, el campo magnético del es un campo que impregna el espacio y que ejerce una fuerza magnética del en las cargas eléctricas móvil y los campos magnéticos de los dipolos magnéticos rodea dipolos magnéticos eléctricos de las corrientes, y los campos eléctricos cambiantes

Cuando están colocados en un campo magnético, los dipolos magnéticos alinean sus hachas para ser paralelos al campo magnético, como puede ser visto cuando las limaduras del hierro están en presencia de un imán (véase el cuadro en la derecha). Los campos magnéticos también tienen su propia energía y ímpetu, con una densidad de energía proporcional al cuadrado de la intensidad de campo. El campo magnético se mide en las unidades de los teslas (unidades del SI ) o del gauss (unidades de Cgs ).

Hay algunas encarnaciones específicas notables del campo magnético. Para la física de materiales magnéticos, ver el magnetismo y el imán, y más específicamente el Ferromagnetism, el paramagnetismo, y el Diamagnetism . Para los campos magnéticos constantes, por ejemplo son generados por los dipolos inmóviles y las corrientes constantes consideran la magnetoestática . Para los campos magnéticos creados cambiando campos eléctricos, ver el electromagnetismo .

El campo eléctrico y el campo magnético son componentes del campo electromagnético .

Definición

En la física clásica, el $del campo magnético \ el mathbf {B}$ es un campo de vector (es decir, un cierto vector en cada punto del espacio y del tiempo), con las unidades del SI de teslas (un tesla es un Newton - segundos por el culombio - el metro ) y las unidades de Cgs del gauss . Tiene la característica de ser un campo de vector solenoidal .

El $del campo \ el mathbf {B}$ se pueden definir y medir por medio de un pequeño dipolo magnético (es decir, imán de barra ). El campo magnético ejerce un esfuerzo de torsión en dipolos magnéticos que que tienda a hacerles el punto en la misma dirección que el campo magnético (como en un compás ), y por otra parte la magnitud de ese esfuerzo de torsión es proporcional a la magnitud del campo magnético. Por lo tanto, para medir el campo magnético en un punto particular en espacio, usted puede poner un pequeño imán de barra libre-giratorio (tal como un compás) allí: la dirección que enrolla destacar es la dirección del $\ del mathbf {B}$ ; y el cociente de la magnitud máxima del esfuerzo de torsión al momento de dipolo del imán de barra es el $de la magnitud|\ mathbf {B}|$ .

(Hay, además, varias otras maneras diversas pero físicamente equivalentes de definir el campo magnético, por ejemplo vía la ley de la fuerza de Lorentz (véase abajo), o como la solución a las ecuaciones del maxwell.)

Sigue de ninguno de estos definiciones que el vector del campo magnético (siendo un producto de vector ) es un Pseudovector (también llamado un el vector axial ).

B y H

Hay dos cantidades a que los físicos pueden referir como el campo magnético, el

notated \ el mathbf {H}

\ el mathbf {B}

. El

del campo de vector \ el mathbf {H}

se sabe entre los ingenieros eléctricos como la intensidad del campo magnético del o fuerza de campo magnético del también conocida como el campo magnético auxiliar del o campo que magnetiza del . El

del campo de vector \ el mathbf {B}

se conoce como la densidad de flujo magnético del o la inducción magnética del o simplemente campo magnético del, según lo utilizado por los físicos, y tiene las unidades del SI de los teslas (t), equivalentes a los webers (Wb) por segundos del metro cuadrado o de voltio por metro cuadrado. El flujo magnético tiene las unidades del SI de webers así que el campo del

\ del mathbf {B}

es el de su densidad regional.uk/MagneticFieldStrength.org/unit_converter/magnetic-field-strength.html] el

del campo de vector \ el mathbf {H}

tiene las unidades del SI de los amperios por el metro y es algo del análogo magnético al campo eléctrico de la dislocación representado por el

\ el mathbf {D}

, con las unidades del SI de estes 3ultimo que son amperio-segundos por metro cuadrado. Aunque el " del término; field" magnético; fue reservado históricamente para el

\ el mathbf {H}

, con el

\ el mathbf {B}

que eran llamados el " induction" magnético;, el

\ el mathbf {B}

ahora se entiende para ser la entidad más fundamental, y la mayoría de los escritores modernos refieren al

\ al mathbf {B}

como el campo magnético, excepto cuando el contexto no puede hacerlo claro si la cantidad que es discutida es

\ el mathbf {H}

\ el mathbf {B}

. Ver:

La diferencia entre el $\ el mathbf {B}$ y los vectores del $\ del mathbf {H}$ se puede rastrear al dado derecho papel del maxwell 1855 en las líneas de la fuerza de Faraday . Se aclara más adelante en su concepto de un mar de vórtices moleculares que aparezca en su documento 1861 sobre líneas de la fuerza físicas - 1861. Dentro de ese contexto, el $\ el mathbf {H}$ representaron la vorticidad pura (vuelta), mientras que el $\ el mathbf {B}$ eran una vorticidad cargada que fue cargada para la densidad del mar del vórtice. El maxwell consideraba el µ magnético de la permeabilidad ser una medida de la densidad del mar del vórtice. Por lo tanto la relación,

(1) la corriente de inducción magnética del causa una densidad corriente magnética

= \ MU \ mathbf {H} del $\ del mathbf {B} estaba esencialmente una analogía rotatoria a la relación linear de la corriente eléctrica, (2) corriente de convección eléctrica del = \ rho \ mathbf {v}$ del $\ del mathbf {J} donde está densidad el \ rho de carga eléctrica. el \ el mathbf {B} fueron considerados como clase de corriente magnética de los vórtices alineados en sus planos axiales, con el \ el mathbf {H} siendo la velocidad circunferencial de los vórtices. Con el µ representando densidad del vórtice, podemos ahora ver cómo el producto del µ con el \ el mathbf {H} de la vorticidad lleva a la densidad de flujo magnético del término que denotamos como el \ mathbf {B} .$

La ecuación de la corriente eléctrica se puede ver como corriente convectiva de la carga eléctrica que implica el movimiento linear. Por analogía, la ecuación magnética es una vuelta de participación actual inductiva. No hay movimiento linear en la corriente inductiva a lo largo de la dirección del vector del $\ del mathbf {B}$ . La corriente inductiva magnética representa líneas de fuerza. Particularmente, representa líneas de fuerza de variación cuadrática inversa.

La extensión de las consideraciones antedichas confirma que donde está el $\ el mathbf {B}$ al $\ al mathbf {H}$ , y donde está el $\ el mathbf {J}$ al ρ, después a él sigue necesario de la ley del gauss y de la ecuación de la continuidad de la carga que el $\ el mathbf {E}$ es al $\ al mathbf {D}$ . \ paralelos del mathbf ${B}$ al $\ al mathbf {E}$ , mientras que \ paralelos del mathbf ${H}$ al $\ al mathbf {D}$ .

En SI unidad, $\ el mathbf {B} \$ y $\ mathbf {} \$ de H se miden en los teslas (t) y los amperios por el metro (A/m), respectivamente; o, en unidades de los cgs, en los oerstedes (Oe) del (G) del gauss y, respectivamente. Dos alambres paralelos que llevan una corriente eléctrica en la misma dirección generarán un campo magnético que cause una fuerza de la atracción entre ellos. Este hecho se utiliza para definir el valor de un amperio de la corriente eléctrica.

El $de los campos \ el mathbf {B}$ y $\ el mathbf {H}$ también son relacionados por el $\ = \ mathbf {H} +4 \ pi \ mathbf {M}$ (unidades) de Cgs, del de la ecuación del $\ del mathbf del = \ mu_0 (\ + \ mathbf {M} del mathbf {B} del mathbf {H})$ (unidades del SI ) {B} donde está la magnetización el $\ el mathbf {M}$ .

Fuerza debido a un campo magnético

considera también:

la fuerza de Lorentz

Fuerza en una partícula cargada

del l \ mathbf {F} = q (\ mathbf {v} \ épocas \ mathbf {B}),

donde está el F del la fuerza (en el q del
de los neutonios es el que la carga eléctrica del v del
de la partícula (en culombios) es la velocidad instantánea del B del
de la partícula (en metros por segundo) es el
y los × del campo magnético (en teslas); es el producto cruzado .

Fuerza en el alambre actual-que lleva

Un alambre recto, inmóvil que lleva una corriente eléctrica, cuando está colocado en un campo magnético externo, siente una fuerza. Esta fuerza es el resultado de la fuerza de Lorentz (véase arriba) que actúa en cada electrón (o cualquie otro portador de carga) que se mueve en el alambre. La fórmula para la fuerza total es como sigue:

\ mathbf {F} = I \ mathbf {L} \ época \ mathbf {} \, de B

donde el F del = fuerza, medida en el I del
de los neutonios = corriente en alambre, midió en el B del
de los amperios = vector del campo magnético, medido en el $\ times$ del
de los teslas = el L producto cruzado del vector = un vector, cuya magnitud es la longitud del alambre (medido en metros), y cuya dirección está a lo largo del alambre, alineado con la dirección de la corriente convencional fluir.

Alternativo, algunos autores escriben el $\ el mathbf {F} del = L \ mathbf {I} \ épocas \ mathbf {B}$ donde la dirección del vector ahora se asocia a la variable actual, en vez de la variable de la longitud. Las dos formas son equivalentes.

Si el alambre es no recto sino curvado, la fuerza en ella puede ser computada aplicando esta fórmula a cada segmento infinitesimal del alambre, entonces agregando encima de todas estas fuerzas vía la integración .

La fuerza de Lorentz en una corriente macroscópica se refiere a menudo como la fuerza de Laplace.

Dirección de la fuerza

La dirección de la fuerza es determinada por las ecuaciones antedichas, particularmente usar la regla derecha para evaluar el producto cruzado. Equivalente, uno puede utilizar la regla de la mano izquierda de Fleming para que el movimiento, la corriente y la polaridad determinen la dirección de uno de ésos de los otros dos, según lo visto en el ejemplo. Puede también ser recordado así. Los dígitos del pulgar al segundo dedo indican la “fuerza”, el “B-campo”, y “me (corriente)” respectivamente, o el F-B-I en cortocircuito. Otro truco similar es la regla derecha del apretón.

Campo magnético de una corriente constante

considera también:

la ley de Biot-Savart

El campo magnético generado por un actual del constantemente (un flujo continuo de carga, por ejemplo a través de un alambre, que es constante a tiempo y en qué carga es ni de acumulación ni de agotamiento en cualquier momento), es descrito por la ley de Biot-Savart:

$d \ mathbf {B} = \ frac} \ frac {I d \ mathbf {l} \ épocas \ mathbf {\ sombrero r}} {r^2}$ {\ mu_0} {4 \ pi

(en unidades del SI ), donde está la corriente el
$I$ del
, el $d del \ el mathbf {l}$ es un vector, cuya magnitud es la longitud del elemento diferenciado del alambre, y cuya dirección es la dirección de la corriente convencional, $d \ mathbf {B}$ del
es la contribución diferenciada al campo magnético resultando de este elemento diferenciado del alambre, $\ mu_0$ del
es el constante magnético, $del \ mathbf {\ sombrero r}$ es el vector de la dislocación de la unidad del elemento del alambre al punto en el cual se está computando el campo, y el
$r$ es la distancia del elemento del alambre al punto en el cual se está computando el campo.

Ésta es una consecuencia de la ley de amperio, una ecuaciones de las cuatro del maxwell. Alternativo, puede ser pensado en como ley verdadera, empírica por derecho propio, que contribuye a la derivación del de las ecuaciones del maxwell. Desde un punto de vista práctico, aunque, la ley es verdad y útil sin importar su origen filosófico.

Características

¡Lines< del campo magnético! -- Esta sección se liga de la aurora (astronomía) -->

Como cualquier campo de vector, el campo magnético se puede representar con las líneas de campo -- un sistema de líneas a través del espacio cuya dirección en cualquier momento es la dirección del vector local del campo magnético, y cuya densidad es proporcional a la magnitud del vector local del campo magnético. Observar que la opción cuyo las líneas de campo a dibujar en tal pintura son arbitrarias, aparte de el requisito que se espacien hacia fuera de modo que su densidad aproxime la magnitud del campo local. El nivel de detalle en el cual se representa el campo magnético puede ser aumentado aumentando el número de líneas.

Aunque cualquier campo de vector se pueda representar con las líneas de campo, esta visualización es particularmente provechosa para el campo magnético (en espacio tridimensional), pues hace ciertos aspectos de ella más transparentes. Por ejemplo, " Ley del gauss para el " del magnetismo ; estados que es el campo magnético solenoidal (tiene divergencia cero ). Esto es equivalente a la declaración simple que, en ninguna campo-línea pintura de un campo magnético, las líneas de campo no pueden tener puntos el comenzar o de conclusión; deben formar un lazo cerrado, o bien extienden al infinito en ambos extremos.

Los varios fenómenos físicos tienen el efecto de las líneas de campo de exhibición. Por ejemplo, las limaduras del hierro colocadas en un campo magnético se alinearán a fin de demostrar visualmente líneas del campo magnético (véase la figura en la parte superior); aunque una inspección cercana revele que el " lines" no ser absolutamente continuo. Otro lugar en donde las líneas del campo magnético se exhiben visualmente está en las auroras polares, en las cuales las rayas visibles de la formación ligera con la dirección local del campo magnético de la tierra (debido a las interacciones del dipolo de la partícula del plasma).

Observar que cuando un campo magnético se representa con las líneas de campo, es el no significado para implicar que el campo es solamente diferente a cero a lo largo de dibujar-en líneas de campo. El campo es típicamente liso y continuo por todas partes, y se puede estimar en el cualquier punto de (si en una línea de campo o no) mirando la dirección y la densidad de las líneas de campo cerca. El uso de las limaduras del hierro de exhibir un campo presenta algo de una excepción a este cuadro: el campo magnético es de hecho mucho más grande a lo largo del " lines" del hierro, debido a la permeabilidad grande del aire en relación con del hierro.

La dirección del campo magnético corresponde a la dirección que un dipolo magnético (tal como un pequeño imán) orientará sí mismo en que campo magnético (véase la definición arriba). Por lo tanto, un racimo de pequeñas partículas del material ferromagnético, tales como limaduras del hierro, colocadas en el campo magnético se alineará a fin de demostrar visualmente las líneas del campo magnético (véase la figura en la parte superior). Otro lugar en donde las líneas del campo magnético se exhiben visualmente es las auroras polares, en las cuales las rayas visibles de la formación ligera con la dirección local del campo magnético de la tierra.

Confusiones de etiquetado de poste

El considera también el polo magnético del norte y el polo magnético del sur .

El extremo de una aguja del compás que señala al norte históricamente fue llamado el " north" polo magnético de la aguja. Puesto que los dipolos son los vectores y alinean el " " head to tail; con uno a para reducir al mínimo su energía potencial magnética, el polo magnético situado cerca geográfico Polo Norte es realmente el " south" poste.

El " north" y " south" los postes de un imán o de un dipolo magnético se etiquetan semejantemente a los postes del norte y sur de una aguja del compás. Cerca del Polo Norte de una barra o de un imán del cilindro, el vector del campo magnético se dirige del imán; cerca del poste del sur, en el imán. Este campo magnético continúa dentro del imán (tan no hay " real; poles" dondequiera interior o exterior de un imán donde las paradas o el comienzo de campo). La fractura de un imán por la mitad no separa los postes sino produce dos imanes con dos postes cada uno.

El campo magnético de la tierra es producido probablemente por las corrientes eléctricas en su de cono de metal líquido.

Campos magnéticos giratorios

considera también:

l alternador

El campo magnético de rotación es un principio dominante en la operación de los motores A de la corriente alternada que el imán permanente en tal campo girará para mantener su alineación con el campo externo. Este efecto fue conceptuado por el Nikola Tesla, y utilizado más adelante en el suyo, y otros, motores eléctricos tempranos de la CA (corriente alternada). Un campo magnético de rotación se puede construir usar dos bobinas ortogonales con 90 grados de diferencia de fase en sus corrientes de la CA. Sin embargo, tal sistema sería suministrado en la práctica con un arreglo trifilar las corrientes desiguales. Esta desigualdad causaría problemas graves en la estandardización del tamaño del conductor y por eso, para superarlo, se utilizan los sistemas trifásicos donde están iguales en magnitud y tienen las tres corrientes 120 grados de diferencia de fase. Tres bobinas similares que tienen ángulos geométricos mutuos de 120 grados crearán el campo magnético de rotación en este caso. La capacidad del sistema trifásico de crear un campo de rotación, utilizada en motores eléctricos, es una de las razones principales por las que los sistemas trifásicos dominan los sistemas de fuente de la corriente eléctrica del mundo.

Porque los imanes degradan con tiempo, los motores síncronos y el uso de los motores de inducción cortocircuitos los rotores (en vez de un imán) que seguían el campo magnético de rotación de un estator multicoiled . Las vueltas cortocircuitos del rotor desarrollan las corrientes de Foucault en el campo de rotación del estator, y estas corrientes alternadamente mueven el rotor por la fuerza de Lorentz.

En el 1882, Nikola Tesla identificó el concepto del campo magnético de rotación. En el 1885, el Galileo Ferraris investigó independiente el concepto. En el 1888, Tesla ganó para su trabajo. También en 1888, Ferraris publicó su investigación en un papel a la Academia de Ciencias real del en el Turín .

De effecto hall

considera también:

effecto hall Porque la fuerza de Lorentz es cargar-muestra-dependiente (véase arriba), resulta separación responsable cuando un conductor con la corriente se coloca en un campo magnético transversal, con una acumulación de cargas opuestas en dos lados opuestos de conductor en el normal de la dirección al campo magnético, y la diferencia potencial entre estos lados puede ser medida.

El de effecto hall es de uso frecuente medir la magnitud de un campo magnético así como para encontrar la muestra de las ondas portadoras dominantes en los semiconductores (los electrones negativos o agujeros positivos).

Relatividad especial y electromagnetismo

considera también:

relativista del electromagnetismo

Según la relatividad especial, las fuerzas eléctricas y magnéticas son parte de un solo fenómeno físico, electromagnetismo ; una fuerza eléctrica percibida por un observador será percibida por otro observador en un diverso marco de la referencia como mezcla de fuerzas eléctricas y magnéticas. Una fuerza magnética se puede considerar como simplemente la parte relativista de una fuerza eléctrica cuando este 3ultimo es considerado por un observador móvil.

Más específicamente, algo que tratando el eléctrico y los campos magnéticos como campos separados, la relatividad especial demuestra que se mezclan naturalmente juntos en un tensor rank-2, llamado el el tensor electromágnetico . Esto es análogo a la manera que " de la relatividad especial; mixes" espacio y tiempo en el espacio-tiempo, y masa, ímpetu y energía en el Cuatro-ímpetu .

Descripciones de la forma del campo magnético

Un campo magnético azimutal del es uno que funciona Este-Oeste.
Un campo magnético meridional del es uno que funciona norte-sur. En el modelo solar del dínamo del Sun, la rotación diferenciada del plasma solar hace el campo magnético meridional estirar en un campo magnético azimutal, un proceso llamado el Omega-efecto del . El proceso reverso se llama el alfa-efecto del .
Un campo magnético del ''' del dipolo del ''' es uno considerado alrededor de un imán de barra o alrededor de una partícula con la vuelta diferente a cero .
Un campo magnético del ''' quadrupole del ''' es uno considerado, por ejemplo, entre los postes de cuatro imanes de barra. La fuerza de campo crece linear con la distancia radial de su eje longitudinal.
Un campo magnético solenoidal del es similar a un campo magnético del dipolo, salvo que un imán de barra sólido es substituido por un imán electromágnetico hueco de la bobina.
Un campo magnético toroidal del ocurre en una bobina en forma de anillo, la corriente eléctrica que tuerce en espiral alrededor de la superficie tube-like, y se encuentra, por ejemplo, en un tokamak .
Un campo magnético poloidal del es generado por fluir actual en un anillo, y encontrado, por ejemplo, en un tokamak .

Ver también

general del

campo electromagnético

electromagnetismo

disciplina

cantidad física

las matemáticas ley - equivalente magnético de Ampère de la ley del gauss.
ley de Biot-Savart - el campo magnético fijó por una línea constantemente que fluía corriente.
helicidad magnética - grado a el cual un " del campo magnético; abrigos alrededor del itself".
ecuaciones - cuatro ecuaciones del maxwell que describen el comportamiento del eléctrico y de los campos magnéticos, y su interacción con la materia.

los usos bobina - un dispositivo de Helmholtz para producir una región de campo magnético casi uniforme.
bobina - un dispositivo del maxwell para producir un de gran capacidad del campo magnético casi constante.
campo magnético - una discusión de la tierra del campo magnético de la tierra.
teoría - un mecanismo propuesto del dínamo para la creación del campo magnético de la tierra.
motor eléctrico - los motores de CA utilizaron campos magnéticos.
teoría - una teoría del Rápido-decaimiento del creationist.
campo magnético estelar - una discusión del campo magnético de estrellas.
tubo de Teltron

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