Campo Magnético

El campo magnético

La unidad en el SI para la intensidad del campo magnético es el tesla (\(\mathrm{T}\)):

\[1 \, \, \mathrm{T}=1 \, \, \mathrm{NsC^{-1}m^{-1}} \]

La intensidad del campo magnético en la superficie de la Tierra varía entre \(3,5 \cdot 10^{-5} \, \, \mathrm{T}\) en el ecuador y \(6,5 \cdot 10^{-5}\, \, \mathrm{T}\) en los polos.

Fuerza magnética sobre una carga

Cuando una carga eléctrica se mueve a cierta velocidad dentro de un campo magnético \(\vec{\mathrm{B}}\), sentirá una fuerza proporcional a su carga y al producto vectorial entre su velocidad y el campo magnético:

\[\vec{F_{m}}=q \vec{v}\times \vec{B} \]

Donde, \(q\) representa la carga y \(\vec{v}\) la velocidad.

Para determinar la dirección y sentido de esta fuerza, podemos usar la regla de la mano derecha:

Cálculo del campo magnético de una carga estacionaria

Para encontrar el valor de un campo magnético en algún punto del espacio, podemos utilizar la ley de Biot-Savart:

\[d\vec{B}=\dfrac{\mu_0}{4\pi} \dfrac{Id\vec{\ell}\times \vec{u_r}}{r^2}\]

Donde:

• \(I\) es la intensidad de corriente.
• \(d\vec{\ell}\) es la longitud del elemento de corriente.
• \(\vec{r}\) es la distancia desde el elemento de corriente hasta el punto donde estamos midiendo el campo.
• \(\mu_0\) es la permeabilidad del vacío.

Si queremos calcular el flujo de campo magnético alrededor de una curva cerrada, podemos utilizar la ley de Ampere:

\[\oint_C \vec{B} \cdot d\vec{\ell}=\mu_0 I_C \]

En esta expresión, \(C\) representa la curva cerrada y orientada.

¿Qué genera al campo magnético terrestre?

En realidad, ¡no sabemos cómo se origina el campo magnético de la Tierra! Pero, la mejor explicación que tenemos es la siguiente:

La Tierra tiene un núcleo líquido, que se compone de dos partes. Sin embargo, lo que nos interesa en este artículo es la parte exterior, que es un núcleo exterior fundido hecho completamente de hierro. Este hierro es un conductor eléctrico, por lo que las corrientes pueden fluir a través del núcleo externo. Se cree que estas corrientes eléctricas son la causa del campo magnético de la Tierra, pero la ciencia aún no conoce los detalles.

Características del campo magnético terrestre

Al igual que el campo magnético producido por una carga en movimiento, podemos describir al campo magnético como un vector tridimensional.

Intensidad del campo magnético terrestre

La intensidad del campo magnético de la Tierra puede ser menor de lo que se espera. La intensidad del campo magnético se mide en Tesla (\( T\)), y la intensidad del campo magnético de la Tierra está en el rango de \(25\) a \(65\, \, \mathrm{\mu T}\).

La forma del campo magnético de la Tierra puede resultarte familiar, si has visto antes el campo magnético de una barra magnética. Al igual que un imán de barra, las líneas del campo magnético surgen del polo norte magnético y se curvan hacia atrás y, directamente, hacia el polo sur magnético. De esta manera, envuelven la totalidad del planeta en el proceso.

El campo magnético que cubre todo el planeta se llama magnetosfera. La magnetosfera es increíblemente importante para la seguridad de nuestro planeta. La razón es que hay muchas cosas peligrosas en el espacio, y varias de ellas pueden viajar hasta nuestro la Tierra. Su llegada puede implicar una cantidad masiva de daños, tanto para nosotros como para al medioambiente. La magnetosfera, entonces, nos protege de muchas de estas situaciones. Una de ellas son los vientos solares: una forma de radiación, que proviene del sol, y que podría dañarnos en gran medida —así como dañar toda la electrónica del planeta—. ¡Nuestra magnetosfera es capaz de repeler estas partículas dañinas!

Líneas del campo magnético terrestre

La siguiente imagen muestra el aspecto del campo magnético de nuestro planeta. Se comporta casi exactamente como una barra magnética normal.

Inclinación

Si medimos el ángulo que forma el campo magnético terrestre con la Tierra, el resultado va a depender del punto en el que lo estemos midiendo:

• Si la inclinación tiene un valor positivo, el campo magnético en ese punto está direccionado hacia el interior de la tierra.
• Si la inclinación tiene un valor negativo, el campo magnético está apuntando hacia arriba.

Antiguamente, esta era una característica esencial para los pilotos de los aviones. La razón es que los sistemas de localización basados en brújulas magnéticas pueden dar valores erróneos, dependiendo del movimiento del avión o de la velocidad. Afortunadamente, los aviones modernos incluyen sistemas inerciales de orientación, que disminuyen este tipo de problemas.

Declinación magnética

El norte magnético real y el norte magnético que medimos en cierto punto de la Tierra no siempre son el mismo. Esta diferencia se conoce como declinación magnética. Al igual que en el caso de la inclinación, podemos considerar las siguientes situaciones:

• La declinación es positiva si el norte apunta al este.
• La declinación es negativa si el norte apunta al oeste.

El valor de la declinación magnética también varía en el tiempo; por ejemplo, debido a las variaciones de la radiación solar durante el día.

Voltear el campo magnético de la Tierra

Los polos magnéticos norte y sur de la Tierra no permanecen en el mismo lugar para siempre. Se sabe que después de un período de unos \(300\,000\) años de media, estos polos magnéticos intercambiarán sus posiciones por completo. Por fortuna, durante el cambio de polos, la magnetosfera nunca desaparece del todo. Por eso, seguimos teniendo cierto grado de protección frente a los peligros del espacio. Sin embargo, el campo magnético se debilitará notablemente durante este evento.

Efectos del campo magnético terrestre

Las brújulas

Una brújula es una de las herramientas más útiles que puedes tener cuando necesitas saber hacia dónde vas: te muestra en qué dirección está el norte, el sur, el este y el oeste. Sin embargo, más allá del hecho de que utiliza el magnetismo para indicar dónde están estas direcciones, la mayoría de la gente no sabe exactamente cómo funcionan.

Una característica que define a los imanes es el hecho de que todos tienen una aguja con un polo norte y un polo sur. Todos los polos norte atraen a los polos sur, y todos los polos sur atraen a los polos norte. La aguja metálica de una brújula es un imán y, por tanto, se ve afectada por el campo magnético de la Tierra. Como consecuencia, apuntará su extremo norte hacia el polo sur magnético de la Tierra en todo momento. Esto significa que el Polo Norte —tal y como lo conocemos— es, magnéticamente hablando, ¡un polo sur!

Auroras boreales

Las tormentas en el Sol lanzan partículas cargadas a todos los rincones del espacio, incluido nuestro planeta. Cuando estas partículas entran en contacto con la Tierra, chocan con las partículas de la atmósfera.

¿Y qué tiene que ver esto con el campo magnético de la Tierra? Bueno, una vez que estas partículas cargadas están lo suficientemente cerca, el campo magnético las atrae hacia los polos norte y sur. A medida que se acercan más y más a la Tierra, chocan con los átomos de nuestra atmósfera y aumentan la energía de esos átomos. Esos átomos, que se han vuelto inestables, se deshacen de su energía emitiendo fotones que podemos ver como luz: esas son las auroras. El campo magnético de la Tierra hace que las auroras solo sean visibles cerca de los polos magnéticos de la Tierra.