Flujo magnético para niños
El flujo magnético (representado por la letra griega fi, Φ) es una forma de medir la cantidad de magnetismo que atraviesa una superficie. Imagina que las líneas de un campo magnético son como hilos invisibles. El flujo magnético nos dice cuántos de esos hilos atraviesan un área específica y cómo lo hacen.
La unidad para medir el flujo magnético en el Sistema Internacional de Unidades es el weber, que se abrevia como Wb. Los aparatos que miden el flujo magnético se llaman weberímetros. En otro sistema de unidades, el sistema cegesimal, se usa el maxwell (1 weber equivale a 100 millones de maxwells).
Para entenderlo mejor, piensa en un campo magnético que es igual en todas partes y una superficie plana. Si conocemos la fuerza del campo magnético (B) y el tamaño de la superficie (S), y el ángulo (θ) entre las líneas del campo y la superficie, podemos calcular el flujo magnético con la fórmula:
Error al representar (Falta el ejecutable <code>texvc</code>. Véase math/README para configurarlo.): \Phi = B \cdot S \cdot \cos(\vartheta)
Si el campo magnético no es uniforme o la superficie es irregular, se usan cálculos más avanzados para sumar el flujo en cada pequeña parte de la superficie.
Contenido
Flujo Magnético: ¿Qué es y cómo funciona?
El flujo magnético nos ayuda a entender cómo interactúan los imanes y las corrientes eléctricas. Se describe usando un campo vectorial, que es como un mapa donde cada punto del espacio tiene una flecha que indica la dirección y fuerza del magnetismo.
¿Cómo se visualiza el campo magnético?
Para que sea más fácil de entender, podemos imaginar el campo magnético con líneas de campo. Estas líneas nos muestran la dirección en la que actúa la fuerza magnética. El flujo magnético a través de una superficie es como contar cuántas de estas líneas atraviesan esa superficie. Si las líneas entran por un lado y salen por el otro, se considera el número "neto" de líneas.
En física más avanzada, el flujo magnético se define de forma más precisa como una integral de superficie de la parte del campo magnético que atraviesa la superficie de forma perpendicular.
Flujo magnético en superficies cerradas
Una superficie cerrada es como una burbuja que encierra completamente un espacio, sin agujeros. La ley de Gauss para el magnetismo, que es una de las cuatro ecuaciones de Maxwell, nos dice algo muy importante: el flujo magnético total que atraviesa cualquier superficie cerrada siempre es cero.
Esto significa que las líneas de campo magnético siempre forman bucles cerrados. No tienen un principio ni un final, como sí ocurre con las cargas eléctricas. Es como si no existieran "polos magnéticos aislados" (monopolos magnéticos), es decir, un polo norte sin un polo sur, o viceversa.
Error al representar (Falta el ejecutable <code>texvc</code>. Véase math/README para configurarlo.): \Phi_B=\oint_{\scriptstyle S}\mathbf{B} \cdot d\mathbf S = 0
Esta fórmula nos dice que la suma de todo el flujo magnético que entra y sale de una superficie cerrada es siempre cero.
La cuantificación del flujo magnético
En materiales especiales llamados superconductores, el flujo magnético no puede tener cualquier valor. Está "cuantificado", lo que significa que solo puede existir en múltiplos de una cantidad muy pequeña y específica, llamada el cuanto de flujo magnético.
Este cuanto de flujo magnético es una constante física fundamental, como un "paquete" mínimo de magnetismo. Se representa con el símbolo Φ₀ y su valor es:
Donde 'h' es la constante de Planck y 'e' es la carga del electrón.
El inverso del cuanto de flujo magnético se llama constante de Josephson (KJ). Esta constante es muy importante para medir voltajes con gran precisión usando el efecto Josephson.
| Valores CODATA | Unidades | |
|---|---|---|
| Φ₀ | 2,067 833 848 ... × 10 −15 | Wb |
| KJ | 483 597,8484...×109 | Hz/V |
¿Cómo cambia el flujo magnético?
Cuando el flujo magnético que atraviesa un circuito de alambre conductor cambia, se produce una fuerza electromotriz (FEM), que es lo que impulsa una corriente eléctrica en el circuito. Esto se conoce como la Ley de Faraday.
La Ley de Faraday se expresa así: Error al representar (Falta el ejecutable <code>texvc</code>. Véase math/README para configurarlo.): {\displaystyle \mathcal{E} = -\frac{d\Phi_B}{dt},} Donde:
es la fuerza electromotriz (FEM).- El signo menos indica la ley de Lenz, que dice que la corriente inducida siempre se opone al cambio que la produce.
- Error al representar (Falta el ejecutable <code>texvc</code>. Véase math/README para configurarlo.): \Phi_B es el flujo magnético.
representa el cambio en el tiempo.
Esta ley es el principio fundamental detrás del funcionamiento de los generadores eléctricos. Cuando un imán se mueve cerca de una bobina de alambre, el flujo magnético a través de la bobina cambia, generando electricidad.
Ilustración del flujo magnético
Entender el flujo magnético puede ser un poco más complejo que entender la carga eléctrica. Una forma de visualizarlo es pensando en la "suma de voltaje-tiempo".
Imagina que tienes un circuito y el flujo magnético a través de él desaparece. Si ese flujo magnético era de 1 weber, significa que se generaría una tensión de 1 voltio durante 1 segundo en el circuito. En otras palabras, 1 weber es la "cantidad de magnetismo" que, al desaparecer, puede mantener 1 voltio de tensión durante un segundo en un circuito cercano.
Galería de imágenes
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El flujo magnético a través de una superficie -cuando el campo magnético es variable- se basa en la división de la superficie en pequeños elementos superficiales, sobre los cuales el campo magnético puede considerarse localmente constante. El flujo total es entonces una suma formal de estos elementos de superficie (véase integración de superficie).
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Cada punto de una superficie está asociado a una dirección, llamada normal de superficie; el flujo magnético que atraviesa un punto es entonces la componente del campo magnético a lo largo de esta dirección.
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Algunos ejemplos de superficies cerradas (izq) y superficies abiertas (der). Izq: Superficie de una esfera, superficie de un toroide, superficie de un cubo. Der: Siperficie de un disco, superficie de un cuadrado, superficie de una semiesfera. (La superficie se indica en azul, el contorno en rojo.)
Véase también
En inglés: Magnetic flux Facts for Kids
- Ley de Faraday
- Magnetomotriz
- Nikola Tesla
- Unidades de electromagnetismo del SI
