Magnetostática para niños

La magnetoestática es el estudio de los fenómenos físicos relacionados con los campos magnéticos que no cambian con el tiempo. Imagina que tienes un imán: el campo magnético que crea es constante, no varía. La magnetoestática se encarga de entender cómo funcionan estos campos.

Esta rama de la física explica desde cómo los imanes y los electroimanes atraen metales como el hierro, hasta cómo las corrientes eléctricas que fluyen de manera constante (como la de una pila) también crean campos magnéticos. Ambos fenómenos están muy conectados, porque las corrientes eléctricas generan un campo magnético que es más fuerte cuanto mayor es la corriente y que se debilita a medida que te alejas de ella.

Además, cuando un objeto se acerca a un campo magnético, puede adquirir un poco de magnetismo. Este magnetismo depende del tipo de material y, por lo general, desaparece cuando el objeto se aleja del campo. Sin embargo, algunos materiales, como ciertos tipos de acero, pueden conservar parte de ese magnetismo inducido, lo que se conoce como magnetismo remanente.

Existen materiales paramagnéticos, como el hierro, el níquel o el cobalto, que son atraídos por los imanes. Por otro lado, hay materiales diamagnéticos que son ligeramente repelidos por ellos.

¿Qué es el magnetismo?

El magnetismo es una propiedad especial que tienen algunas sustancias, como ciertos minerales (hierro, cobalto y níquel), que les permite atraer o repeler otros materiales. Es la fuerza invisible que hace que los imanes se peguen a tu nevera o que una brújula apunte al norte.

Conceptos clave de la magnetoestática

En la magnetoestática, los científicos estudian cómo se distribuyen los campos magnéticos alrededor de los imanes permanentes y de las corrientes eléctricas que no cambian. Por ejemplo, una corriente continua en un cable eléctrico crea un campo magnético constante.

También se investigan las propiedades magnéticas de diferentes materiales, como el ferromagnetismo (materiales fuertemente atraídos por imanes), el diamagnetismo (materiales ligeramente repelidos) y el paramagnetismo (materiales débilmente atraídos). El campo magnético de la Tierra es un gran ejemplo de un campo magnético constante que nos rodea.

La magnetoestática también describe cómo estos campos magnéticos afectan a los imanes y a las corrientes. Por ejemplo, explica por qué una aguja de brújula (que es un pequeño imán) se alinea con el campo magnético de la Tierra.

Los conceptos básicos de la magnetoestática son parecidos a los de la electrostática, que estudia las cargas eléctricas en reposo. En electrostática, tenemos cargas eléctricas positivas y negativas. En magnetismo, tenemos polos norte y sur. Sin embargo, hay una diferencia muy importante: a diferencia de las cargas eléctricas, los polos magnéticos siempre vienen en pares. Nunca encontrarás un polo norte magnético solo, sin un polo sur. Siempre están juntos en el mismo objeto.

¿Cómo se calcula un campo magnético?

Calcular un campo magnético puede ser complejo, pero la idea principal es que si conocemos cómo se mueven las corrientes eléctricas en un sistema, podemos determinar la fuerza y dirección del campo magnético en cualquier punto.

Una forma de hacerlo es usando una regla llamada Ley de Biot-Savart. Esta ley nos ayuda a calcular el campo magnético creado por una corriente eléctrica, especialmente en espacios vacíos o en el aire. Es muy útil para diseñar cosas como bobinas o transformadores simples. Si una forma es muy complicada, se puede dividir en partes más pequeñas y sumar los efectos de cada una.

Para materiales que son muy buenos conductores del magnetismo, como los núcleos de hierro en los imanes, se usan otros métodos. A veces, se utilizan programas de computadora que dividen el problema en muchas partes pequeñas para calcular el campo magnético con mucha precisión.

También se puede obtener el campo magnético a partir de algo llamado "potencial vectorial". Es una herramienta matemática que simplifica los cálculos, ya que el campo magnético siempre se puede describir a partir de este potencial.

La magnetización de los materiales

Los materiales que son fuertemente magnéticos, como los ferromagnéticos (hierro, níquel), los ferrimagnéticos o los paramagnéticos, tienen su magnetismo principalmente debido a una propiedad de sus electrones llamada espín. En estos materiales, es importante considerar cómo se magnetizan.

Cuando no hay corrientes eléctricas, la forma en que se comporta el campo magnético en estos materiales se simplifica. Se puede usar un concepto llamado "potencial escalar magnético" para entender cómo se distribuye el magnetismo dentro de ellos.

Fuerza magnetostática

La fuerza magnetostática es la fuerza que se produce entre dos corrientes eléctricas que no cambian. Es la ley fundamental que explica cómo interactúan los imanes y las corrientes.

Imagina dos cables por los que pasa corriente eléctrica. La ley de fuerza de Ampère nos dice cómo se atraen o repelen. Si las corrientes van en la misma dirección, los cables se atraen. Si van en direcciones opuestas, se repelen. Esto es diferente a la ley de Coulomb en electrostática, donde cargas iguales se repelen y cargas diferentes se atraen. En el magnetismo, las corrientes paralelas se atraen y las antiparalelas se repelen.

Esta fuerza magnética es "conservativa", lo que significa que podemos asociarle una energía potencial. Esto es similar a la energía potencial que tiene un objeto cuando lo levantas en el campo gravitatorio.

Nombre	Forma
	Diferencial parcial	Integral
Ley de Gauss para el magnetismo
Ley de Ampère

Véase también

En inglés: Magnetostatics Facts for Kids