Magnetismo y electromagnetismo
Magnetismo y electromagnetismo
Al terminar vas a poder explicar por qué un imán partido da dos imanes completos, distinguir el experimento de Oersted del de Faraday por lo que se mueve en cada uno, calcular el campo de un solenoide y decir por qué alargarlo lo debilita, y reconocer el geomagnetismo.
En la prueba, este tema trae 5 preguntas.
Cómo se comportan los imanes y por qué los polos no se separan
- Polos iguales se repelen; polos distintos se atraen.
- La intensidad del campo magnético se mide en tesla (T).
- Los polos no se pueden separar: si partís un imán por la mitad, quedan dos imanes completos, cada uno con su norte y su sur.
Ese último punto es el que más sorprende, y tiene explicación. El magnetismo de un imán viene de cargas en movimiento dentro del material, alineadas todas en el mismo sentido. Cada pedacito del imán ya es un imán diminuto con sus dos extremos. Cortarlo no separa nada: solo deja a la vista los extremos de los pedazos que quedaron.
Esa es la diferencia grande con la electricidad. Una carga positiva puede existir sola, aislada. Un polo norte suelto, no. Por eso no hay «monopolos» magnéticos.
Oersted y Faraday: lo que cambia es qué se mueve
Los dos experimentos unen electricidad y magnetismo, pero en sentidos opuestos, y la prueba vive de confundirlos.
Oersted demostró que una corriente eléctrica genera un campo magnético a su alrededor. Lo comprobó viendo que la aguja de una brújula se desvía al pasar corriente por un cable cercano. Lo esencial es la palabra corriente: un cable sin corriente no genera nada, porque el magnetismo lo producen las cargas en movimiento, no el cobre.
Faraday demostró el camino inverso: un campo magnético que cambia genera corriente eléctrica. Es la inducción electromagnética, y el montaje es siempre el mismo: un imán que se acerca y se aleja de una bobina conectada a un galvanómetro.
- Mientras el imán se mueve, la aguja se desvía.
- Si el imán se queda quieto, la aguja no se mueve, aunque el imán siga ahí pegado a la bobina.
- Si el imán se mueve más rápido, la corriente inducida aumenta.
El porqué del imán quieto: lo que induce corriente no es el campo, es el cambio del campo que atraviesa la bobina. Un imán inmóvil da un campo constante, y un campo constante no cambia nada, así que no induce nada. Lo que produce la corriente es el movimiento relativo entre el imán y la bobina, y da igual cuál de los dos se mueva.
En eso se basa el generador eléctrico: algo lo hace girar —el agua de una represa, el vapor, el viento— y ese giro mantiene el cambio permanente que sostiene la corriente.
| Oersted | Faraday | |
|---|---|---|
| Qué entra | corriente en un cable | imán en movimiento |
| Qué sale | campo magnético | corriente inducida |
| Señal en la pregunta | brújula que se desvía | galvanómetro que marca |
El solenoide: por qué el largo divide
Solenoide: un cable enrollado en muchas vueltas que, al conducir corriente, se comporta como un imán de barra.
B = μ₀ · N · I ÷ L, con μ₀ = 4π × 10⁻⁷ T·m/A
La fórmula se entiende si la leés así: N ÷ L son las vueltas por cada metro de solenoide. Lo que fortalece el campo no es tener muchas vueltas, sino tenerlas apretadas, porque cada vuelta aporta su propio campo y los aportes se suman en el mismo punto.
- Si se duplican las vueltas y el largo no cambia, las vueltas quedan más juntas: el campo se duplica.
- Si se alarga el solenoide sin cambiar las vueltas, quedan más separadas: el campo baja.
- Si se duplica la corriente, el campo se duplica: I está multiplicando.
El magnetismo en la naturaleza y en la industria
El geomagnetismo es el campo magnético del planeta, y es lo que orienta a las brújulas: sin él, la aguja no tendría hacia dónde apuntar. El Sol tiene un campo magnético enorme que se extiende mucho más allá de los planetas, y las estrellas emiten ondas de radio que se estudian con radiotelescopios. En la industria, el mismo par Oersted-Faraday aparece en motores, generadores, transformadores y equipos de imagen médica.
Ejemplos resueltos
1. Un solenoide de 125 vueltas y 0,18 m de largo conduce 2,0 A. ¿Cuál es el campo en su interior? Numerador: 4π × 10⁻⁷ T·m/A × 125 × 2,0 A = 3,14 × 10⁻⁴ T·m B = 3,14 × 10⁻⁴ T·m ÷ 0,18 m = 1,7 × 10⁻³ T Unidades: los metros se cancelan y queda T, que es lo que se pedía.
2. Se quiere un campo de 6,28 × 10⁻⁴ T con 100 vueltas y 2,0 A. ¿Qué largo debe tener el solenoide? Numerador: 4π × 10⁻⁷ × 100 × 2,0 = 2,51 × 10⁻⁴ T·m L = 2,51 × 10⁻⁴ T·m ÷ 6,28 × 10⁻⁴ T = 0,40 m Control: el largo divide, así que despejarlo es dividir el numerador entre el campo pedido.
3. Se duplican las vueltas de un solenoide y se mantienen la corriente y el largo. N está multiplicando, así que el campo se duplica. No hace falta calcular: las vueltas por metro se duplicaron.
4. Un imán se mantiene inmóvil frente a una bobina conectada a un galvanómetro. ¿Qué marca la aguja? Permanece en reposo. El campo está, pero no cambia, y sin cambio no hay inducción.
5. Una brújula colocada junto a un cable se desvía apenas se cierra el circuito. ¿Qué experimento es? El de Oersted: entró corriente y salió campo magnético. Si el enunciado hablara de un imán moviéndose frente a una bobina, sería Faraday.
Los errores que más se cobran
- Cambiar Oersted por Faraday. Preguntate qué entra: si entra corriente y se desvía una brújula, es Oersted; si entra un imán moviéndose y aparece corriente, es Faraday.
- Creer que basta con acercar el imán y dejarlo ahí. Lo que induce es el cambio del campo, no el campo.
- Pensar que partiendo un imán se separan los polos. Cada pedazo ya era un imán completo antes de cortarlo.
- Olvidar dividir entre el largo en la fórmula del solenoide. Sin esa división el resultado queda miles de veces más grande y ni siquiera da tesla.
- Suponer que un cable genera campo magnético por sí solo. Hace falta que circule corriente: el magnetismo lo producen cargas en movimiento.
- Confundir más vueltas con vueltas más apretadas. Lo que decide es N ÷ L: si estirás el solenoide, el campo baja aunque las vueltas sean las mismas.
Clave de análisis
Todo este tema se reconstruye con una idea: el magnetismo lo producen cargas en movimiento. De ahí sale que un cable con corriente desvíe una brújula —Oersted—, que un solenoide se comporte como imán, y que un imán de barra no tenga polos separables, porque su magnetismo ya está repartido en todo el material y cada trozo trae los suyos.
La segunda idea es el cambio. Faraday no muestra que un imán produzca corriente; muestra que un campo que varía produce corriente. Por eso el imán quieto no induce nada, por eso moverlo más rápido induce más, y por eso el generador tiene que girar sin parar. Y para el cálculo, leé siempre N ÷ L como vueltas por metro: así sabés sin dudar que agregar vueltas sube el campo, que estirar el solenoide lo baja, y que si te olvidaste de dividir entre el largo, las unidades te lo van a decir.