Camp magnètic
De Viquipèdia
En física, el camp magnètic és una entitat física generada per la presència de càrregues elèctriques en moviment (com ara els corrents elèctrics), o bé per la presència de partícules quàntiques amb espín, i que exerceixen una força sobre les altres càrregues que es mouen sota la seva influència. Els camps magnètics envolten els corrents elèctrics, els dipols i els camps elèctrics variables.
Quan els dipols són dintre del radi d'acció d'un camp magnètic, els dipols magnètics s'alineen de manera que els seus eixos siguin paral·lels a les línies de camp, de la mateixa manera que ho farien les llimadures de ferro en presència d'un imant (vegeu la imatge de la dreta). Els camps magnètics també tenen la seva pròpia energia, amb una densitat d'energia proporcional al quadrat de la intensitat de camp. Al Sistema Internacional d'unitats el camp magnètic es mesura en tesles.
Hi ha tota una sèrie de fenomens on es manifesten els camps magnètics. Per a la física dels materials magnètics vegeu: magnetisme, imant, ferromagnetisme, paramagnetisme i diamagnetisme. Per als creats pels dipols estacionaris i els corrents elèctrics constants vegeu: Corrent elèctric i magnetostàtica. Per als camps magnètics creats per corrents elèctrics variables vegeu: electromagnetisme.
El camp elèctric i el camp magnètic són estretament relacionats en dos sentits: primer, els canvis en qualsevol dels dos camps poden causar, induir, canvis a l'altre d'acord amb les equacions de Maxwell; segon, d'acord amb la teoria de la relativitat especial d'Einstein, una força magnètica a un sistema inercial de referència pot ser una força elèctrica a un altre sistema de referència i viceversa (vegeu electromagnetisme relativista). Tots dos camps junts formen el camp electromagnètic, que és conegut per ser darrere de fenomens com la llum i altres ones electromagnètiques.
Taula de continguts |
[edita] Definició
En física clàssica, el camp magnètic 
és un camp vectorial, un vector a cada punt de l'espai per a qualsevol moment, que en unitats del Sistema Internacional es mesura en tesles (un tesla és un newton-segons per coulomb-metre). Aquest camp vectorial té la propietat d'ésser solenoïdal.
El camp pot ser definit i mesurat per mitjà d'un petit dipol magnètic, com per exemple un petit imant. El camp magnètic exerceix un moment de força sobre els dipols magnètics que tendeix a adquirir la mateixa direcció que el camp, de manera idèntica al cas d'una brúixola, i a més la magnitud d'aquest parell de forces és proporcional a la magnitud del camp magnètic. En conseqüència, per tal de mesurar el camp magnètic a un punt determinat de l'espai s'hi pot posar un petit imant que pugui girar lliurement, com una brúixola; la direcció ver la que apunti serà la de i la ràtio de la màxima magnitud del parell de forces del moment magnètic de l'imant serà la magnitud de 
.
Hi ha altres vies diferents, físicament equivalents, per tal de definir el camp magnètic, com per exemple a través de la força de Lorentz o a través d'una solució de les equacions de Maxwell.
De qualsevol de les definicions que es pugui utilitzar es deriva que el camp vectorial magnètic, essent un producte vectorial, és un pseudovector o vector axial.
En el cas d'un imant en barra, la direcció del camp magnètic és la següent: A l'interior de l'imant apunta grosso modo cap el pol nord de l'imant mentre que a l'exterior ho fa cap el pol sud.
[edita] B i H
Els físics utilitzen dues magnituds per referir-se referir-se als camps magnètics per a les quals s'utilitza la notació H i B. El camp vectorial H és conegut en el món de l'electrotècnia comintensitat de camp magnètic o força de camp magnètic. El camp vectorial B és conegut com densitat de flux magnètic, inducció magnètica o simplement camp magnètic, com en el cas dels físics i es mesura en tesles (T) al Sistema Internacional, que equival a webers (Wb) per metre quadrat o volts segon per metre quadrat. El flux magnètic es mesura en webers, per tant el camp B és una densitat per unitat de superfície. El camp vectorial H es mesura en amperes/metre al Sistema Internacional d'Unitats i s'el podria considerar com una analogia del camp desplaçament elèctric representat per 
i mesurar en amperes-segon per metre quadrat. Malgrat el terme camp magnètic ha estat històricament reservat per H i B ha estat conegut com a inducció magnètica, avui dia B és considerat com a l'entitat fonamental i molts autors s'hi refereixen com a camp magnètic, excepte quan el context no permet diferenciar si es tracta de H o de B.
La diferència entre els vectors B i H es pot trobar a la literatura científica des de l'escrit On Faraday's Lines of Force (Sobre les línies de força de Faraday) de Maxwell publicat el 1855. Que seria clarificat més tard al seu concepte de mar de vòrtex molecular a una nova publicació del seu escrit anterior el 1861 [1]. En aquest context, H representa la vorticitat (espín), mentre que B era una vorticitat engrandida per la densitat del mar de vòrtex. Maxwell considerava la permeabilitat magnètica µ com una mesura de la densitat del mar de vòrtex. D'aquí la relació,
(1) Corrent d'inducció magnètica causa una densitat de corrent magnètic
que és essencialment una analogia rotacional de la relació lineal del corrent elèctric,
(2) Corrent de convecció elèctrica
on ρ és la densitat de càrrega elèctrica. B es vist com un tipus de corrent magnètic de vòrtex. Amb µ representant la densitat de vòrtex, ara podem veure com el producte de µ amb la vorticitat H porta al terme de densitat de flux magnètic que rep la notació B.
L'equació del corrent elèctric pot ser vista com la representació d'un corrent convectiu de càrregues elèctriques que implica un moviment lineal. Per analogia, l'equació magnètica representaria un corrent inductiu que implicaria un espín. No hi ha moviment linear al corrent inductiu al llarg de la direcció del vector B. El corrent magnètic inductiu representa línies de força, en particular representa línies de la llei inversa del quadrat.
L'ampliació de les consideracions anteriors confirmen que on B és H, i on 
és ρ, llavors de la llei de Gauss i de l'equació de continuïtat de la càrrega necessàriament se segueix que 
és . Per exemple, B paral·lel amb , llavors H és paral·lel amb .
En unitats del Sistema Internacional d'Unitats 
i 
es mesuren respectivament en tesles (T) i amperes per metre (A/m). Dos fils conductors paral·lels pels que passa un corrent elèctric en la mateixa direcció generarà un camp magnètic que causarà una força d'atracció entre ambdós. Aquest fet s'utilitza per a definir el valor d'un ampere de corrent elèctric. Vegeu llei d'Ampère i ampere.
Els camps i H també són relacionats amb l'equació
(en unitats del SI)
on 
és la magnetització.
[edita] Representació matemàtica
Matemàticament, el camp magnètic es representa per un camp vectorial, que s'acostuma a anomenar B. Les equacions que determinen el valor del camp magnètic generat per un corrent elèctric són dues de les quatre equacions de Maxwell:
on 
és la permeabilitat del buit, J és la densitat de corrent, 
és la permitivitat del buit, E és el camp elèctric i t és el temps.
Un camp magnètic B exerceix una força F sobre una partícula carregada en moviment que ve donada per
on q és la càrrega de la partícula i v és la seva velocitat de deriva.
Els imants permanents constitueixen dipols magnètics generats per l'alineació simultània dels espins de moltes partícules.
Des del punt de vista de la relativitat, el camp magnètic és una manifestació d'una entitat més general, el camp electromagnètic, que descriu simultàniament els camps elèctrics i magnètics. Un camp percebut com a magnètic per un determinat observador és en general percebut com una combinació de camps elèctrics i magnètics per un altre observador. Una visió radical és que el camp magnètic és un efecte relativista del camp electromagnètic, sent el camp elèctric l'efecte no-relativista; tanmateix, aquesta visió no s’acostuma adoptar per la gran importància pràctica dels camps magnètics.
[edita] Cam magnètic i corrent estacionari
) al seu voltant. Si agafem el conductor amb la mà dreta el polze indicarà el sentit del corrent si els altres quatre dits segueixen la direcció del campEl camp magnètic generat per un corrent estacionari, un flux continu de càrregues elèctriques, a través dun fil conductor per exemple, que és constant al llarg del temps i on les càrregues no augmenten ni disminueixen a cap punt, es descriu amb la llei de Biot-Savart:
on
- I és el corrent
és un vector la magnitud del qual correspon a una part infinitesimal de la longitud del fil conductor, i la seva direcció és la convencional del corrrent elèctric,
és la contribució diferencial al camp magnètic resultant de l'element infinitesimal del fil conductor,- μ0 és la permeabilitat del buit
és el vector desplaçament unitari de l'element infinitesimal del fil conductor al punt al que es mesura el camp, i- r és la distància des de l'element infinitesimal del fil conductor fins el punt on es mesura el camp.
Derivant de l'equació, el camp magnètic d'un element infinitesimal del fil conductor actuant sobre el punt on considerem el camp és llavors:
Això és una conseqüència de la llei d'Ampère, una de les equacions de Maxwell.
[edita] Descobriment
Fins el 21 d'abril del 1820 no es va conèixer la connexió entre electricitat i magnetisme, quan el físic danès Hans Christian Ørsted va observar que l'agulla imantada d'una brúixola es desviava de la seva posició inicial si era a prop d'un corrent elèctric, i tornava a la seva posició inicial apuntant al nord quan desconnectava la bateria. I si invertia el sentit del corrent elèctric l'agulla es desviava en sentit contrari. D'aquesta observació va deduir que havia una relació directa entre l'electricitat i el magnetisme.
Els anys següents Maxwell agrupà els treballs d'Ampère, Laplace, Biot i Savart que establien les lleis fonamentals de l'electromagnetisme clàssic.
[edita] Vegeu també
- Camp elèctric
- Camp electromagnètic
- Electromagnetisme
- Efecte Barkhausen
- Flux magnètic
- Magnetisme
- Magnetohidrodinàmica
- Monopol magnètic
- Potencial magnètic
- Reconnexió magnètica
