Un camp magnètic és un camp de força produït per càrregues elèctriques en moviment. Aquest camp de força s'aplica sobre altres càrregues en moviment no paral·leles. Juntament amb el camp elèctric, el camp magnètic constitueix el camp electromagnètic, responsable de la interacció electromagnètica a l'espai.
Des del punt de vista del magnetisme, els materials es poden classificar a:
- Materials paramagnètics
- Materials diamagnètics
- Materials ferromagnètics
- Materials ferrimagnètics
- Materials antiferromagnètic
- Això depèn del comportament de la seva susceptibilitat magnètica.
Què és un camp magnètic?
Un camp magnètic és una regió de lespai on una força magnètica exerceix la seva influència sobre partícules carregades en moviment.
S'origina tant per corrents elèctrics com pel moviment de partícules carregades, com electrons. Està caracteritzat per línies de flux magnètic que s'estenen des del pol nord al sud.
Els camps magnètics tenen un paper fonamental a la natura, des del magnetisme terrestre que guia brúixoles fins al seu ús en tecnologies com ara imants, motors elèctrics i ressonàncies magnètiques en medicina. La comprensió i manipulació de camps magnètics són essencials per a diverses aplicacions científiques, tecnològiques i mèdiques.
Exemples de camps magnètics
- Camp magnètic de la Terra: El nucli extern terrestre genera un camp de forces magnètiques que exerceix influència sobre partícules i objectes, atraient-los cap al centre del planeta. Aquest fenomen és essencial per a l'orientació i la navegació a la Terra.
- Imants: Constituïts per materials específics, els imants creen camps magnètics al voltant degut a la disposició interna d'electrons. Cada imant posseeix un pol nord i un pol sud, sent essencials en nombroses aplicacions, des del seu ús quotidià en la subjecció d'objectes fins a aplicacions tecnològiques més avançades, com a discos durs i ressonàncies magnètiques en medicina.
- Motors elèctrics: Tant els motors de corrent continu com els de corrent altern empren electroimants per generar camps magnètics estàtics. Aquest procés impulsa el moviment rotatiu del rotor, constituint la base de funcionament de nombrosos dispositius elèctrics i maquinària, com ara ventiladors, rentadores i vehicles elèctrics.
- Brúixola: Un exemple clàssic de la influència magnètica és la brúixola , capaç d'alinear la seva agulla magnètica entre els pols nord i sud. Aquest instrument ha estat fonamental al llarg de la història per a la navegació, cosa que permet a les persones orientar-se d'acord amb el camp magnètic terrestre.
- Ressonància Magnètica Nuclear (RMN): Al camp mèdic, la ressonància magnètica nuclear utilitza camps magnètics per crear imatges detallades de l'interior del cos humà. Aquest mètode no invasiu és crucial en diagnòstics mèdics i proporciona informació precisa sobre teixits i òrgans.
Tesla: Unitat de camp magnètic
La unitat de camp magnètic al Sistema Internacional d'unitats és el tesla (T). Un tesla representa el camp que genera una força de 1 newton (N) sobre una càrrega elèctrica de 1 coulomb (C) desplaçant-se dins del camp i perpendicular a la direcció de les línies del camp magnètic a una velocitat de 1 m/s.
No obstant això, pel fet que el tesla és una unitat molt gran, de vegades s'utilitza el gauss (G): 10.000 G equival a 1 T.
Característiques d'un camp magnètic
El camp magnètic es pot abordar de manera semblant a l'elèctric, però en lloc de considerar la càrrega elèctrica (un escalar) com a font del camp, aquest paper ho farà el moment dipolar magnètic (un vector).
Les forces magnètiques són proporcionals al camp magnètic generat, és a dir, al valor de la inducció magnètica que és una magnitud vectorial utilitzada per caracteritzar un camp.
La relació entre el camp magnètic i un corrent elèctric ve donada per la llei d'Ampère. El cas més general, que inclou el corrent de desplaçament, és donat per la llei d'Ampère-Maxwell.
Camp magnètic produït per una càrrega puntual
El camp magnètic generat per una sola càrrega en moviment (no per un moviment de càrregues elèctriques) es pot calcular aproximadament a partir de l'equació derivada de la llei de Biot-Savart:
on
- q és la càrrega elèctrica que genera el camp.
- v és la velocitat de desplaçament de la càrrega
- r és la distància des del punt P fins a la posició de la càrrega
- u r és un vector unitari que va des del punt P fins a la posició de la càrrega elèctrica
- μ 0 és una constant anomenada permeabilitat de l'espai lliure. El seu valor al Sistema Internacional per al buit és 4π 10-7 T m/A