Energia magnetica
Todo campo magnético contiene energía, también llamada energía magnética. Se trata de una cantidad fija en física. Dado que un campo magnético es generado por corrientes eléctricas, la energía magnética es una forma de energía de los portadores de carga en movimiento (electrones). Para entender de dónde procede esta energía, primero conviene echar un vistazo a cómo funciona un campo magnético.
¿Cómo se genera un campo magnético?
El magnetismo se describe mediante campos magnéticos. Éstos son causados por materiales magnéticos (por ejemplo, imanes permanentes), corrientes eléctricas (por ejemplo, en bobinas conductoras de corriente) o un cambio temporal en el campo eléctrico. Las líneas de campo magnético indican el flujo magnético. Al igual que el campo magnético terrestre, los imanes (por ejemplo, los imanes de barra) tienen un polo norte y un polo sur, y el primero siempre está orientado en la dirección del polo magnético ártico. Como se realiza trabajo para generar un campo magnético, éste tiene energía en un almacén de energía magnética.
La cantidad de energía magnética puede variar en función del material. La histéresis describe esta relación. A su vez, son los efectos descritos por las ecuaciones de Maxwell los que revelan las razones por las que los portadores de carga eléctrica generan campos magnéticos.
¿Cómo se calcula la energía magnética?
Para describir la energía de un campo magnético (bobina) se puede utilizar una fórmula para la energía magnética. La unidad para la densidad de energía magnética en cualquier punto de un campo magnético en el vacío es (energía total: E) Para calcularla se utilizan las siguientes unidades y cantidades:
- (intensidad de campo magnético, sistema CGS: unidad Oersted)
- (densidad de flujo magnético en el punto , unidad Tesla)
- L (inductancia de la energía magnética de una bobina, unidad Henry)
- I (corriente, unidad Ampere)
El resultado es:
Se aplica lo siguiente: cuanto mayor es la energía magnética, mayores son las fuerzas magnéticas.
Aplicaciones de la energía magnética
Cuando se acerca un trozo de hierro a un imán, se genera una energía en el espacio de aire entre ambos mayor que la del objeto magnético. Dependiendo de la permeabilidad del hierro, la proporción de esta energía se reduce. Sin embargo, cuando el imán y el hierro entran en contacto, la energía del campo en el espacio de aire desaparece por completo.
El imán tiene que realizar un trabajo para atraer el objeto, lo que reduce su propia energía magnética. Es interesante observar que el campo magnético del imán no se destruye, sino que se restablece cada vez que hay que aplicar una fuerza externa para separar el hierro del imán. La energía magnética en el espacio que se desplaza vuelve a aumentar.
Un ejemplo clásico de utilización de la energía magnética es el generador. En términos sencillos, un imán dentro de una bobina gira continuamente en círculo, con lo que el campo magnético realiza un trabajo. Aquí es donde entra en juego la fuerza de Lorentz, que actúa sobre las cargas eléctricas en movimiento en un campo magnético. Esto puede generar corriente e inducir una tensión cuando cambia el campo magnético.