Flujo magnético y densidad de flujo magnético

¿Qué significan «flujo magnético» y «densidad de flujo magnético»?

Por flujo magnético Φ se entienden todas las líneas de campo magnético. La densidad de flujo magnético B describe la densidad y la dirección de las líneas de campo que atraviesan una superficie imaginaria en el espacio. Cuando las líneas de campo son rectas (p. ej., entre los polos de un imán de herradura), el flujo magnético Φ a través de una superficie A determinada, perpendicular al flujo, es el producto de la densidad de flujo magnético B y la superficie A: Φ = B•A

Indirectamente, la densidad de flujo magnético (campo B) también es una medida de la intensidad del campo magnético. Sin embargo, no es del todo exacto referirse al campo B propiamente dicho como campo magnético, aunque a veces se encuentra en la bibliografía. El campo magnético se abrevia generalmente con la letra H y se aplica la relación B=μ₀ μ•H con la constante de permeabilidad magnética en el vacío µ₀ y una constante de permeabilidad magnética específica del material µ. Esta última es generalmente cercana a 1, excepto para los materiales ferromagnéticos, donde µ puede alcanzar valores de hasta 100 000, y para los superdconductores con µ=0. El producto de µ,µ₀ y el campo magnético H da el campo B, es decir, la densidad de flujo magnético B.

La densidad de flujo magnético se mide en tesla. El flujo magnético correspondiente se mide en Tm². La unidad 1 Tm² también se denomina 1 weber (Wb).

La remanencia de un material magnetizado es la densidad de flujo magnético que emana del material tras la magnetización. También se expresa en tesla.

Las corrientes como causa

El flujo magnético se debe a corrientes, es decir, al movimiento de cargas. Las corrientes solo generan líneas de campo cerradas. Por tanto, el flujo magnético no tiene principio ni fin. En términos físicos, también decimos que la densidad de flujo magnético y el flujo magnético no tienen ni fuentes ni sumideros.

Esta es la razón por la que un imán siempre debe tener dos polos: un polo norte y un polo sur. Este hecho se expresa matemáticamente mediante las ecuaciones de Maxwell. Un imán accionado eléctricamente se denomina «electroimán».

Incluso en los imanes permanentes, las corrientes circulares microscópicas I, esto es, los movimientos de los electrones en el material, son responsables del flujo magnético y, por tanto, también del campo magnético. Estas corrientes circulares generan un flujo magnético B que sale de la corriente circular (bucle de corriente), se arquea por la parte inferior del bucle de corriente y se vuelve a cerrar ahí (véase fig.). La corriente circular genera un momento magnético con el polo norte por encima del bucle de corriente y el polo sur por debajo de este. Si se invierte el sentido de la corriente, también se invierten los polos norte y sur.

Cómo determinar el flujo magnético

Correspondientemente, el flujo magnético se define físicamente por su efecto inductivo en una espira de conductor. Si un bucle conductor con un área conocida se introduce en un campo magnético, se induce una subida de tensión. La integral temporal sobre esta sobretensión es igual al flujo magnético Φ:

\(\int{U_{ind}dt}=B\cdot{A}=\Phi\)
Por tanto, el flujo magnético también se puede medir utilizando una espira conductora y la tensión inducida en esta. Sin embargo, para ello se suele utilizar una sonda Hall más precisa.

Cómo determinar la densidad de flujo magnético

Si consideramos la densidad de flujo magnético B que atraviesa una superficie curva, el flujo magnético debe determinarse como la integral de la densidad de flujo vectorial sobre la normal de la superficie:

\(\int{\vec{B}d\vec{A}}=\Phi\)
Como las líneas de campo son cerradas, todas las líneas de campo que pasan hacia el exterior a través de una superficie cerrada (p. ej., una envoltura esférica) también deben regresar a la esfera y viceversa. Esto se expresa matemáticamente por el hecho de que el flujo a través de superficies cerradas es siempre cero y, de manera equivalente, no hay fuentes ni sumideros de densidad de flujo magnético:

\(\oint_{A-geschlossen}{\vec{B}d\vec{A}}=0 \Leftrightarrow \vec{\nabla}\cdot{\vec{B}}=0\)
Esto equivale a la llamada «libertad de divergencia de la densidad de flujo magnético», tal y como establece una de las cuatro ecuaciones de Maxwell.

En nuestra sección de preguntas frecuentes, encontrará una tabla en formato Excel u OpenOffice que le permitirá calcular cómodamente la densidad de flujo de los imanes.

Ir a la tabla con fórmulas para el cálculo de densidad de flujo