¿Qué es el flujo magnético?

El flujo magnético es la cantidad de campo magnético que penetra en un área en ángulo recto. En una situación simple en la que el campo pasa en ángulo recto a través de una superficie plana, esta cantidad es la fuerza del campo magnético multiplicada por el área de la superficie. En la mayoría de las situaciones de la vida real, sin embargo, se deben tener en cuenta otros factores. El flujo magnético es un concepto importante en muchas áreas de la ciencia, con aplicaciones relacionadas con motores eléctricos, generadores y el estudio del campo magnético de la Tierra. Está representado en física por la letra griega phi, φ.

Ley de Gauss
Un imán de barra tiene dos polos, llamados norte y sur debido a la forma en que reaccionan al campo magnético de la Tierra, que está alineado aproximadamente de norte a sur. Es una convención científica que las líneas de fuerza magnética fluyen de norte a sur. Si una persona toma la superficie rectangular bidimensional en el extremo norte de un imán de barra, tiene un flujo magnético, al igual que la superficie en el polo sur. Sin embargo, el imán en su conjunto no tiene flujo, ya que los extremos norte y sur tienen la misma fuerza y ​​el campo «fluye» desde el polo norte hacia el polo sur, formando un circuito cerrado.

La ley de Gauss para el magnetismo establece que, para una superficie cerrada, como una esfera, un cubo o un imán de barra, el flujo magnético es siempre cero. Es otra forma de decir que un objeto, por pequeño que sea, con polo norte debe tener siempre un polo sur de igual fuerza y ​​viceversa. Todo lo que tiene un campo magnético es un dipolo, lo que significa que tiene dos polos. Algunos científicos han especulado que pueden existir monopolos magnéticos, pero nunca se ha detectado ninguno. Si se encuentran, la ley de Gauss tendría que cambiarse.

Ley de Faraday
La ley de Faraday establece que un cambio en el flujo magnético creará un voltaje, o fuerza electromotriz (EMF), dentro de una bobina de alambre. Con solo mover un imán cerca de una bobina de alambre se logrará esto, al igual que un cambio en la fuerza del campo magnético. El voltaje producido se puede determinar a partir de la tasa de cambio en el flujo magnético y el número de vueltas de la bobina.

Este es el principio detrás de los generadores de electricidad, donde el movimiento es creado, por ejemplo, por agua corriente, viento o un motor alimentado por combustibles fósiles. Los imanes y las bobinas de alambre convierten este movimiento en energía eléctrica, de acuerdo con la Ley de Faraday. Los motores eléctricos demuestran la misma idea a la inversa: una corriente eléctrica alterna en bobinas de alambre interactúa con imanes para producir movimiento.

Materiales magnéticos
Los materiales varían en sus reacciones a los campos magnéticos. Las sustancias ferromagnéticas producen un campo magnético propio más fuerte, y este campo puede persistir cuando se elimina el campo externo, dejando un imán permanente. El hierro es el elemento más conocido de este tipo, pero otros elementos metálicos, como cobalto, níquel, gadolinio y disprosio, también demuestran este efecto. Se pueden fabricar imanes muy potentes a partir de aleaciones de neodimio y samario, metales de las tierras raras.
Los materiales paramagnéticos producen un campo magnético en respuesta a uno externo, produciendo una atracción relativamente débil que no es persistente. El cobre y el aluminio son ejemplos. Otro ejemplo es el oxígeno; en este caso, el efecto se demuestra mejor con el elemento en forma líquida.

Las sustancias diamagnéticas crean un campo magnético que se opone a un campo externo, produciendo repulsión. Todas las sustancias muestran este efecto, pero normalmente es muy débil y siempre más débil que el ferromagnetismo o el paramagnetismo. En algunos casos, como una forma de carbono llamada grafito pirolítico, el efecto es lo suficientemente fuerte como para permitir que una pequeña pieza de material de este tipo flote en el aire justo encima de una disposición de imanes fuertes.
Calcular y medir el flujo
Calcular el flujo para una superficie plana en ángulo recto con la dirección de un campo magnético es sencillo. Sin embargo, a menudo es necesario calcular la cantidad de una bobina de alambre, también conocida como solenoide. Suponiendo que el campo es perpendicular al cable, el flujo total es la fuerza del campo magnético multiplicada por el área a través de la cual pasa multiplicada por el número de vueltas de la bobina. Cuando el campo no está en ángulo recto con la superficie, se debe tener en cuenta el ángulo formado por las líneas del campo magnético con la perpendicular, y el producto se multiplica por el coseno de este ángulo.

Se usa un instrumento llamado fluxímetro para medir la cantidad del campo. Se basa en el hecho de que un campo magnético creará una corriente eléctrica en un cable si los dos se mueven entre sí. Esta corriente se puede medir para determinar el flujo.
Flujo magnético en geología
La medición del flujo magnético en varios puntos de la superficie de la Tierra permite a los científicos monitorear el campo magnético del planeta. Este campo, que se cree que es generado por corrientes eléctricas en el núcleo de hierro de la Tierra, no es estático, sino que cambia con el tiempo. De hecho, los polos magnéticos se han invertido muchas veces en el pasado y es probable que lo vuelvan a hacer en el futuro. Los efectos de una inversión de polos pueden ser graves, ya que durante el cambio, la fuerza del campo se reduciría en gran parte del planeta. El campo magnético de la Tierra protege la vida en el planeta del viento solar, una corriente de partículas cargadas eléctricamente del Sol que serían dañinas.
Unidades de medida
La fuerza de un campo magnético, o la densidad de flujo magnético, se mide en Teslas, una unidad que lleva el nombre del ingeniero eléctrico Nikola Tesla. El flujo se mide en Webers, el nombre del físico Wilhelm Eduard Weber. Un Weber es 1 Tesla multiplicado por 1 metro cuadrado, y un Tesla es 1 Weber por metro cuadrado.