¿Qué es la densidad de flujo magnético? - Concepto, características y fórmulas

La densidad de flujo magnético es un concepto de la física que se refiere a la cantidad de líneas de campo magnético que pasan por una superficie determinada. Se trata de una medida de la cantidad de campo magnético que atraviesa una superficie. En este artículo describiremos detalladamente este concepto, así como las características y fórmulas que necesitas conocer para comprender la densidad de flujo magnético.

¿Para qué sirve la densidad de flujo magnético?

La densidad de flujo magnético es útil para describir los efectos de la fuerza magnética en algún objeto que ocupa un área determinada. Es una medida que está atada al área particular de elección.

La densidad de flujo magnético se utiliza en una gran cantidad de aplicaciones. Entre ellas podemos mencionar la fabricación de imanes, la generación de electricidad y la medicina. Sin embargo, esta medición también es importante en la industria electrónica, ya que permite diseñar componentes electrónicos que pueden ser operados y controlados eléctricamente.

Características del flujo magnético

A continuación describimos las características que definen al flujo magnético.

• El flujo magnético, regularmente denominado Φ, es una cantidad física medible que caracteriza la intensidad y la distribución espacial del campo magnético.
• Esta cantidad es igual al flujo del campo magnético a través de una superficie orientada.
• Su unidad de expresión en el Sistema Internacional de Unidades es el weber (Wb), unidad homogénea con el voltio-segundo.
• A través de un elemento de superficie infinitesimal orientado, la densidad magnética es el producto escalar de estos dos vectores.
• El flujo a través de la superficie S es entonces la integral.
• Está relacionado con la inducción magnética, que es la magnetización que se produce en un material debido a la presencia de un campo magnético.

¿Cómo calcular la densidad de flujo magnético?

Es posible escoger el tamaño de un área determinada y su orientación relativa al campo magnético. Si se usa la representación de líneas de campo del campo magnético, entonces cada línea de campo que atraviesa un área dada contribuye con algo de flujo magnético.

El ángulo al cual la línea de campo se cruza con el área también es importante. Una línea de campo que penetra de forma rasante contribuye con una pequeña componente de campo al flujo magnético.

Para calcular el flujo magnético, se incluye solo la componente del vector de campo magnético que es normal al área de prueba.

Por lo tanto, la densidad de flujo magnético se calcula dividiendo el flujo magnético (en webers) por el área de la superficie (en metros cuadrados) que atraviesa el campo magnético. Otro dato relevante, es que la densidad de flujo magnético se mide en teslas (T), en el Sistema Internacional.

¿Son iguales el flujo magnético y la densidad de flujo magnético?

No, no son iguales. El flujo magnético se mide en webers (Wb) mientras que la densidad de flujo magnético se mide en teslas (T).

La densidad de flujo magnético es una medida de la cantidad de campo magnético que atraviesa una superficie determinada. Por otro lado, el flujo magnético es una medida de la cantidad total de líneas de campo magnético que atraviesan una superficie.

¿Qué es un weber?

Un weber es la unidad de medida utilizada para el flujo magnético. Es la cantidad de flujo magnético que atraviesa una superficie de un metro cuadrado, cuando el campo magnético tiene una intensidad de un tesla perpendicular a la superficie. Un weber equivale también a 10^8 líneas de campo magnético por metro cuadrado.

¿Cuál es el símbolo de la densidad del flujo magnético?

El símbolo de la densidad del flujo magnético es la letra 'B'. La densidad del flujo magnético se representa en teslas (T) y se calcula dividiendo el flujo magnético por la superficie.

Fórmula del flujo magnético

La fórmula del flujo magnético es: F = B x A. “F” representa el flujo magnético medido en webers (Wb). “B” representa la densidad del flujo magnético en teslas (T). Mientras que  “A”, representa el área de la superficie que atraviesa el campo magnético medido en metros cuadrados.

Ejemplos de la densidad de flujo magnético

Aquí detallamos varios ejemplos prácticos de la densidad del flujo magnético.

Flujo magnético de la Tierra

El flujo magnético de la Tierra se origina en su núcleo, donde el movimiento del hierro líquido genera un campo magnético. Las líneas de flujo atrapan la radiación y crean una magnetosfera que actúa como escudo alrededor de la Tierra. El flujo magnético de la Tierra también afecta a las brújulas, permitiendo que se orienten hacia el norte magnético. Además, es responsable de los fenómenos naturales como las auroras boreales y australes.

Flujo magnético de un imán de barra

En un imán de barra, la densidad del flujo magnético fluye desde el polo norte hacia el polo sur, creando alrededor del imán, una estructura de circuito cerrado. Las líneas de flujo magnético representan la dirección y la intensidad del campo magnético generado por el imán.

El flujo magnético alrededor del imán de barra será cero si el campo magnético es paralelo al área. Sin embargo, si el campo magnético es perpendicular al área, el flujo magnético será máximo.

Flujo magnético del toroide

Cuando la corriente fluye a través de las bobinas de los toroides, se generan campos magnéticos dentro de ésta, mientras que el campo magnético fuera de la bobina es cero.

Esto se debe a que el flujo magnético está confinado dentro del núcleo de hierro en polvo del toroide, lo que permite una alta eficiencia en la transferencia de energía.

Flujo magnético en el transformador

En un transformador, la bobina principal induce corriente en el núcleo y se opone a la carga para generar el flujo magnético. Este actúa como un enlace entre ambos devanados, logrando transferir la energía desde la bobina primaria a la secundaria.

Cuando disminuye o aumenta la fuente de alimentación de CA en dirección opuesta, la densidad magnética cambia. Esto induce una corriente en la bobina secundaria. De esta manera, el flujo magnético en el transformador permite transferir energía eléctrica de un circuito a otro.

Flujo magnético en el bucle de alambre

Se genera un flujo magnético cuando unimán se aproxima a un bucle de alambre. Este flujo se intensifica con la energía en una dirección descendente y los campos magnéticos se oponen al flujo.

En un bucle abierto, el cambio en el flujo magnético puede inducir una corriente en el alambre, lo que demuestra la ley de Faraday de la inducción electromagnética.

¿Cómo medimos el campo magnético?

El campo magnético se puede medir utilizando un magnetómetro, un dispositivo que mide la intensidad del campo magnético en una determinada posición.

Por ejemplo, al mover una pequeña sonda de un magnetómetro (sin rotarla) dentro de un área cerca de una gran lámina de material magnético, y el aparato registra una lectura constante, entonces, el flujo magnético que pasa a través del área es B A2.

¿Cuál es la intensidad del flujo magnético?

La intensidad del campo magnético, o campo magnético H, es una medida de la cantidad de magnetización que un campo magnético produce en un material magnético.

Esta se representa con el símbolo H y se mide en amperios por metro (A/m). Ambas son propiedades importantes de los campos magnéticos, pero representan diferentes aspectos del mismo.

La intensidad del flujo magnético también se conoce como la fuerza que actúa sobre un cuerpo por unidad de carga, mientras que la intensidad del campo gravitacional es la fuerza que actúa sobre un cuerpo por unidad de masa.