Fisica General Burbano

PROPIEDADES MAGNÉTICAS DE LA MATERIA 497
XXI – 34. Corrientes superficiales equivalentes
A la vista de los resultados experimentales señalados en el apartado anterior vamos a hacer
una nueva experiencia que esquematizamos en la Fig. XXI-56.
En el arrollamiento toroidal con vacío en el interior vamos a suponer un nuevo arrollamiento
de n′ espiras por el cual hacemos circular una corriente I M
de tal manera que el módulo de la inducción
magnética en un punto interior es:
nI n′
IM
B = m0 + m0
l l
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llamaremos a:
nI
l
= j ∧
cantidades que tienen dimensiones de intensidad de corriente por unidad de longitud, y se les llama
DENSIDADES SUPERFICIALES DE CORRIENTE, cuyo significado físico trataremos más adelante.
Si por el segundo arrollamiento hacemos circular una corriente I M
elegida adecuadamente, podemos
lograr que la inducción magnética B sea la misma que la que existe en el arrollamiento toroidal
hecho sobre una determinada sustancia. De esta forma hemos sustituido el material por una
distribución de corrientes obteniendo para el campo magnético los mismos resultados. Por lo que
llegamos a la conclusión siguiente:
«Sobre las sustancias sometidas a un campo magnético aparecen corrientes que tienden a incrementar
(ferro y paramagnéticas) o disminuir (diamagnéticas) el campo en su interior. A estas
corrientes las llamamos CORRIENTES DE MAGNETIZACIÓN».
Estas corrientes son particularmente intensas y circulan en el mismo sentido que las de conducción
si la sustancia es ferromagnética.
Según sean los materiales para o diamagnéticos las corrientes superficiales (muy débiles en
comparación con las ferromagnéticas) circulan en el mismo sentido o sentido contrario que la corriente
de conducción.
Si construimos el anillo con una sustancia magnetizada, entonces sin necesidad de corrientes
de conducción, existe en su interior un campo magnético, por lo que en esa sustancia existe una
distribución de corrientes superficiales que se mantienen con el tiempo.
Para la explicación del comportamiento eléctrico de la materia, en Electricidad, admitíamos la
existencia de cargas de polarización que superponíamos a las cargas libres. El comportamiento
magnético de la materia es «similar», superpuestas a las corrientes de conducción aparecen otras
que llamamos corrientes de magnetización cuya existencia se trata en la cuestión siguiente.
Antes de seguir estudiando el comportamiento de la materia nos conviene dejar claro el concepto
de las densidades superficiales de corriente. Supongamos una «cinta» conductora por la que
circula una corriente I (Fig. XXI-57). Si el espesor de la cinta es muy pequeño, tiene poco sentido
hablar de corriente por unidad de área transversal, es más lógico hablar de corriente por unidad
de longitud transversal.
Como consecuencia de todo lo anterior, tenemos que modificar la formulación matemática vista
hasta ahora (expresiones de cálculo de campos en el vacío) añadiendo los términos correspondientes
a las corrientes de magnetización. Así escribiremos la ley de Biot y Savart que nos da la inducción
magnética en un punto, de la forma:
z z
m0
l × r m0
l × r
B = I d d
+ I
3
M 3
4p
r 4p
r
z
y el Teorema de Ampère:
B? dl
= m 0 ( I + I M )
C
XXI – 35. Interpretación física de las corrientes superficiales equivalentes: Teoría
molecular del paramagnetismo y del diamagnetismo
Hasta ahora nos hemos limitado a describir cualitativamente el comportamiento magnético de
la materia, llegando a la conclusión de que se pueden «reproducir» los efectos magnéticos de los
materiales con corrientes eléctricas adecuadas. Vamos a ver que tales corrientes tienen sentido físico
(existen realmente) y que su causa radica en la estructura atómica de la materia.
Ampère (1825) fue el primero en exponer la teoría de la existencia de ciertas «corrientes particulares»
capaces de interpretar los fenómenos magnéticos relacionados con la materia incluso los
concernientes a los imanes permanentes.
Modernamente se ha demostrado que los átomos se comportan como si sus electrones periféricos
estuviesen girando continuamente en torno al núcleo y poseyendo además cada electrón
algo equivalente a un movimiento de rotación propia (a cuyo momento angular correspondiente
se le denomina «spin»). Se puede, por consiguiente, atribuir a los átomos de cada molécula un
momento magnético.
n′
I
l
M
= j
M
(21)
Fig. XXI-56.– El esquema superior
representa un anillo de Rowland
construido sobre un material. El inferior
son dos bobinados superpuestos,
el primero transporta una corriente
igual a la de la Fig. superior y al segundo
le hacemos circular otra corriente
(I M
) de tal manera que el campo
magnético en el interior del arrollamiento
sea el mismo que en el
interior del esquema superior.
Fig. XXI-57.– Corriente por unidad
de longitud transversal.