¿Qué es un campo magnético?

Un campo magnético es un campo vectorial en donde se ejerce una influencia magnética a las cargas eléctricas en movimiento relativo y a los materiales magnetizados. Este se denomina campo vectorial porque, en cualquiera de sus puntos, el campo magnético está determinado por dos valores: dirección y magnitud. Así, los campos magnéticos se pueden encontrar en los imanes permanentes, capaces de atraer materiales magnéticos, como el hierro, y de repeler o atraer otros imanes dependiendo de su polo. La fuerza que ejercen los campos magnéticos sobre una corriente eléctrica o una partícula cargada se calcula en Fuerza de Lorentz para dos campos distintos y relacionados: Campo B (inducción magnética) y Campo H (excitación magnética). La magnitud del primero, B, se calcula newtons o teslas por amperio; mientras que la magnitud del segundo, H, se calcula en amperios por metro. En el vacío, B y H serían iguales; pero esto no ocurre en materiales magnetizados, de símbolo M, pues B es solenoidal y H es no rotacional.

Para poder graficar un campo magnético, se debe medir la fuerza y la dirección del campo en diferentes ubicaciones, añadiendo un vector a posición. De esta manera, se tendrá un dibujo de las fuerzas que ejerce el campo. Además, los vectores pueden conectarse para formar líneas de campo magnético, que siempre serán paralelas unas de otras y tenderán a formar una esfera o círculo entre los polos del imán y más allá de este. Trazar líneas facilita muchas veces los cálculos y los estudios de un campo magnético, pues el número de líneas sobre una superficie determinada es la integral de la superficie del campo magnético. Uno de los mejores ejemplos de estas líneas son las auroras polares, que hacen visible el campo magnético de la Tierra debido a partículas de plasma.

Los campos magnéticos tienen su origen en dos fuentes: una corriente eléctrica de conducción, que genera un campo magnético estático de ser constante; y una corriente de desplazamiento que genera un campo magnético que varía en el tiempo, incluso si la corriente es estacionaria. La relación entre el campo magnético y la corriente eléctrica se puede apreciar mediante la ley de Ampère. En el caso de la corriente de desplazamiento, la relación puede apreciarse por la ley de Ampère-Maxwell. Además de estas leyes, la teoría de la relatividad especial logró probar que la parte magnética y eléctrica de un campo electromagnético está determinado por el observador.

Los efectos del magnetismo han sido conocidos desde la antigüedad. Así, por ejemplo, se sabe que estos fueron descubiertos en la Antigua Grecia en Magnesia del Meandro, y de ahí provendría su nombre. En este lugar se avistaron piedras que podían atraer objetos de hierro, los cuales atraían otros de su mismo material. Dichas piedras más tarde serían denominadas como imanes naturales. Este fenómeno fue estudiado por Tales de Mileto, en Grecia, y por pensadores de la Antigua cultura China, donde Shen Kua describiría una brújula de aguja magnética por primera vez. Más tarde, en el siglo XIII, el estudioso francés Peter Peregrinus de Maricourt escribió el primer tratado sobre el magnetismo.

En 1551, el cosmógrafo y escritor español Martín Cortés de Albacar señaló que el polo magnético de la Tierra estaba en Groenlandia, lo cual facilitó la navegación del momento. Más tarde, Franceso Sagredo y Galileo Galilei intentaron crear una máquina con ayuda de una piedra de magnetita de más de un kilo; pero fracasaron. Ya en 1600, el filósofo natural inglés William Gilbert escribió Sobre el imán y los cuerpos magnéticos y sobre el gran imán de la Tierra (De magnete, magneticisque corporibus, et de magno magnete tellure; Physiologia noua, plumiris & argumentis, & experimentis demostrata), donde detalló todo tipo de experimentos con imanes, describió por primera vez cómo los objetos eran atraídos hacia los polos de estos, diseñó el primer electroscopio, clasificó distintos materiales en aislantes y conductores, y descubrió que el efecto magnético se perdía al incrementar la temperatura del hierro.

Al estudio de William Gilbert le siguió el experimento de Hans Christina Orsted en 1820, quien observó cómo un hilo conductor con una corriente creaba una perturbación magnética de la misma forma que un imán. Más tarde vinieron los estudios de autores como el físico francés André-Marie Ampère, el matemático alemán Carl Friedich Gauss y el físico británico Michael Faraday, entre otros, quienes comenzaron a ver una relación entre la electricidad y el magnetismo. No obstante, ambos fenómenos no serían vistos como parte de uno mismo hasta que James Clerk Maxwell escribió sus famosas ecuaciones, logrando unificar la electricidad y el magnetismo en un solo fenómeno: el electromagnetismo.