Energía magnética. Definición y ejemplos

Definición de energía magnética y cómo funciona

La energía magnética es la energía asociada a un campo magnético.
Cada imán permanente almacena cierta cantidad de energía magnética. Esta determina su calidad. Cuando un imán atrae una pieza de hierro, se realiza trabajo y la energía magnética se reduce exactamente en esa cantidad. Sin embargo, aumenta de nuevo al retirar la pieza de hierro. Dado que las corrientes eléctricas generan un campo magnético, la energía magnética se debe a las cargas eléctricas en movimiento.
Cuanto mayor sea la energía magnética de un imán, mayores serán las fuerzas magnéticas. La energía magnética se mide mediante el producto de energía.

Para generar un campo magnético, se requiere trabajo. Este trabajo se integra en el campo magnético como energía. Puede considerarse como el trabajo necesario para alinear en paralelo todos los imanes elementales del material, es decir, el trabajo necesario para torcer los espines atómicos. Los imanes elementales alineados en paralelo poseen, a su vez, una energía potencial específica: la energía magnética.
La cantidad de energía magnética almacenada en un imán tras la alineación en paralelo de los imanes elementales depende del material. El valor de esta energía es proporcional al área bajo la denominada curva de histéresis.

¿Qué son los campos magnéticos?

Los campos magnéticos son generados por imanes permanentes, electroimanes y campos eléctricos variables. La energía se almacena en estos materiales magnéticos y varía según el material. Al ser energía almacenada, la energía magnética es una forma de energía potencial.
Al matemático y científico escocés James Clerk Maxwell se le atribuye el descubrimiento de la energía magnética durante su trabajo pionero sobre el electromagnetismo en 1865.

El producto energético como medida de la energía magnética

La energía magnética se calcula mediante el producto energético y determina el grado de un imán. Aumenta cuadráticamente con el campo magnético. Esto significa que si un campo magnético es el doble de grande que otro, pero tiene la misma extensión, contiene cuatro veces más energía magnética.
Cuanto mayor sea la energía magnética de un campo magnético, mayores serán las fuerzas magnéticas. Estas son proporcionales a la energía magnética. Esto significa que un campo magnético con el doble de energía tiene el doble de fuerza magnética.

El principio de minimización de la energía

La fuerza que actúa en una dirección determinada se calcula específicamente como un cambio en la energía magnética en esa dirección. Esto puede considerarse como un principio de minimización energética. Si se alcanza el mínimo energético, no hay dirección en la que la energía pueda minimizarse aún más y todas las fuerzas desaparecen. Si la energía de un campo magnético se minimiza cuando dos objetos se aproximan, actúa una fuerza en la dirección que contribuye a la minimización, es decir, una fuerza de atracción entre ambos objetos. Esto ocurre exactamente cuando un trozo de hierro se acerca a un imán o cuando un polo norte magnético se acerca a un polo sur magnético.
Si, por otro lado, la energía del campo magnético aumenta, como ocurre cuando polos iguales se aproximan (es decir, polo norte con polo norte o polo sur con polo sur), actúa una fuerza repulsiva.
Entre un imán y un trozo de hierro, o entre los polos opuestos de dos imanes, la energía magnética presente en el espacio aéreo es mayor que la energía magnética del material. Si el hierro tiene una permeabilidad magnética μ, la proporción de energía que pasa a través del hierro se reduce por este factor en comparación con la energía en el espacio aéreo.
Si el imán y el hierro entran en contacto, el espacio aéreo y, por lo tanto, la energía del campo en él desaparecen. En física, las fuerzas siempre actúan en la dirección de un mínimo energético.

Aplicaciones de la energía magnética

Un imán también puede realizar trabajo. Por ejemplo, puede atraer una pieza de hierro.
La energía magnética se reduce entonces según la cantidad de trabajo realizado. Sin embargo, el campo magnético no desaparece para siempre. Por lo tanto, el imán no se destruirá si se deja que atraiga la pieza de hierro varias veces y luego se retira, ya que el trabajo debe aplicarse desde el exterior al retirar la pieza de hierro. La energía magnética del espacio de aire aumenta de nuevo y devuelve la cantidad de energía magnética previamente perdida a todo el campo magnético del imán permanente.
Si un imán en una bobina gira constantemente en círculo, la rotación circular realiza trabajo a través del campo magnético, que puede utilizarse para generar electricidad. El cambio en el campo magnético provoca la inducción de un voltaje. Así es como funciona un generador convencional.

Energía Magnética y Energía Eléctrica

Maxwell descubrió que dos formas principales de energía, la eléctrica y la magnética, no son significativamente diferentes. Están estrechamente relacionadas. La corriente eléctrica genera su campo magnético, y la variación del campo magnético crea corriente. Cuando la energía magnética se combina de forma natural con la energía eléctrica, se denomina energía electromagnética.

¿Por qué no se utilizan los imanes para generar energía?

Los imanes no se utilizan como energía porque no poseen energía inherente. Por ejemplo, en un generador, no obtenemos energía del campo magnético. La energía que entra en la corriente eléctrica proviene de la energía necesaria para girar la bobina entre los dos imanes.

¿Cómo pueden los imanes generar energía cinética en los objetos?

Los imanes pueden generar energía cinética en los objetos debido a la fuerza magnética. Esta fuerza atrae sustancias ferromagnéticas, como clavos y sujetapapeles. En este proceso, la energía potencial se convierte en energía cinética.