Pregrado
  1. Mecánica clásica  1.1. dinámica  1.1.1. Movimiento en una dimensión  1.1.2. Movimiento en dos dimensiones  1.1.3. projectile motion  1.1.4. Velocidad relativa  1.1.5. Movimiento circular uniforme  1.1.6. Movimiento circular no uniforme  1.1.7. Sistemas de referencia y transformaciones  1.2. Newton's Laws of Motion  1.2.1. Primera ley del movimiento  1.2.2. Segunda ley del movimiento  1.2.3. Tercera Ley del Movimiento  1.2.4. Aplicaciones de las leyes de Newton  1.2.5. Fricción y sus tipos  1.2.6. Diagrama de Cuerpo Libre  1.2.7. Restricciones y pseudo-fuerzas  1.3. Trabajo y energía  1.3.1. Trabajo realizado por la fuerza  1.3.2. Teorema trabajo-energía  1.3.3. Energía cinética  1.3.4. Energía potencial en la mecánica clásica  1.3.5. Fuerzas conservativas y no conservativas  1.3.6. Conservación de la Energía  1.3.7. Poder y eficiencia  1.4. Velocidad y colisiones  1.4.1. Momento lineal  1.4.2. Conservación del momento  1.4.3. Impulso y fuerza de impacto  1.4.4. Colisión elástica e inelástica  1.4.5. Centro de masa y velocidad  1.4.6. Propulsión de Cohetes  1.5. Movimiento rotacional  1.5.1. Torque y Momento Angular  1.5.2. Momento de inercia  1.5.3. Cinemática Rotacional  1.5.4. Energía Rotacional  1.5.5. Movimiento de rodadura  1.5.6. Precesión y movimiento giroscópico  1.6. Fuerza gravitacional  1.6.1. La ley de la gravitación universal de Newton  1.6.2. Energía potencial gravitatoria  1.6.3. Mecánica orbital  1.6.4. Leyes del movimiento planetario de Kepler  1.6.5. Campo y potencial gravitatorio  1.7. Mecánica de fluidos  1.7.1. Presión y el Principio de Pascal  1.7.2. Flotabilidad y el principio de Arquímedes  1.7.3. Dinámica de Fluidos y el Principio de Bernoulli  1.7.4. Viscosidad y la ley de Poiseuille  1.7.5. Tensión superficial y capilaridad  1.8. Oscilaciones y ondas  1.8.1. Movimiento Armónico Simple  1.8.2. Oscilaciones amortiguadas y forzadas  1.8.3. Oscilaciones acopladas y modos comunes  1.8.4. Propiedades y tipos de ondas  1.8.5. Ondas Sonoras y el Efecto Doppler  1.8.6. Interferencia de ondas y superposición
  2. Electromagnetismo  2.1. Electrostática  2.1.1. Carga eléctrica y propiedades  2.1.2. Ley de Coulomb  2.1.3. Electric field and electric potential  2.1.4. La Ley de Gauss  2.1.5. Capacitancia y Dieléctrico  2.1.6. Dipolo eléctrico y energía potencial  2.2. Circuitos eléctricos  2.2.1. Corriente y Resistencia  2.2.2. Ley de Ohm  2.2.3. Leyes de Kirchhoff  2.2.4. Circuito RC  2.2.5. Circuitos de CA y Reactancia  2.2.6. Electricidad y energía eléctrica  2.3. Magnetismo  2.3.1. Campos y Fuerzas Magnéticas  2.3.2. La Ley de Ampere  2.3.3. Momento dipolar magnético  2.3.4. Ley de Biot-Savart  2.3.5. Materiales Magnéticos y Histeresis  2.4. Inducción electromagnética  2.4.1. Ley de Faraday  2.4.2. La ley de Lenz  2.4.3. Autoinducción y mutua inducción  2.4.4. Transformadores y Circuitos Inductivos  2.5. Ecuaciones de Maxwell  2.5.1. La ley de Gauss para la electricidad  2.5.2. Ley de Gauss para el magnetismo  2.5.3. La ley de inducción de Faraday  2.5.4. Ley de Ampere-Maxwell  2.5.5. Ondas electromagnéticas
  3. Termodinámica  3.1. Leyes de la Termodinámica  3.1.1. Ley cero de la termodinámica  3.1.2. Primera ley de la termodinámica  3.1.3. Segunda Ley  3.1.4. Tercera Ley  3.2. Calor y trabajo  3.2.1. Transferencia de calor (conducción, convección, radiación)  3.2.2. Expansión térmica  3.2.3. Motores térmicos y refrigeradores  3.2.4. Ciclo de Carnot y eficiencia  3.3. Mecánica estadística  3.3.1. Distribución de Maxwell–Boltzmann  3.3.2. Entropía y Probabilidad  3.3.3. Función de partición  3.3.4. Estadísticas de Fermi–Dirac y Bose–Einstein
  4. Óptica  4.1. Óptica Geométrica  4.1.1. Reflexión y refracción  4.1.2. Espejos y lentes  4.1.3. Instrumentos Ópticos  4.1.4. El principio de Fermat  4.2. Óptica de ondas  4.2.1. Interferencia en la óptica de ondas  4.2.2. Difracción  4.2.3. Polarización  4.2.4. Coherencia y holografía
  5. Mecánica cuántica  5.1. Dualidad onda-partícula  5.1.1. Radiación de cuerpo negro en la dualidad onda-partícula en la mecánica cuántica  5.1.2. Efecto fotoeléctrico  5.1.3. Dispersión Compton  5.1.4. Longitud de onda de De Broglie  5.2. Ecuación de Schrödinger  5.2.1. Ecuación de Schrödinger independiente del tiempo  5.2.2. Partícula en una caja  5.2.3. Efecto túnel cuántico  5.2.4. Pozos de potencial y obstáculos  5.3. Estados Cuánticos  5.3.1. Función de onda  5.3.2. Operadores cuánticos  5.3.3. Principio de incertidumbre de Heisenberg  5.3.4. Momento angular y espín
  6. Relatividad  6.1. Relatividad especial  6.1.1. Transformaciones de Lorentz  6.1.2. Expansión del tiempo y contracción de la longitud  6.1.3. Energía y momento relativista  6.2. Relatividad general  6.2.1. Principio de Equivalencia  6.2.2. Métrica de Schwarzschild  6.2.3. Ondas gravitacionales  6.2.4. Agujeros negros y horizontes de eventos
  7. Física del estado sólido  7.1. Estructura cristalina  7.1.1. Redes de Bravais  7.1.2. Difracción de rayos X  7.1.3. Teoría de bandas  7.1.4. Fonones y vibraciones de red  7.2. Propiedades Eléctricas y Magnéticas  7.2.1. Conductores, Semiconductores e Aislantes  7.2.2. Superconductividad  7.2.3. Efecto Hall
  8. Física nuclear y de partículas  8.1. Estructura Atómica  8.1.1. Modelo Atómico  8.1.2. Energía de enlace nuclear  8.2. Radiactividad  8.2.1. Desintegración alfa, beta, gamma  8.2.2. Vida media  8.2.3. Fisión y Fusión Nuclear  8.3. Física de partículas  8.3.1. Modelo Estándar  8.3.2. Quarks y Leptones  8.3.3. antimateria  8.3.4. Interacciones fundamentales
  9. Astrofísica y cosmología  9.1. Evolución estelar  9.1.1. Formación estelar  9.1.2. Agujeros negros y estrellas de neutrones  9.1.3. Enanas blancas y supernovas  9.2. Cosmología  9.2.1. La Teoría del Big Bang  9.2.2. Materia oscura y energía oscura  9.2.3. Fondo cósmico de microondas

Pregrado → Electromagnetismo → Magnetismo ↓


Momento dipolar magnético


El momento dipolar magnético es un concepto esencial que nos ayuda a comprender las propiedades fundamentales de los imanes y sus interacciones con los campos magnéticos. Es una cantidad vectorial que representa la fuerza y dirección de una fuente magnética. Este concepto es importante tanto en el electromagnetismo clásico como en la física cuántica. En esta lección, discutiremos en profundidad qué es el momento dipolar magnético, cómo funciona y cuáles son sus implicaciones en la física.

¿Qué es un dipolo magnético?

Para entender el momento dipolar magnético, primero es importante entender qué es un dipolo magnético. Un dipolo magnético es una entidad magnética que tiene un polo norte y un polo sur, similar a un imán de barra o la Tierra. Cuando se coloca en un campo magnético, estos dipolos se alinean con el campo.

Imagina un pequeño imán de barra. Tiene un polo norte y un polo sur, y si se le permite rotar libremente, se alineará con el campo magnético externo de manera que su polo norte apunte en la dirección del campo. Este comportamiento es la base del dipolo magnético.

Momento dipolar magnético: una definición

El momento dipolar magnético (a menudo denotado como μ o μ) es una cantidad vectorial que expresa la magnitud y dirección de la fuerza de un dipolo magnético. En física, el momento dipolar se define como:

μ = I * A

Donde:

  • I es la corriente que circula en un bucle.
  • A es el vector área del bucle.

La dirección del momento dipolar magnético es perpendicular al plano del bucle, y su magnitud depende del producto de la corriente y el área del bucle.

Ejemplo: Bucle de corriente como un dipolo magnético

Un ejemplo común de un dipolo magnético es un bucle de alambre que transporta corriente eléctrica. Considera un bucle circular de alambre de radio r a través del cual circula una corriente I. El momento dipolar magnético asociado con este bucle de corriente se da por:

μ = I * π * r²
μ I

El diagrama anterior muestra un bucle circular con corriente. La flecha indica la dirección del momento dipolar magnético, que es perpendicular al plano del bucle.

Base teórica

En el campo de la física atómica y molecular, el momento dipolar magnético desempeña un papel importante. Los electrones orbitando el núcleo o girando alrededor de su eje son ejemplos de dipolos atómicos y moleculares naturales. Estos comportamientos crean pequeños campos magnéticos que pueden afectar significativamente las propiedades magnéticas a nivel macroscópico.

Spin de los electrones y momento angular orbital

Los electrones tienen una propiedad llamada "spin", que produce un momento dipolar magnético. Además, los electrones que giran en sus orbitales atómicos crean un momento magnético debido a su momento angular orbital. El momento magnético debido al momento orbital del electrón se da por:

μ_l = − (e/2m) * L

donde L es el vector de momento angular orbital del electrón, e es la carga, y m es la masa del electrón.

Acoplamiento de dipolos magnéticos

En materiales, los dipolos atómicos y moleculares tienden a alinearse en respuesta a un campo magnético externo. Esta alineación se debe a interacciones dipolo-dipolo, que contribuyen al momento dipolar magnético neto del material. Un tipo de magnetismo, el ferromagnetismo, exhibido por algunos materiales como el hierro, se debe a la alineación de los spins: un resultado directo de estas interacciones.

Momento dipolar magnético en sistemas macroscópicos

En sistemas más grandes, como solenoides o imanes de barra, que contienen muchos bucles de corriente eléctrica o momentos atómicos combinados, el momento dipolar magnético se convierte en el valor acumulativo de todos los momentos individuales.

Ejemplo: Imán de barra

Considera un imán de barra, que es similar a los imanes que se encuentran en un laboratorio de física básico. Tiene un polo norte y un polo sur. El momento dipolar magnético M de un imán de barra se puede describir de la siguiente manera:

M = m * d

Donde m es la intensidad del polo y d es la distancia de separación entre los polos. La dirección de M es del polo sur al polo norte, que está confinado dentro del imán.

N S

Momento dipolar magnético y campo magnético

La interacción entre un dipolo magnético y un campo magnético forma la base de muchas tecnologías, desde motores eléctricos hasta soluciones de almacenamiento de datos. Cuando un dipolo magnético se coloca en un campo magnético uniforme B, experimenta un par τ que tiende a alinearlo con el campo:

τ = μ × B

Esta interacción es la base del funcionamiento de la brújula y juega un papel importante en la maquinaria electromagnética.

Además, los dipolos magnéticos son valiosos en técnicas de imagen médica como la resonancia magnética (MRI), donde se miden y manipulan para crear imágenes internas detalladas del cuerpo humano.

Ejemplos: aguja de brújula

La aguja de la brújula se alinea naturalmente con el campo magnético terrestre porque la aguja misma es un dipolo magnético. El par generado por el campo magnético terrestre alinea la aguja de manera que el polo norte apunte hacia el Polo Norte geográfico.

N S

Conclusión

El concepto de momento dipolar magnético es integral para entender el comportamiento de los materiales y dispositivos magnéticos en la física. Conecta el mundo cuántico microscópico con fenómenos magnéticos macroscópicos, proporcionando un puente entre interacciones a nivel atómico y aplicaciones electromagnéticas a gran escala. Desde el comportamiento de los electrones hasta tecnologías modernas complejas, el momento dipolar magnético es una piedra angular de la intrincada relación entre electricidad y magnetismo.


Pregrado → 2.3.3


U
username
0%
completado en Pregrado

← Anterior (2.3.2)
La Ley de Ampere
Siguiente (2.3.4) →
Ley de Biot-Savart

Comentarios 



Momento dipolar magnético

https://www.physicsflow.com/ug/2.3.3?pfal=es