Energía magnética
La energía magnética es la energía almacenada en un campo magnético y se calcula, en una bobina, como U = ½·L·I².
La energía magnética es la energía almacenada en un campo magnético. Aparece siempre que existe un campo, ya sea el de una bobina por la que circula corriente o el de un imán, y puede recuperarse cuando el campo desaparece o cambia. Es la base del funcionamiento de transformadores, motores y generadores, y se mide en julios (J) como cualquier otra forma de energía.
¿Qué es la energía magnética?
Un campo magnético no es un simple adorno del espacio: crear uno cuesta trabajo y ese trabajo queda almacenado en el propio campo. Una de las ideas centrales del electromagnetismo es precisamente que la energía reside en el campo, repartida por el volumen donde este existe.
Conviene evitar un error muy extendido: la energía magnética no es una «carga magnética» que se atrae o repele. Hasta hoy nunca se ha observado un monopolo magnético; los polos norte y sur de un imán aparecen siempre juntos. La energía magnética es una forma de energía asociada al campo, no una propiedad de «cargas» magnéticas.
Energía almacenada en una bobina
El caso más habitual es el de una bobina o inductor. Al conectarla a una fuente, la corriente crece gradualmente y, según la ley de Faraday, la bobina se opone a ese cambio con una fuerza electromotriz inducida. El trabajo realizado contra ella se almacena como energía en el campo magnético:
donde L es la inductancia en henrios (H) e I la corriente en amperios. Si se interrumpe el circuito, esa energía se libera en forma de chispa o de sobretensión; por eso los circuitos con bobinas incluyen diodos de protección. Para un solenoide largo de N espiras, sección A y longitud ℓ, la inductancia es:
Densidad de energía magnética
Como la energía está repartida en el espacio, se define la energía por unidad de volumen. En el vacío (y, con buena aproximación, en el aire):
Aquí B es la intensidad del campo magnético en teslas (T) y μ₀ = 4π × 10⁻⁷ N/A² ≈ 1,2566 × 10⁻⁶ N/A² es la permeabilidad magnética del vacío. La energía total en una región de volumen V con campo uniforme es U = u·V. Esta expresión es análoga a la de la densidad de energía de un campo eléctrico, ½ ε₀ E².
Magnitudes y unidades
| Magnitud | Símbolo | Unidad SI |
|---|---|---|
| Energía magnética | U | julio (J) |
| Inductancia | L | henrio (H) |
| Corriente | I | amperio (A) |
| Campo magnético (inducción) | B | tesla (T) |
| Densidad de energía | u | J/m³ |
Energía de un imán en un campo
Un dipolo magnético, como la aguja de una brújula, tiene una energía potencial que depende de su orientación respecto al campo externo: U = −μ·B·cos θ. Es mínima cuando el dipolo se alinea con el campo, por eso la aguja tiende a orientarse hacia el norte magnético. Un imán permanente no «gasta» energía por mantener su campo; solo la intercambia al acercarse a otros imanes o materiales ferromagnéticos, y si se separa de ellos hay que realizar trabajo.
Aplicaciones
- Transformadores: transfieren energía entre bobinas mediante el campo magnético alterno de un núcleo de hierro.
- Motores y generadores: convierten energía eléctrica en mecánica y viceversa a través de campos magnéticos.
- Fuentes conmutadas y convertidores: los cargadores de móvil almacenan energía en inductores en cada ciclo.
- Almacenamiento superconductor (SMES): bobinas superconductoras que guardan energía como corriente sin pérdidas.
- Resonancia magnética y aceleradores: los equipos de imagen médica usan campos de 1,5 a 3 T; los dipolos del LHC alcanzan unos 8,3 T.
Ejercicios resueltos
1. Una bobina de 0,5 H es recorrida por una corriente de 4 A. ¿Qué energía magnética almacena?
U = ½·L·I² = ½ · 0,5 · 4² = ½ · 0,5 · 16 = 4 J.
2. Calcula la densidad de energía de un campo magnético de 1 T.
u = B² / (2μ₀) = 1² / (2 · 1,2566 × 10⁻⁶) ≈ 3,98 × 10⁵ J/m³, unos 398 kJ por metro cúbico.
3. ¿Cuánta energía hay en un volumen de 0,01 m³ con un campo uniforme de 1,5 T (como el de un equipo de resonancia)?
u = 1,5² / (2 · 1,2566 × 10⁻⁶) ≈ 8,95 × 10⁵ J/m³. Entonces U = u·V = 8,95 × 10⁵ · 0,01 ≈ 8,95 × 10³ J (unos 9 kJ).
4. El campo magnético terrestre en la superficie es de unos 50 μT. ¿Cuál es su densidad de energía?
u = (50 × 10⁻⁶)² / (2 · 1,2566 × 10⁻⁶) = 2,5 × 10⁻⁹ / 2,513 × 10⁻⁶ ≈ 1 × 10⁻³ J/m³, es decir, cerca de 1 mJ por metro cúbico: muy poca energía por unidad de volumen.
Preguntas frecuentes
¿Dónde está almacenada la energía magnética?
En el campo magnético, distribuida por el volumen donde este existe. En una bobina se concentra sobre todo en el interior de las espiras y, si lo tiene, en el núcleo ferromagnético.
¿Se puede extraer energía gratis de un imán?
No. Un imán permanente crea un campo estático y, mientras no cambie, no entrega energía. Solo se obtiene trabajo si algo se mueve en su campo, y esa energía procede de quien produce el movimiento, no del imán.
¿Qué ocurre con la energía magnética de una bobina al cortar la corriente?
El campo colapsa y la energía se libera en el circuito, produciendo una tensión inducida muy alta durante un instante. Esa tensión puede generar chispas o dañar componentes si no hay protección.
¿Cuál es la unidad de la energía magnética?
El julio (J), igual que cualquier otra energía. La densidad de energía magnética se expresa en J/m³.
¿Qué diferencia hay entre energía magnética y energía electromagnética?
La magnética es la asociada solo al campo magnético; la electromagnética incluye también el campo eléctrico, como ocurre en una onda de luz, donde ambos campos almacenan y transportan energía.
Referencias
- Griffiths, D. J. Introduction to Electrodynamics. Cambridge University Press.
- Serway, R. A. y Jewett, J. W. Física para ciencias e ingeniería. Cengage Learning.
- Feynman, R. P. Lectures on Physics, vol. II. Addison-Wesley.
Cómo citar este artículo
Equipo de Conceptualia. (2026). «Energía magnética». Conceptualia. https://conceptualia.es/ciencias-naturales/fisica/energia-magnetica/
