Los imanes tienen propiedades sorprendentes.
Si acercas dos imanes uno al otro se pegan repentinamente.
Si das la vuelta a uno de ellos se repelen.
Un imán se pega a la puerta de un frigorífico, pero no a una sartén de aluminio.
Hay imanes de muchas formas y tamaños, y son muy utilizados como juguetes, se utilizan como brújulas y son componentes fundamentales de los motores y generadores eléctricos.
El magnetismo es muy común en todo lo que ves, porque es un componente esencial de la propia luz.
El término magnetismo proviene de ciertas rocas llamadas piedra imán que se encontraron hace más de 2000 años en la región de Magnesia en Grecia.
Ahora sabemos que las piedras imán contienen un mineral de hierro al que se le ha dado el nombre de magnetita.
Hasta principios del siglo XIX se pensaba que el magnetismo era independiente de la electricidad. Esto cambió en 1820 cuando Christian Oersted descubrió que existía una relación entre ambos fenómenos mientras hacía una demostración de las corrientes eléctricas a un grupo de estudiantes.
Al hacer pasar una corriente eléctrica a través de un alambre que estaba cerca de una brújula observaron que se desviaba la aguja de la misma.
Esta observación constituyó el esquema que otros investigadores habían buscado sin éxito.
A éste le siguieron muy pronto otros descubrimientos.
Al igual que los fenómenos eléctricos pueden estudiarse introduciendo el concepto de campo eléctrico, los fenómenos magnéticos pueden, a su vez, ser estudiados si definimos un campo magnético.
De la misma forma que una carga eléctrica crea un campo eléctrico, un imán o una corriente eléctrica crean un campo magnético en todo el espacio.
La presencia de éste puede detectarse colocando en un punto del mismo una aguja imantada.
Se observará como la aguja gira y tiende a alinearse en una dirección determinada en el espacio, la dirección del campo magnético. Así, colocando la aguja en distintas posiciones podemos encontrar la dirección del mismo.
Otra manera de detectar su presencia es utilizando limaduras de hierro.
El hierro y otros pocos materiales tienen la propiedad de convertirse en imanes en presencia de un imán permanente de manera que estas limaduras se alinearán en la dirección del campo magnético.
MAGNETISMO
Un campo magnético puede visualizarse mediante líneas de campo magnéticos que son líneas continuas que nos indican en cada punto del espacio la dirección del campo y cuya densidad (número de líneas por unidad de área), es proporcional a la intensidad del campo.
La forma de estas líneas dependerá de cual sea la fuente creadora del campo magnético.
El vector Intensidad de campo magnético se representa con la letra B ρ
Una carga eléctrica en movimiento produce un campo magnético.
Por lo tanto, muchas cargas eléctricas en movimiento (una corriente eléctrica) también producen un campo magnético.
Se puede demostrar la existencia de un campo magnético en torno a un conductor que transporta corriente, colocando un conjunto de brújulas alrededor de él. Observaremos que, cuando no haya corriente en el alambre, las agujas de las brújulas se alinean con el campo magnético terrestre. Cuando se hace pasar corriente a través del alambre, las agujas se alinearán con el campo magnético que genera la corriente y que forma círculos concéntricos alrededor del mismo.
Éste es el efecto que Oersted demostró por primera vez ante sus alumnos.
Si colocamos limaduras de hierro alrededor del alambre observaremos que las líneas de campo son círculos concéntricos, es decir, las líneas se cierran sobre sí mismas.
Esta característica es general independientemente de la distribución de corriente y es debido a la no existencia de "cargas magnéticas puntuales" (monopolos magnéticos).
Por tanto, las líneas son siempre cerradas.
Los imanes se parecen a las cargas eléctricas en cuanto pueden atraer y repeler sin tocarse, según sean los extremos de los imanes que se aproximan. Además la intensidad de su interacción depende de la distancia que los separa.
Mientras que las cargas eléctricas producen fuerzas eléctricas, ciertas regiones llamadas polos magnéticos producen fuerzas magnéticas
Todo imán tiene un polo norte y un polo sur.
El imán en herradura no es más que un imán de barra doblado, de modo que sus polos también están en los extremos.
El extremo que apunta hacia el norte se llama polo buscador del norte y el que apunta hacia el sur, polo buscados del sur, pero se acostumbra a llamarlos, polo norte y polo sur.
Los polos semejantes se repelen y los polos opuestos se atraen Mientras que las cargas se pueden aislar, no sucede lo mismo con los polos magnéticos.
Un polo norte magnético no puede existir sin la presencia de un polo sur, son como las caras de una misma moneda de manera que si partimos un imán de barra por la mitad, cada uno de los fragmentos se comportará como un imán completo.
Hemos visto que las cargas eléctricas en movimiento son las que producen los campos magnéticos.
Entonces, ¿dónde está el movimiento de las cargas en un imán de barra común? Aunque un imán en conjunto puede estar inmóvil, está formado por átomos cuyos electrones se mueven constantemente alrededor de los núcleos atómicos.
Esta carga en movimiento constituye una pequeña corriente y genera un campo magnético.
Pero además, los electrones giran en torno a sus propios ejes como trompos, y este movimiento genera otro campo magnético, que en general, es más intenso que el anterior.
Por tanto, todo electrón en movimiento es imán diminuto. Cuando dos electrones giran en el mismo sentido, constituyen un imán más potente.
En cambio, si giran en sentidos opuestos los campos magnéticos se anulan.
En casi todos los átomos, los diversos campos se anulan unos a otros porque los electrones giran en sentidos opuestos.
En ciertos materiales como el hierro, el níquel y el cobalto los campos no se cancelan del todo. Por tanto, cada átomo de hierro es un imán diminuto.
Lo mismo ocurre, en menor grado con el níquel y el cobalto.
Cuando a un trozo de alguno de estos materiales le acercamos un imán sucede lo siguiente:
En un cristal de hierro existen pequeñas zonas formadas por millas de millones de átomos alineados.
Estas zonas se llaman dominios magnéticos y están completamente magnetizados.
. En un trozo de hierro común los dominios están orientados al azar Cuando lo acercamos a un imán potente los dominios se alinean originando otro imán que interactuará con el primero
Por eso las limaduras de hierro se alinean en presencia de un imán o una corriente. –
Los imanes permanentes se fabrican colocando hierro o aleaciones que contienen hierro, cobalto, níquel y aluminio en diversas proporciones cerca de campos magnéticos muy intensos. Si calentamos un imán permanente los dominios pierden su alineación y el imán se debilita
En el caso de los imanes las limaduras de hierro se alinean entre los polos del imán y aparentemente las líneas van de un polo a otro del imán (desde el polo norte al sur) de forma análoga a como se desarrolló el campo eléctrico en el que iban de la carga positiva a la negativa.
En un imán, las líneas se cerrarán en su interior, aunque aparentemente parecen ir del polo norte al sur.
EL CAMPO MAGNÉTICO DE LA TIERRA Una brújula apunta hacia el norte porque la Tierra misma es un enorme imán.
La brújula se alinea con el campo magnético terrestre, sin embargo, los polos magnéticos terrestres no coinciden con los polos geográficos, por esto las brújulas no apuntan al norte verdadero.
No se sabe una ciencia cierta por qué la Tierra es un imán ya que aunque la composición del interior es parecida a la de un potente imán de barra, nuestro planeta está demasiado caliente como para que los átomos estén alineados.
Una posible explicación son las corrientes de convección que se generan en el interior fundido (magma).
La combinación de las corrientes de convección con los efectos de la rotación terrestre son posiblemente los responsables de este fenómeno.
De todas formas son necesarios más estudios para una explicación más firme
Las líneas de campo que surgen en los imanes son siempre líneas de campo cerradas que parecen ir del polo norte al polo sur.
La intensidad del campo creada por un imán no es constante en el espacio.
En las proximidades de los polos, las líneas están más próximas entre sí y por lo tanto, el campo será más intenso que en las zonas más alejadas.
Además, con el paso del tiempo, la intensidad del campo se va debilitando puesto que los dominios van perdiendo su alineación, del mismo modo, si calentamos un imán permanente los dominios también pierden su alineación y el imán se debilita.
Si quisiéramos obtener un CAMPO MAGNÉTICO UNIFORME en una determinada región del espacio, podemos conseguirlo de dos formas: 1 . Enfrentando el polo norte y el polo sur de dos imanes iguales. En la región del espacio situada entre ellos el campo magnético es uniforme.
2 . En un imán en herradura , la zona intermedia es también una zona de campo magnético constante.
El campo magnético de la Tierra ha variado en el curso de las eras geológicas según se ha comprobado por análisis de los estratos al considerar que los átomos de hierro contenidos tienden a alinearse con el campo magnético terrestre.
Estas mediciones demuestran que ha habido épocas en que el campo magnético terrestre se ha reducido a cero para luego invertirse.
La inversión más reciente sucedió hace 700.000 años.
No se puede predecir cuándo ocurrirá la siguiente porque la secuencia no es regular.
Ciertas mediciones recientes muestran una reducción del 5% en la intensidad del campo magnético en los últimos 100 años.
Si se mantiene este ritmo el campo volverá a invertirse dentro de unos 2.002 años.
El campo magnético creado por una corriente rectilínea tiene las siguientes características: 1. Las líneas de campo son círculos concéntricos situados en planos perpendiculares al hilo conductor .
2. La dirección de campo en cada punto es perpendicular al plano que contiene al hilo conductor y al punto y el sentido lo encontramos aplicando la regla de la mano derecha.
Si sujetamos al hilo conductor con la mano derecha de manera que el pulgar apunte en el sentido de la corriente, los demás dedos curvados nos dan el sentido del campo magnético.
3. El módulo del campo en cada punto vendrá dado por: ( ) 2 0 Teslas r IB ⋅ · ⋅ = π µ donde I es la intensidad de la corriente que circula por el hilo, medida en Amperios, r es la distancia en metros medida desde el hilo conductor al punto en el que queremos determinar el campo, y µ O es una constante que indica la mayor o menor facilidad de un medio para transmitir la interacción magnética.
La dirección y el sentido del campo magnético en su interior, dependerán del sentido de circulación de la corriente y se obtiene aplicando la regla de la mano derecha.
Colocamos todos los dedos de la mano excepto el pulgar en el sentido de la corriente y la dirección del pulgar nos indica la dirección y el sentido del campo. 2. En el centro de la aspiración : r IBO ⋅ ⋅ = 2 µ (donde r es el radio de la espira) C)SOLENOIDE O BOBINA Un solenoide está formado por una serie de espiras iguales colocadas paralelamente unas a otras y por tanto, por ellas circulará la misma corriente y en el mismo sentido. 1. Un solenoide se comporta como un imán ya que posee un polo norte en uno de sus extremos y un polo sur en el otro.
Para saber en qué extremo está el norte se aplica se coge el solenoide con la mano derecha, de modo que los dedos indiquen el sentido de la corriente y el dedo pulgar señalará el polo norte del imán.
El campo magnético en el interior del solenoide viene dado por: LBIO = µ ⋅ ⋅ , siendo N el número de espiras, I la intensidad de la corriente en Amperios y L la longitud del solenoide
NO SE DEBE SER DËBIL; SI SE QUIERE SER LIBRE
28 06 2025