Magnetismo y fuerza magnética |
Magnetismo natural.
La magnetita (o piedra imán) es un mineral de hierro constituido por óxido ferroso-diférrico , no muy abundante en la naturaleza, pero que se puede encontrar en diferentes tipos de rocas. De color oscuro, su principal característica es que puede atraer con fuerza a otros metales como el hierro, el cobalto, el níquel y otras aleaciones metálicas. Esta fuerza de atracción es lo que se conoce como magnetismo . Antiguamente, a la magnetita se la llamaba piedra imán.
Entonces, podemos decir que el magnetismo o energía magnética es un fenómeno natural por el cual algunos objetos producen fuerza de atracción o de repulsión sobre otros materiales.
En física, el magnetismo se define como la fuerza de atracción de imanes que presentan un polo positivo y otro negativo, conocido como dipolo .
De acuerdo con esta propiedad dipolo magnético, ocurre que los polos iguales se repelen y los polos opuestos se atraen.
Antes, dijimos que esa atracción es detectable fácilmente con algunos metales, como los ya mencionados; sin embargo, todos los materiales pueden ser influidos, en mayor o menor medida, por la presencia de un campo magnético .
La electricidad como fuente de magnetismo.
Las fuerzas magnéticas de un campo magnético son producidas por el movimiento de partículas cargadas , como por ejemplo electrones, lo cual indica la estrecha relación entre la electricidad y el magnetismo. El marco que aúna ambas fuerzas se denomina teoría electromagnética.
En el año 1820, el físico danés Hans Christian Oersted investigó la estrecha relación entre la electricidad y el magnetismo, y demostró que el paso de un flujo de corriente eléctrica constante a través de un hilo produce un campo electromagnético.
Del experimento de Oersted se deduce que:
Una carga en movimiento crea un campo magnético en el espacio que lo rodea.
Una corriente eléctrica que circula por un conductor genera a su alrededor un campo magnético cuya intensidad depende de la intensidad de la corriente eléctrica y de la distancia del conductor.
Campo magnético
Se denomina campo magnético la región del espacio en la que se manifiesta la acción de un imán.
Un campo magnético se representa mediante líneas de campo.
Líneas de fuerza magnéticas de un imán de barra, producidas por limaduras de hierro sobre papel .
Los imanes:
Un imán es un material capaz de producir un campo magnético exterior y atraer el hierro (también puede atraer al cobalto y al níquel). Los imanes que manifiestan sus propiedades de forma permanente pueden ser naturales, como la magnetita (Fe 3 O 4 ) o artificiales, obtenidos a partir de aleaciones de diferentes metales. Podemos decir que un imán permanente es aquel que conserva el magnetismo después de haber sido imantado. Un imán temporal no conserva su magnetismo tras haber sido imantado.
En un imán la capacidad de atracción es mayor en sus extremos o polos. Estos polos se denominan norte y sur, debido a que tienden a orientarse según los polos geográficos de la Tierra, que es un gigantesco imán natural.
Como ya dijimos, la región del espacio donde se pone de manifiesto la acción de un imán se llama campo magnético . Este campo se representa mediante líneas de fuerza, que son unas líneas imaginarias, cerradas, que van del polo norte al polo sur, por fuera del imán y en sentido contrario en el interior de éste; se representa con la letra B.
En la figura se observa, arriba, un material sin imantar, y abajo, un material imantado.
A partir de los experimentos de Oersted se sabe que una corriente eléctrica genera un campo magnético a su alrededor. Esto se explica porque en el interior de la materia existen pequeñas corrientes cerradas debidas al movimiento de los electrones que contienen los átomos, cada una de ellas origina un microscópico imán o dipolo. Cuando estos pequeños imanes están orientados en todas direcciones sus efectos se anulan mutuamente y el material no presenta propiedades magnéticas; en cambio si todos los imanes se alinean actúan como un único imán y en ese caso decimos que la sustancia se ha magnetizado.
Entonces, imantar un material es ordenar sus imanes atómicos .
El magnetismo es producido por imanes naturales o artificiales. Además de su capacidad de atraer metales, tienen la propiedad de polaridad. Los imanes tienen dos polos magnéticos diferentes llamados Norte o Sur. Si enfrentamos los polos Sur de dos imanes estos se repelen, y si enfrentamos el polo sur de uno, con el polo norte de otro se atraen.
Otra particularidad es que si los imanes se parten por la mitad, cada una de las partes tendrá los dos polos.
Cuando se pasa una piedra imán por un pedazo de hierro, éste adquiere a su vez la capacidad de atraer otros pedazos de hierro.
La atracción o repulsión entre dos polos magnéticos disminuye a medida que aumenta el cuadrado de la distancia entre ellos.
Como ya hemos visto, el magnetismo está muy relacionado con la electricidad. Una carga eléctrica está rodeada de un campo eléctrico, y si se está moviendo, también de un campo magnético. Esto se debe a las “distorsiones” que sufre el campo eléctrico al moverse la partícula.
El campo eléctrico es una consecuencia relativista del campo magnético. El movimiento de la carga produce un campo magnético.
En un imán de barra común, que al parecer esta inmóvil, está compuesto de átomos cuyos electrones se encuentran en movimiento (girando sobre su órbita). Esta carga en movimiento constituye una minúscula corriente que produce un campo magnético. Todos los electrones en rotación son imanes diminutos.
Magnetismo y electromagnetismo
El electromagnetismo es la rama de la física que estudia y describe en conjunto los fenómenos eléctricos y magnéticos y sus propiedades. La relación entre electricidad y magnetismo puede reflejarse, por ejemplo, en los campos magnéticos.
Los campos magnéticos rodean corrientes eléctricas, siendo estas últimas las que las generan. En este sentido, este fenómeno en su magnitud vectorial representa la fuerza magnética generada por un imán o por el flujo constante de electricidad .
Por otro lado, el magnetismo es la ciencia de la física que se dedica al estudio de los imanes y sus propiedades.
Los fundamentos fueron formulados en principio por Michael Faraday y completados por James Clerk Maxwell , a través de la presentación de las ecuaciones de Maxwell que consisten en cuatro ecuaciones que relacionan el campo eléctrico, el campo magnético y sus respectivas fuentes materiales.
Magnetismo terrestre
Nuestro planeta Tierra posee las características de un inmenso imán, cuyo efecto se manifiesta en la aguja imantada conocida como brújula . El polo norte de la aguja imantada es su polo norte magnético. Como en el magnetismo los polos opuestos se atraen, la aguja es atraída por el polo sur magnético de la Tierra, que resulta ser el Polo Norte geográfico.
Electroimanes
Un electroimán es un imán hecho de alambre eléctrico bobinado en torno a un material magnético como el hierro. Este tipo de imán es útil en los casos en que un imán debe estar encendido o apagado; por ejemplo, las grandes y pesadas grúas para levantar chatarra de automóviles.
Historia del magnetismo
Tales de Mileto , filósofo, físico y matemático griego (623 a.C. – 558 a.C.) fue quien observó la atracción del imán natural, la magnetita con el hierro.
La palabra magnetismo se originó en el nombre de la ciudad de Magnesia del Meandro, cerca de Mileto, en Asia Menor, donde por primera vez se observaron los fenómenos de atracción que producían los imanes naturales.