Magnetismo
Introducción
¡Hola!
Es un honor ofrecerte la bienvenida a este curso de Magnetismo, Ondas y Óptica. diseñado para ti, espero que sea de tu agrado.
En esta clase estudiaremos el fenómeno natural del magnetismo, las características y propiedades que deben tener los materiales para poder tener magnetismo y, finalizaremos analizando las principales teorías que explican el magnetismo terrestre.
El magnetismo es un fenómeno físico que presentan ciertos materiales (imanes), los cuales ejercen fuerzas de atracción o repulsión a distancia sobre otros materiales que pueden tener o no propiedades magnéticas. La magnetita es un mineral que presenta de manera natural magnetismo, además, es posible que un material que no es magnético, presente propiedades magnéticas al pasar a través de él una corriente eléctrica. Los materiales que pueden presentar propiedades magnéticas son los metales, ya que al ser buenos conductores de la electricidad es posible crear alrededor de ellos un campo magnético, lo que les permite comportarse como imanes, o mejor dicho como electroimanes. Lo anterior permitirá comprender
Te invito a iniciar con mucho entusiasmo esta clase.
Desarrollo del tema
Magnetismo
A los niños les gusta mucho jugar con imanes ya que pueden atraer cosas metálicas sin que se toquen. Si acercamos lentamente un imán a un clip se observará que a cierta distancia el clip se moverá y se pegará al imán, esto es debido a la atracción magnética que existe entre ellos.
El desarrollo de nuestra sociedad se debe principalmente al estudio de la electricidad y el magnetismo lo cual ha llevado a un gran desarrollo tecnológico.
El magnetismo es un fenómeno físico que presentan ciertos materiales (imanes), los cuales ejercen fuerzas de atracción o repulsión a distancia sobre otros materiales que pueden tener o no propiedades magnéticas.
El magnetismo se relaciona estrechamente con la electricidad. Así como una carga eléctrica está rodeada por un campo eléctrico, si se mueve se rodeará también de un campo magnético. Este campo magnético se debe a las “distorsiones” del campo eléctrico causadas por el movimiento y fueron explicadas por Albert Einstein en 1905, en su teoría especial de la relatividad, por lo que podemos decir que un campo magnético es un subproducto relativista del campo eléctrico. En resumen, el movimiento de las cargas eléctricas produce el magnetismo en los materiales: en un conductor, el magnetismo se observa fácilmente al tener una corriente eléctrica en el material y cuando no existe corriente eléctrica. El magnetismo es debido al movimiento de los electrones en el átomo.
Dominios magnéticos
El campo magnético de un átomo individual de hierro es tan intenso que las interacciones entre átomos adyacentes hacen que grandes grupos de ellos se alineen entre sí. A esos grupos de átomos alineados se les llama dominios magnéticos. Cada dominio está formado por miles de millones de átomos alineados. Los dominios son microscópicos (Figura 3.), y en un cristal de hierro hay muchos. Como el alineamiento de los átomos de hierro dentro de los dominios, los dominios mismos se pueden alinear entre sí.
Nota: Cada dominio consiste en miles de millones de átomos de hierro alineados, Las flechas apuntan en direcciones distintas, lo cual indica que esos dominios no están alineados entre sí.
No cualquier trozo de hierro es un imán. Eso se debe a que en el hierro ordinario los dominios no están alineados. Imagina un clavo de hierro: los dominios en él están orientados al azar. Sin embargo, muchos de ellos se inducen a alinearse cuando se acerca un imán. (Es interesante escuchar, con un estetoscopio amplificado, el cliqueo de los dominios que se están alineando en un trozo de hierro, cuando se le acerca un imán fuerte.) Los dominios se alinean casi como las cargas eléctricas en un trozo de papel en presencia de una varilla cargada. Cuando retiras el clavo del imán, el movimiento térmico ordinario hace que la mayor parte o todos los dominios del clavo regresen a un ordenamiento aleatorio. Si el campo del imán permanente es muy intenso, el clavo puede conservar algo de magnetismo permanente propio, después de separarlo del imán. Los imanes permanentes se fabrican simplemente colocando piezas de hierro o de ciertas aleaciones de hierro en campos magnéticos intensos. Las aleaciones del hierro se comportan en formas distintas: el hierro suave es más fácil de magnetizar que el acero, lo cual ayuda a que en el hierro común todos los dominios entren en alineamiento. Otra forma de fabricar un imán permanente consiste en frotar un trozo de hierro con un imán. El frotamiento alinea los dominios en el hierro. Si se deja caer un imán permanente, o si se calienta, algunos de los dominios se impulsan hacia afuera del alineamiento y se debilita el imán.
Nota: Las flechas representan los dominios. La punta es un polo norte y la cola es un polo sur. Los polos de los dominios vecinos neutralizan sus efectos entre sí, excepto en los dos extremos de una pieza de hierro.
Magnetismo de los materiales.
Los imanes más comunes se fabrican con aleaciones que contienen hierro, níquel y cobalto en diversas proporciones. Cuando se hace pasar un campo magnético externo por un material, los dominios tienden a alinearse con el campo magnético externo según si son del tipo ferromagnético, paramagnético o diamagnético.
- Ferromagnetismo: El ferromagnetismo es un fenómeno físico en el que se produce ordenamiento magnético de todos los momentos magnéticos de una muestra, en la misma dirección y sentido en forma espontánea o bien en presencia de un campo magnético externo. Los materiales ferromagnéticos forman imanes permanentes o temporales al colocarlos en un campo magnético exterior, el cual orienta sus dominios en el mismo sentido que el campo externo.
- Paramagnetismo: El paramagnetismo es una propiedad de algunos materiales (aire, aluminio, magnesio, uranio, etc.) cuyos dominios magnéticos se orientan ligeramente en el sentido del campo magnético externo, adquiriendo las propiedades de un imán.
- Diamagnetismo: El diamagnetismo es una propiedad de algunos materiales (bismuto, mercurio, cobre, plata, etc.) cuyos dominios magnéticos, en presencia de un campo magnético externo, se orientan en el sentido contrario a dicho campo adquiriendo propiedades magnéticas.
Tipos de imanes.
Los imanes se pueden clasificar como:
- Naturales: Son los imanes que poseen propiedades magnéticas de forma natural, sin manipulación alguna. Ejemplo de ello es la magnetita, que es el imán natural más conocido.
- Artificiales: Son los creados por el hombre al formar aleaciones de hierro, níquel, cobalto, etcétera. Los imanes artificiales se pueden clasificar en temporales o permanentes. Los imanes temporales se caracterizan por poseer una atracción magnética de corta duración y los imanes permanentes se caracterizan por conservar sus propiedades magnéticas por largo tiempo.
- Electroimanes: Estos imanes están formados por materiales metálicos que adquieren las características de un imán cuando por ellos circula una corriente eléctrica.
Campo magnético.
Un imán consta de dos polos, un polo es llamado polo que busca al norte ya que apunta hacia el norte; y el polo opuesto se llama polo que busca al sur ya que apunta hacia el sur, de manera simple se les llaman respectivamente polo norte y polo sur (Figura 5.)
El inglés Michael Faraday estudió los efectos producidos por los imanes. Faraday imaginó que de un imán salían hilos o líneas que se esparcían al espacio, específicamente las líneas salían del polo norte y se dirigían al polo sur, siendo más fuertes en los extremos del imán. A la zona que rodea a un imán se le da el nombre de campo magnético.
Interacción entre polos magnéticos.
Los polos de un imán también tienen su ley, la cual es muy similar a la ley de cargas eléctricas. La ley de polos magnéticos dice lo siguiente: Polos magnéticos iguales se repelen y polos magnéticos diferentes se atraen.
Campo Magnético Terrestre.
Una brújula es un dispositivo que tiene una aguja imantada la cual apunta al Norte, esto es debido a que el Planeta Tierra es un gran imán, por lo que la brújula se alinea con el campo magnético de la Tierra. Si imaginamos que dentro del Planeta Tierra su núcleo es un gran imán en forma de barra, podríamos observar que en el Polo Norte Geográfico se encuentra el Polo Sur Magnético y en el Polo Sur Geográfico se encuentra el Polo Norte Magnético.
Declinación Magnética.
Cabe destacar que los polos magnéticos no coinciden con los polos geográficos; el Polo Sur Magnético está a unos 1,800 kilómetros del Polo Norte Geográfico, el otro polo está al sur de Australia. Lo anterior indica que las brújulas no apuntan hacia el polo geográfico sino al polo magnético. La discrepancia entre la orientación de una brújula y el polo geográfico se llama declinación magnética (Figura 1.8).
Definición: Se llama declinación magnética a la variación angular entre el norte geográfico y el norte magnético.
Nota: La declinación magnética varía para diferentes localidades.
No se sabe con exactitud por qué la Tierra se comporta como un gran imán, algunos científicos piensan que lo que origina el campo magnético terrestre es el movimiento de las cargas eléctricas dentro de la parte fundida del núcleo, el núcleo externo. Otros científicos suponen que las corrientes eléctricas se deben a corrientes de convección debido al calor que sube desde el núcleo central y que estas corrientes de convección combinadas con los efectos rotacionales de la Tierra producen el campo magnético terrestre.
A continuación, en apoyo de tu aprendizaje te invito a visualizar el siguiente video:
Y analiza el fenómeno del magnetismo en los siguientes laboratorios virtuales:
Conclusión
En conclusión, el magnetismo de los materiales se debe principalmente al movimiento de los electrones dentro del átomo o en una corriente eléctrica. Los materiales pueden presentarse en diferentes formas, dependiendo si el material es ferromagnético, paramagnético o diamagnético.
Para la sociedad actual, es muy importante el fenómeno del magnetismo y su relación con la electricidad, ya que gracias a su uso, es posible que la sociedad goce de sus beneficios.
Hemos llegado al final de nuestra primera clase. ¿Cómo te sentiste? Espero que lo aprendido te ayude a hacer más sencillo el recorrido de este curso. Sigue adelante, realiza la tarea asignada y te espero en la siguiente clase.