Magnetismo

En la física, el magnetismo es un fenómeno que se manifiesta como una forma de interacción de cargas eléctricas en movimiento llevadas a cabo a distancia mediante un campo magnético. Junto con la electricidad, el magnetismo es una de las manifestaciones de la interacción electromagnética.

El magnetismo proviene de la estructura misma del átomo, donde cada uno está formado por un núcleo que contiene neutrones y protones.

Historia

El magnetismo es un fenómeno físico conocido desde hace miles de años, pero la teorización y comprensión del fenómeno eléctrico es relativamente reciente.

La palabra magnetismo proviene del mineral de magnetita, un óxido de hierro completamente negro que se encuentra en su estado natural en toda la superficie de la Tierra, pero particularmente en las zonas eruptivas, y que tiene la capacidad de atraer hierro a distancia.

De manera similar, el término electricidad deriva de la palabra griega ‘elektron’ que designa al ámbar amarillo: una resina fosilizada con propiedades electrostáticas.

Hacia el año 600 a. C. se atribuye a Tales de Mileto el origen de la reflexión sobre la electricidad, más precisamente sobre la electricidad estática y el magnetismo. Sin embargo, solo los textos apócrifos demuestran su interés por estos fenómenos: es Diógenes Laërce, en el siglo III, quien relata las palabras de Herodoto e Hypias sobre el erudito griego.

Según estos textos, Tales parecía conceder ‘un alma a las cosas que se creían inanimadas’. La triboelectricidad ya era conocida, pero no podía explicarse más que por una visión animista de la materia, siendo entonces inaccesibles sus propiedades físicas.

Características magnéticas de los materiales

Característica material magnético

 

Sin entrar en un planteamiento teórico profundo,  a continuación se describen los comportamientos magnéticos más frecuentes de los sólidos así como el carácter excepcional de las propiedades de materiales como los imanes.

Paramagnetismo

El paramagnetismo es la orientación de los momentos magnéticos de los átomos en la dirección del campo magnético aplicado. Este momento magnético neto puede surgir debido a electrones no apareados que contribuyen al momento magnético orbital, o debido al origen del momento magnético de espín a partir de la orientación de los espines de los electrones libres, como en los metales.

Ferromagnetismo

El ferromagnetismo es la propiedad de ciertos cuerpos, de magnetizarse muy fuertemente bajo la influencia de un campo magnético externo, y de algunos imanes, materiales magnéticos duros, de mantener una magnetización significativa incluso después de la desaparición del campo exterior.

Esta propiedad resulta del acoplamiento colectivo de los espines entre los centros metálicos de un material o de un complejo de metales de transición, estando los momentos de todos los espines orientados de la misma manera dentro de la sustancia.

Diamagnetismo

Contrario a un material paramagnético, el diamagnetismo es cuando en un material sometido a un campo magnético, donde todos los electrones están orientados en sentido contrario al campo magnético, el imán y el material se repelen.

Esta repulsión ocurre en diversos grados en todos los materiales, aunque generalmente es aplastada por otros tipos de magnetismo. Además, la repulsión entre un material diamagnético y un imán no existe intrínsecamente: surge de la presencia del imán y desaparece cuando se retira el imán.

Esto se puede observar, por ejemplo, cuando se coloca carbón pirolítico sobre un imán: la repulsión es entonces mayor que el peso de la pieza de carbón y las dos fuerzas (repulsión diamagnética y peso) se equilibran. Luego ocurre una levitación de la pieza de carbono sobre el imán.

Electricidad y magnetismo

La electricidad y el magnetismo están estrechamente relacionados entre sí. Por ejemplo, la corriente eléctrica que fluye a través del cable produce un campo magnético circular fuera del cable. Entre tanto, la dirección que está en sentido horario o antihorario, de este campo magnético, depende de la dirección de la corriente eléctrica.

De manera similar, un campo magnético cambiante produce una corriente eléctrica en un alambre o conductor: la relación entre ellos se llama electromagnetismo.

La electricidad y el magnetismo forman parte de los aspectos interesantes de las ciencias de la electricidad.

En la vida cotidiana las personas están familiarizadas con el fenómeno de la adherencia estática: cuando dos objetos, como un trozo de envoltura de tela Saran y un suéter de lana, se frotan, se pegan, creando la repulsión estática, con las siguientes características:

  • Existen dos tipos de carga, que por convención se etiquetan como positivas.
  • Las cargas iguales se repelen y las cargas diferentes se atraen.
  • Todos los objetos pueden tener una carga igual a un número entero de una unidad básica de carga.
  • La carga nunca se crea ni se destruye.

Campo magnético

magnetismo

Un fenómeno aparentemente no relacionado con la energía son los campos magnéticos eléctricos, con cuya fuerza las personas están familiarizadas a través de la interacción de las brújulas con el campo magnético de la Tierra. También es fácil experimentar este efecto mediante los imanes de nevera, juguetes, etc. Aquí, las fuerzas magnéticas se explican en términos muy similares a los utilizados para las fuerzas eléctricas:

  • Hay dos tipos de polos magnéticos llamados convencionalmente Norte y Sur.
  • Los polos iguales se repelen y los polos opuestos se atraen.

Sin embargo, esta atracción se diferencia de la energía eléctrica en un aspecto importante: a diferencia de las cargas eléctricas, los polos magnéticos siempre ocurren en pares Norte-Sur y no hay monopolos magnéticos.

Aplicaciones

Pocos fenómenos físicos están en el origen de tantas aplicaciones tecnológicas como el magnetismo: desde el uso de la brújula inventada hace mil años, a la generación de corriente, los motores eléctricos, el registro de información, la resonancia magnética en medicina, hasta su uso en futuros reactores de fusión nuclear.

El hecho es que, sin saberlo, estos fenómenos se observan en la vida diaria y están presente de forma natural. Estos son algunos ejemplos.

  • En el hogar: los imanes se utilizan regularmente como opciones de fijación flexibles para notas, fotos, marcos de fotos y cuchillos.
  • En el taller y bricolaje: cierres magnéticos, fijación de piezas de trabajo, levantamiento de objetos pesados, fijación de lámparas, ablandamiento del agua con campos magnéticos.
  • Brújulas: la aguja de una brújula es un imán que ha sido cortado en forma alargada y colocado sobre un pivote. Este imán solo tiene que orientarse en el campo magnético natural de la Tierra para indicar la dirección del norte del planeta.
  • Grabación de audios y videos: los materiales magnéticos se han utilizado en la grabación de datos y en la tecnología de audio y video durante décadas, por ejemplo, como revestimientos para cintas de audio, video o magnéticas.
  • Motores eléctricos: todos los motores eléctricos funcionan con la ayuda de electroimanes. Esto sucede cuando una corriente eléctrica pasa a través de una bobina de alambre y crea un campo magnético.
  • Sistema ferroviario: algunos trenes de muy alta velocidad ya no utilizan rieles convencionales, sino imanes para reducir la fricción entre las superficies. Esto gracias a la fuerza magnética repulsiva entre los imanes.
  • Medicina: el magnetismo permite realizar imágenes de exploración en el interior del cuerpo humano mediante la resonancia magnética (MRI, por sus siglas en inglés). También permite la curación magnética (no es un método científico).
  • Otras tecnologías
  • Borrado de discos duros o EC / tarjetas de crédito (seguridad de datos)
  • Electroacústica: construcción de altavoces, micrófonos, etc.
  • Ingeniería eléctrica: operación de interruptores magnéticos, construcción de motores y generadores.
  • Investigación: física de partículas, experimentos de alta energía.
  • Educación: clases y experimentos físicos.
  • Fenómenos naturales: el magnetismo también puede estar en el origen de fenómenos espectaculares. Las auroras boreales, por ejemplo, son una consecuencia del campo magnético de la Tierra. También se cree que las aves tienen la capacidad de detectar el campo magnético terrestre y es este último el que permite a las aves migratorias orientarse durante su largo viaje.
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