Magnetismo
El Magnetismo es la propiedad de los materiales que son capaces de atraer objetos metálicos, esto debido a un campo de fuerza ejercido por el mismo material.
El comportamiento de los imanes de barra es conocido por todos aquellos que hayan tomado un curso de ciencias. Los imanes permanentes, que están hechos por lo general de sustancias que contienen hierro, atraen o repelen a otros imanes. Además, al atraer a otros objetos de hierro, éstos pueden ser magnetizados.
Historia del Magnetismo
El fenómeno del magnetismo fue conocido por los griegos desde el año 800 a.C. Ellos descubrieron que ciertas piedras, ahora llamadas Magnetita, con fórmula química Fe3O4, atraían piezas de hierro. La leyenda adjudica el nombre de magnetita en honor al pastor Magnes, “los clavos de sus zapatos y el casquillo (o punta) de su bastón quedaron fuertemente sujetos a un campo magnético cuando se encontraba pastoreando su rebaño.
Los Polos del imán
En 1269, Pierre de Maricourt, mediante un imán natural estérico, elaboró un mapa de las direcciones tomadas por una aguja al colocarla en diversos puntos de la superficie de la esfera. Encontró que las direcciones formaban líneas que rodeaban a la esfera pasando a través de dos puntos diametralmente opuestos uno del otro, a los cuales les llamó polos del imán.
Experimentos subsecuentes demostraron que cualquier imán, sin importar su forma, tiene dos polos, llamados Polo Norte y Polo Sur, los cuales presentan fuerzas que actúan entre sí de manera análoga a las cargas eléctricas. Es decir, los polos iguales se repelen y polos diferentes se atraen.
John Michell usó la balanza de Torsión para demostrar que los polos magnéticos ejercen fuerzas de atracción y repulsión entre sí, y que estas fuerzas varían como el inverso del cuadrado de la distancia de separación.
Aun cuando la fuerza entre dos polos magnéticos es similar a la fuerza entre dos cargas eléctricas, existe una importante diferencia. Las cargas eléctricas se pueden aislar (lo que se manifiesta en la existencia del protón y el electrón), mientras que los polos magnéticos no se pueden separar.
Esto es, los polos magnéticos siempre están en pares. Todos los intentos por detectar un polo aislado han fracasado. No importa cuántas veces se divida un imán permanente, cada trozo siempre tendrá un polo norte y un polo sur.
Relación entre Magnetismo y Electricidad
La relación entre el magnetismo y la electricidad fue descubierta en 1819 cuando, en la demostración de una clase, el científico danés Hans Oersted encontró que la corriente eléctrica que circula por un alambre desvía la aguja de una brújula cercana.
Poco tiempo después, Ampere obtuvo las leyes cuantitativas de la fuerza magnética entre conductores que llevan corrientes eléctricas. También sugirió qué órbitas de corriente eléctrica de magnitud molecular son las responsables de todos los fenómenos magnéticos. Esta idea es la base de la teoría moderna del magnetismo.
Faraday y Henry comprobaron que se podía producir una corriente eléctrica en un circuito cercano al primero. Estas observaciones demuestran que un cambio en el campo magnético produce un campo eléctrico. Años después, el trabajo teórico realizado por Maxwell mostró que un campo eléctrico variable da lugar a un campo magnético.
Propiedades de un Campo Magnético
El campo eléctrico E en un punto del espacio se ha definido como la fuerza por unidad de carga que actúa sobre una carga de prueba, colocada en ese punto.
De manera similar, el campo gravitacional g en un punto dado del espacio es la fuerza de gravedad por unidad de masa que actúa sobre una masa de prueba.
El vector de Campo Magnético B, algunas veces llamado inducción magnética o densidad de flujo magnético, en un punto dado del espacio en términos de la magnitud de la fuerza que sería ejercida sobre un objeto de prueba apropiado.
El objeto de prueba es una partícula cargada que se mueve con velocidad v. Para facilitar su estudio, se supone que no están presentes el campo eléctrico ni el gravitacional en la región de la carga.
Los experimentos realizados sobre el movimiento de diversas partículas cargadas que se desplazan en un campo magnético han proporcionado la información siguiente:
1.- La fuerza magnética es proporcional a la carga q y la velocidad v de la partícula.
2.- La magnitud y la dirección de la fuerza magnética depende de la velocidad de la partícula y de la magnitud y dirección del campo magnético.
3.- Cuando una partícula se mueve en dirección paralela al vector campo magnético, la fuerza magnética F sobre la carga es cero.
4.- Cuando la velocidad hace un ángulo θ con el campo magnético B, la fuerza magnética actúa en una dirección perpendicular tanto a v como a B; es decir, F es perpendicular al plano formado por v y B.
5.- La fuerza magnética sobre una carga positiva tiene sentido opuesto a la fuerza que actúa sobre una carga negativa que se mueve en la misma dirección.
6.- Si el vector velocidad hace un ángulo θ con el campo magnético, la magnitud de la fuerza magnética es proporcional al sen θ.
Con base en lo anterior, se escribe la fuerza magnética en la forma:
F = qv * B
Aplicaciones del Magnetismo
La lista de aplicaciones tecnológicas importantes del magnetismo es muy amplia. Por ejemplo, grandes electroimanes se utilizan para transportar cuerpos pesados. Los imanes también se utilizan en aparatos de medida, transformadores, motores, aceleradores de partículas y en bocinas.
Las cintas magnéticas se utilizan comúnmente en las grabaciones de sonidos, grabaciones de TV y memorias de computadoras. Intensos campos magnéticos generados por imanes superconductores se utilizan como un medio contenedor de los plasmas (calentados a temperaturas del orden de centenas de millones de grados Kelvin) usados en las investigaciones de controladores de reacción nuclear.
Ejemplos de Magnetismo
El planeta Tierra tiene un campo magnético, cuyos polos se declaran Polo Norte y Polo Sur.
Campos Magnéticos generados por imanes superconductores se utilizan como un medio contenedor de los plasmas.
Todo imán, natural o artificial, tiene dos polos: Polo Norte y Polo Sur.
Las Cintas magnéticas se utilizan comúnmente en las grabaciones de sonidos, grabaciones de TV y memorias de computadoras.
Grandes electroimanes se utilizan para transportar cuerpos pesados.
Los imanes se utilizan en aparatos de medida
Los imanes se emplean en la operación de los motores.
Potentes imanes se emplean en la construcción de los aceleradores de partículas, para mantener las partículas aisladas.
Los imanes se emplean en las bocinas, para una mejor operación de los componentes acústicos.
Los polos iguales se repelen (Polo Sur repele a Polo Sur. Polo Norte repele a Polo Norte).
Los polos opuestos se atraen (Polo Sur atrae a Polo Norte. Polo Norte atrae a Polo Sur).