El magnetismo es un aspecto de la fuerza electromagnética combinada. Se refiere a los fenómenos físicos que surgen de la fuerza causada por los imanes, objetos que producen campos que atraen o repelen a otros objetos.
un campo magnético ejerce una fuerza sobre las partículas en el campo debido a la fuerza de Lorentz, según el Sitio Web de Hiperfísica de la Universidad Estatal de Georgia. El movimiento de las partículas cargadas eléctricamente da lugar al magnetismo., La fuerza que actúa sobre una partícula cargada eléctricamente en un campo magnético depende de la magnitud de la carga, la velocidad de la partícula, y la fuerza del campo magnético.
Todos los materiales experimentan magnetismo, algunos más fuertemente que otros. Los imanes permanentes, hechos de materiales como el hierro, experimentan los efectos más fuertes, conocidos como ferromagnetismo. Con raras excepciones, esta es la única forma de magnetismo lo suficientemente fuerte como para ser sentido por la gente.
Los Opuestos atraen
Los campos magnéticos se generan mediante la rotación de cargas eléctricas, de acuerdo con la Hiperfísica., Todos los electrones tienen una propiedad de Momento angular, o espín. La mayoría de los electrones tienden a formar pares en los que uno de ellos es «spin up» y el otro es «spin down», de acuerdo con el principio de exclusión de Pauli, que establece que dos electrones no pueden ocupar el mismo estado de energía al mismo tiempo. En este caso, sus campos magnéticos están en direcciones opuestas, por lo que se cancelan entre sí. Sin embargo, algunos átomos contienen uno o más electrones no apareados cuyo espín puede producir un campo magnético direccional., La dirección de su espín determina la dirección del campo magnético, según el Centro de recursos de Ensayos No Destructivos (NDT). Cuando una mayoría significativa de electrones no apareados se alinean con sus espines en la misma dirección, se combinan para producir un campo magnético que es lo suficientemente fuerte como para ser sentido en una escala macroscópica.
las fuentes de campo magnético son dipolares, teniendo un polo norte y un polo sur. Los polos opuestos (N Y S) se atraen, y al igual que los polos (N Y N, O S y S) se repelen, según Joseph Becker de la Universidad Estatal de San José., Esto crea un campo toroidal, o en forma de dona, a medida que la dirección del campo se propaga hacia afuera desde el polo norte y entra a través del Polo Sur.
La Tierra es un gigantesco imán. El planeta obtiene su campo magnético de las corrientes eléctricas que circulan dentro del núcleo metálico fundido, según la Hiperfísica. Una brújula apunta hacia el norte porque la pequeña aguja magnética en ella está suspendida para que pueda girar libremente dentro de su carcasa para alinearse con el campo magnético del planeta., Paradójicamente, lo que llamamos el Polo Norte magnético es en realidad un polo sur magnético porque atrae a los polos magnéticos del norte de las agujas de la brújula.
ferromagnetismo
Si La alineación de electrones no apareados persiste sin la aplicación de un campo magnético externo o corriente eléctrica, se produce un imán permanente. Los imanes permanentes son el resultado del ferromagnetismo. El prefijo «ferro» se refiere al hierro porque el magnetismo permanente se observó por primera vez en una forma de mineral de hierro natural llamada magnetita, Fe3O4., Pedazos de magnetita se pueden encontrar dispersos en o cerca de la superficie de la tierra, y ocasionalmente, uno será magnetizado. Estos imanes naturales se llaman lodestones. «Todavía no estamos seguros de su origen, pero la mayoría de los científicos creen que la lodestona es magnetita que ha sido alcanzada por un rayo», según la Universidad de Arizona.
Las personas pronto aprendieron que podían magnetizar una aguja de hierro acariciándola con una piedra lodestone, causando que la mayoría de los electrones no apareados en la aguja se alinearan en una dirección. Según la NASA, alrededor de A. D., 1000, los chinos descubrieron que un imán flotando en un recipiente de agua siempre alineado en la dirección norte-sur. La brújula magnética se convirtió así en una tremenda ayuda para la navegación, particularmente durante el día y la noche, cuando las estrellas estaban ocultas por las nubes.
se ha encontrado que otros metales Además del hierro tienen propiedades ferromagnéticas. Estos incluyen níquel, cobalto y algunos metales de tierras raras como el samario o el neodimio Que se utilizan para hacer imanes permanentes súper fuertes.,
otras formas de magnetismo
El magnetismo toma muchas otras formas, pero a excepción del ferromagnetismo, generalmente son demasiado débiles para ser observados excepto por instrumentos de laboratorio sensibles o a temperaturas muy bajas. El diamagnetismo fue descubierto por primera vez en 1778 por Anton Brugnams, que utilizaba imanes permanentes en su búsqueda de materiales que contenían hierro., Según Gerald Küstler, un investigador e inventor alemán independiente ampliamente publicado, en su artículo, «levitación Diamagnética — hitos históricos», publicado en la revista rumana de Ciencias Técnicas, Brugnams observó: «solo el bismuto oscuro y casi de color violeta mostró un fenómeno particular en el estudio; porque cuando puse un pedazo de él sobre una hoja redonda de papel flotando sobre el agua, fue repelido por ambos polos del imán.,»
Se ha determinado que el bismuto tiene el diamagnetismo más fuerte de todos los elementos, pero como Michael Faraday descubrió en 1845, es una propiedad de toda la materia ser repelido por un campo magnético.
El diamagnetismo es causado por el movimiento orbital de electrones creando pequeños bucles de corriente, que producen campos magnéticos débiles, según la Hiperfísica. Cuando se aplica un campo magnético externo a un material, Estos bucles de corriente tienden a alinearse de tal manera que se oponen al campo aplicado., Esto hace que todos los materiales sean repelidos por un imán permanente; sin embargo, la fuerza resultante suele ser demasiado débil para ser perceptible. Sin embargo, hay algunas excepciones notables.
El carbono pirolítico, una sustancia similar al grafito, muestra un diamagnetismo aún más fuerte que el bismuto, aunque solo a lo largo de un eje, y en realidad puede levitarse sobre un imán de tierras raras súper fuerte. Ciertos materiales superconductores muestran un diamagnetismo aún más fuerte por debajo de su temperatura crítica, por lo que los imanes de tierras raras pueden levitarse por encima de ellos., (En teoría, debido a su repulsión mutua, uno puede ser levitado sobre el otro.)
El paramagnetismo ocurre cuando un material se vuelve magnético temporalmente cuando se coloca en un campo magnético y vuelve a su estado no magnético tan pronto como se elimina el campo externo. Cuando se aplica un campo magnético, algunos de los espines de electrones no emparejados se alinean con el campo y abruman la fuerza opuesta producida por el diamagnetismo. Sin embargo, el efecto solo se nota a temperaturas muy bajas, según Daniel Marsh, profesor de física en la Universidad Estatal del Sur de Missouri.,
otras formas, más complejas, incluyen el antiferromagnetismo, en el que los campos magnéticos de los átomos o moléculas se alinean uno junto al otro; y el comportamiento del vidrio de espín, que involucra interacciones ferromagnéticas y antiferromagnéticas. Además, el ferrimagnetismo puede ser considerado como una combinación de ferromagnetismo y antiferromagnetismo debido a muchas similitudes compartidas entre ellos, pero todavía tiene su propia singularidad, según la Universidad de California, Davis.
Electromagnetismo
Cuando un alambre se mueve en un campo magnético, el campo induce una corriente en el alambre., Por el contrario, un campo magnético es producido por una carga eléctrica en movimiento. Esto está de acuerdo con la Ley de inducción de Faraday, que es la base para electroimanes, motores eléctricos y generadores. Una carga que se mueve en línea recta, como a través de un cable recto, genera un campo magnético que gira en espiral alrededor del cable. Cuando ese alambre se forma en un bucle, el campo se convierte en una forma de rosquilla, o un toro. Según el Magnetic Recording Handbook (Springer, 1998) de Marvin Cameras, este campo magnético se puede mejorar enormemente colocando un núcleo metálico ferromagnético dentro de la bobina.,
en algunas aplicaciones, la corriente continua se utiliza para producir un campo constante en una dirección que se puede activar y desactivar con la corriente. Este campo puede desviar una palanca de hierro móvil causando un clic audible. Esta es la base para el telégrafo, inventado en la década de 1830 por Samuel F. B. Morse, que permitió la comunicación a larga distancia a través de cables utilizando un código binario basado en pulsos de larga y corta duración. Los pulsos eran enviados por operadores expertos que rápidamente encendían y apagaban la corriente usando un interruptor o llave de contacto momentáneo con resorte., Otro operador en el extremo receptor traduciría los clics audibles de nuevo en letras y palabras.
también se puede hacer que una bobina alrededor de un imán se mueva en un patrón de frecuencia y amplitud variables para inducir una corriente en una bobina. Esta es la base para una serie de dispositivos, sobre todo, el micrófono. El sonido hace que un diafragma se mueva hacia adentro y hacia afuera con las ondas de presión variables. Si el diafragma está conectado a una bobina magnética móvil alrededor de un núcleo magnético, producirá una corriente variable que es análoga a las ondas sonoras incidentes., Esta señal eléctrica se puede amplificar, grabar o transmitir según se desee. Pequeños imanes súper fuertes de tierras raras ahora se están utilizando para hacer micrófonos miniaturizados para teléfonos celulares, dijo Marsh a Live Science.
Cuando esta señal eléctrica modulada se aplica a una bobina, produce un campo magnético oscilante, que hace que la bobina se mueva hacia adentro y hacia afuera sobre un núcleo magnético en ese mismo patrón. La bobina se conecta a un cono de altavoz móvil para que pueda reproducir ondas sonoras audibles en el aire., La primera aplicación práctica para el micrófono y el altavoz fue el teléfono, patentado por Alexander Graham Bell en 1876. Aunque esta tecnología ha sido mejorada y refinada, sigue siendo la base para grabar y reproducir sonido.
las aplicaciones de Los electroimanes son casi incontables. La Ley de inducción de Faraday forma la base para muchos aspectos de nuestra sociedad moderna, incluyendo no solo motores eléctricos y generadores, sino electroimanes de todos los tamaños., El mismo principio utilizado por una grúa gigante para levantar autos chatarra en un depósito de chatarra también se usa para alinear partículas magnéticas microscópicas en una unidad de disco duro de una computadora para almacenar datos binarios, y se están desarrollando nuevas aplicaciones todos los días.
La escritora Tanya Lewis contribuyó a este informe.
recursos adicionales
- El National High Magnetic Field Laboratory es el laboratorio de imanes más grande y de mayor potencia del mundo. Los investigadores utilizan las instalaciones de forma gratuita para estudiar materiales, energía y vida.,
- The Internet Plasma Physics Education Experience& tiene un módulo interactivo sobre los conceptos básicos relacionados con la electricidad y el magnetismo.
- El Goddard Space Flight Center de la NASA presenta estas lecciones sobre la «historia temprana de la electricidad y el magnetismo» y «la exploración de la Magnetosfera de la Tierra».»