Magnetismu

De Wikipedia
Saltar a: navegación, buscar

El magnetismu o enerxía magnética ye un fenómenu natural pol cual los oxetos exercen fuerzas d'atracción o repulsión sobre otros materiales. Hai dellos materiales conocíos que son propiedaes magnétiques detectables fácilmente como'l níquel, fierro, cobaltu y los sos aleaciones que comúnmente se llamen imanes. Sicasí tolos materiales son influyíos, de mayor o menor forma, pola presencia d'un campu magnético.

El magnetismu dase particularmente nos cables de electromatización. Llínees de fuerza magnéticu d'un imán de barra, producíes por limaduras de fierro sobre papel.

El magnetismu tamién tien otres manifestaciones en física, particularmente como unu de los 2 componentes de la radiación electromagnético, como por casu, la lluz.

Historia[editar | editar la fonte]

Los fenómenos magnéticos fueron conocíos polos antiguos griegos. Dizse que per primer vegada reparar na ciudá de Magnesia del Meandro en Asia Menor, d'ende'l términu magnetismu. Sabíen que ciertes piedres atraíen el fierro, y que los trocitos de fierro atraíos atraíen de la mesma a otros. Estes denomináronse imanes naturales.

El primer filósofu qu'estudió'l fenómenu del magnetismu foi Tales de Mileto, filósofu griegu que vivió ente 625 a. C. y 545 a. C.[1] En China, la primer referencia a esti fenómenu atopar nun manuscritu del sieglu IV a. C. tituláu Llibru del amu del valle del diañu: «La magnetita atrai al fierro escontra sigo o ye atraida per este».[2] La primer mención ye sobre l'atracción d'una aguya qu'apaez nun trabayu realizáu ente los años 20 y 100 de la nuesa era: «La magnetita atrai a l'aguya».

El científicu Shen Kua (1031-1095) escribió sobre la brúxula d'aguya magnética y ameyoró la precisión nel saléu emplegando'l conceutu astronómicu del norte absolutu. Escontra'l sieglu XII los chinos yá desenvolvieren la técnica lo suficiente como pa utilizar la brúxula p'ameyorar el saléu. Alexander Neckam foi'l primer européu en consiguir desenvolver esta técnica en 1187.

Peter Peregrinus de Maricourt, foi un estudiosu francés del sieglu XIII que realizó esperimentos sobre magnetismu y escribió el primer tratáu esistente pa les propiedaes d'imanes. El so trabayu destacar pol primer discutiniu detalláu d'una brúxula. El cosmógrafu español Martín Cortés de Albacar, formáu en Zaragoza y na escuela de pilotos de Cádiz, afayó y asitió el polu magnéticu en Groenlandia en 1551 pa los navegantes españoles ya ingleses (el so llibru foi traducíu y bien reimpreso n'Inglaterra) facilitando asina considerablemente'l saléu. Galiléu Galilei y el so amigu Francesco Sagredo interesar nel magnetismu engastando un bon cachu de roca magnética de más de quilu y mediu nun bellu artiluxu de madera; la magnetita disponer de tal manera que, a manera d'imán, atraía una bola de fierro de casi cuatro kilos de pesu; pero la falta d'aplicaciones práctiques y económiques del inventu desanimó más esperimentación per parte d'estos destacaos científicos italianos.[3] En 1600 el médicu y físicu William Gilbert publicó en Londres la so obra De magnete, magneticisque corporibus, et de magno magnete tellure; Physiologia noua, plurimis & argumentis, & experimentis demostrata ("Sobre l'imán y los cuerpos magnéticos y sobre el gran imán la Tierra"), pa embrivir citáu como De magnete, qu'estableció les bases del estudiu fondu del magnetismu conseñando les característiques y tipoloxíes de los imanes y realizando tou tipu d'esperimentos curioso descritos. Reparó que la máxima atracción exercida polos imanes sobre los cachos de fierro realizábase siempres nes zones llamaes "polos" del imán. Clasificó los materiales en conductores y aislantes y escurrió el primera electroscopiu. Afayó la imantación por influencia y foi el primeru en atalantar que la imantación del fierro perder al calecer en candia. Estudió l'enclín d'una aguya magnética concluyendo que la Tierra pórtase como un gran imán.

La conocencia del magnetismu caltúvose llindáu a los imanes hasta qu'en 1820 Hans Christian Ørsted, profesor de la Universidá de Copenhague, afayó qu'un filo conductor sobre'l que circulaba una corriente qu'exercía una perturbación magnética a la so alredor, que llegaba a poder mover una aguya magnética asitiada nesa redolada.[4] Munchos otros esperimentos siguieron con André-Marie Ampère, Carl Friedrich Gauss, Michael Faraday y otros qu'atoparon venceyos ente'l magnetismu y l'eletricidá. James Clerk Maxwell sintetizó y esplicó estes observaciones nes sos ecuaciones de Maxwell. Unificó'l magnetismu y l'eletricidá nun solu campu, el electromagnetismu. En 1905, Einstein usó estes lleis pa comprobar la so teoría de la relatividá especial,[5] nel procesu amosó que la eletricidá y el magnetismu taben fundamentalmente venceyaes.

La física del magnetismu[editar | editar la fonte]

Campos y fuerces magnétiques[editar | editar la fonte]

Artículu principal: campu magnético

El fenómenu del magnetismu ye exercíu por un campu magnético, por casu, una corriente eléctrica o un dipolo magnéticu crea un campu magnético, esti al xirar imparte una fuerza magnético a otres partícules que tán nel campu.

Pa un aproximamientu escelente (pero ignorando dellos efectos cuánticos, vease electrodinámica cuántica) les ecuaciones de Maxwell (que simplifiquen la llei de Biot-Savart nel casu de corriente constante) describen l'orixe y el comportamientu de los campos que gobiernen eses fuerces. Polo tanto'l magnetismu reparar siempres que partícules cargaes eléctricamente tán en movimientu. Por casu, del movimientu de electrones nuna corriente eléctrica o en casos del movimientu orbital de los electrones alredor del núcleu atómicu. Estes tamién apaecen d'un dipolo magnéticu intrínsecu qu'apaez de los efectos cuánticos, por casu del spin de la mecánica cuántica.

Llei de Lorentz[editar | editar la fonte]

La mesma situación que crea campos magnéticos (carga en movimientu nuna corriente o nun átomu y dipolos magnéticos intrínsecos) son tamién situaciones en que'l campu magnético causa los sos efectos creando una fuerza. Cuando una partícula cargada muévese al traviés d'un campu magnético B, exerzse una fuerza F dáu pol producto cruz:

onde ye la carga eléctrica de la partícula, ye'l vector velocidá de la partícula y ye'l campu magnético. Por cuenta de que esto ye un productu cruz, la fuerza ye perpendicular al movimientu de la partícula y al campu magnético.

La fuerza magnético nun realiza trabayu mecánicu na partícula, camuda la dirección del movimientu d'esta, pero esto nun causa'l so aumentu o amenorgamientu de la velocidá. La magnitú de la fuerza ye : onde ye l'ángulu ente los vectores y .

Una ferramienta pa determinar la dirección del vector velocidá d'una carga en movimientu, ye siguiendo la llei de la mano derecha (vease riegla de la mano derecha).

El físicu alemán Heinrich Lenz formuló lo qu'agora se denomina la llei de Lenz, esta da una dirección de la fuerza electromotriz (fem) y la corriente resultante d'una inducción electromagnética.

Dipolos magnéticos[editar | editar la fonte]

Artículu principal: dipolo magnéticu

Puede vese una bien común fonte de campu magnético na naturaleza, un dipolo. Este tien un "polu sur" y un "polu norte", los sos nomes deber a qu'antes s'usaben los imanes como brúxules, qu'interactuaben col campu magnético terrestre pa indicar el norte y el sur del globu.

Un campu magnético contien enerxía y sistemes físicos que s'estabilicen con configuraciones de menor enerxía. Poro, cuando s'atopa nun campu magnético, un dipolo magnéticu tiende a alliniase solo con una polaridá distinta a la del campu, lo qu'ataya al campu lo máximo posible y mengua la enerxía recoyida nel campu al mínimu. Por casu, dos barras magnétiques idéntiques pueden tar una a llau d'otra de normal alliniaes de norte a sur, resultando nun campu magnético más pequenu y aguanta cualquier intentu de reorientar tolos sos puntos nuna mesma dirección. La enerxía riquida pa reorientalos nesa configuración ye entós recoyida nel campu magnético resultante, que ye'l doble de la magnitú del campu d'un imán individual (esto ye porque un imán usáu como brúxula interactúa col campu magnético terrestre pa indicar Norte y Sur).

Una alternativa formulada, equivalente, que ye bono d'aplicar pero ufierta una menor visión, ye qu'un dipolo magnéticu nun campu magnético esperimenta un momento d'un par de fuerces y una fuerza que pueda ser espresada en términos d'un campu y de la magnitú del dipolo (por casu sería'l momentu magnéticu dipolar). Pa ver estes ecuaciones vease dipolo magnéticu.

Dipolos magnéticos atómicos[editar | editar la fonte]

La causa física del magnetismu nos cuerpos, distintu a la corriente eléctrica, ye polos dipolos atómicos magnéticos. Dipolos magnéticos o momentos magnéticos, n'escala atómica, resulten de dos tipos distintes del movimientu d'electrones. El primeru ye'l movimientu orbital del electrón sobre'l so núcleu atómicu; esti movimientu puede ser consideráu como una corriente de bucles, resultando nel momentu dipolar magnéticu del orbital. La segunda, más fuerte, fonte pel momento electrónicu magnéticu, ye por cuenta de les propiedaes cuántiques llamaes momentu de spin del dipolo magnéticu (anque la teoría mecánica cuántica actual diz que los electrones nun xiren físicamente, nin orbitan el núcleu).

El momentu magnéticu xeneral d'un átomu ye la suma neta de tolos momentos magnéticos de los electrones individuales. Pol enclín de los dipolos magnéticos a oponese ente ellos amenorga la enerxía neta. Nun átomu los momentos magnéticos opuestos de dellos pares d'electrones atayar ente ellos, dambos nun movimientu orbital y en momentos magnéticos de espín. Asina, nel casu d'un átomu con orbitales electrónicos o suborbitales electrónicos dafechu llenos, el momentu magnéticu de normal atáyase dafechu y solo los átomos con orbitales electrónicos semillenos tienen un momentu magnéticu. La so fuerza depende del númberu d'electrones impares.

La diferencia na configuración de los electrones en dellos elementos determina la naturaleza y magnitú de los momentos atómicos magnéticos, lo que de la mesma determina la diferencia ente les propiedaes magnétiques de dellos materiales. Esisten munches formes de comportamientu magnéticu o tipos de magnetismu: el ferromagnetismu, el diamagnetismo y el paramagnetismo; esto debe precisamente a les propiedaes magnétiques de los materiales, por eso haise axustáu una clasificación respectiva d'estos, según el so comportamientu ante un campu magnético inducíu, como sigue:

Clasificación de los materiales magnéticos[editar | editar la fonte]

Tipu de material Característiques
Nun

afecta'l pasu de les llínees de campu magnético.
Exemplu: el vacíu.

Diamagnético Material sele magnéticu. Si asítiase una barra magnética cerca d'él, esta lo repele.
Exemplu: bismuto (Bi), plata (Ag), chombu (Pb), agua.
Paramagnético Presenta un magnetismu significativu. Atraíu pola barra magnética.
Exemplu: aire, aluminiu (Al), paladiu (Pd), magnetu molecular.
Ferromagnético Magnéticu por excelencia o fuertemente magnéticu. Atraíu pola barra magnética.
Paramagnético percima de la temperatura de Curie
(La temperatura de Curie del fierro metálicu ye aprosimao unos 770 °C).
Exemplu: fierro (Fe), cobaltu (Co), níquel (Nin), aceru nidiu.
Antiferromagnético Non magnéticu entá so acción d'un campu magnético inducíu.
Exemplu: óxidu de manganesu (MnO2).
Ferrimagnético Menor grau magnéticu que los materiales ferromagnéticos.
Exemplu: ferrita de fierro.
Superparamagnético Materiales ferromagnéticos suspendíos nuna matriz dieléctrica.
Exemplu: materiales utilizaos en cintes d'audiu y video.
Ferrites Ferromagnético de baxa conductividá eléctrica.
Exemplu: utilizáu como núcleu inductores p'aplicaciones de corriente alterna.

Monopolos magnéticos[editar | editar la fonte]

Cuidao que un imán de barra llogra'l so ferromagnetismu de los electrones magnéticos microscópicos distribuyíos uniformemente al traviés del imán, cuando un imán ye partíu a la metá caúna de les pieces resultantes ye un imán más pequenu. Anque se diz qu'un imán tien un polu norte y un polu sur, estos dos polos nun pueden dixebrase l'unu del otru. Un monopolo —si tal cosa esiste— sería una nueva clase fundamentalmente distinta d'oxetu magnéticu. Actuaría como un polu norte aislláu, non arreyar a un polu sur, o viceversa. Los monopolos llevaríen «carga magnética» análoga a la carga eléctrica. A pesar de busques sistemátiques a partir de 1931 (como la de 2006), nunca fueron reparaes, y perbién podríen nun esistir.[ensin referencies] Milton menta dellos eventos non concluyentes (p. 60) y entá conclúi que «nun sobrevivió n'absolutu nenguna evidencia de monopolos magnéticos»(p. 3).

Tipos de materiales magnéticos[editar | editar la fonte]

Esisten diversos tipos de comportamientu de los materiales magnéticos, siendo los principales el ferromagnetismu, el diamagnetismo y el paramagnetismo.

Nos materiales diamagnéticos, la disposición de los electrones de cada átomu ye tal, que se produz una anulación global de los efectos magnéticos. Sicasí, si'l material introducir nun campu inducíu, la sustanza adquier una imantación débil y nel sentíu opuestu al campu inductor.

Si asítiase una barra de material diamagnético nel interior d'un campu magnético uniforme ya intensu, esta disponse transversalmente respectu d'aquel.

Los materiales paramagnéticos nun presenten l'anulación global d'efectos magnéticos, polo que cada átomu que los constitúi actúa como un pequenu imán. Sicasí, la orientación de dichos imanes ye, polo xeneral, arbitraria, y l'efectu global anúlase.

Coles mesmes, si'l material paramagnético someter a l'acción d'un campu magnético inductor, el campu magnético inducíu en dicha sustanza empobinar nel sentíu del campu magnético inductor.

Esto fai qu'una barra de material paramagnético suspendida llibremente nel senu d'un campu inductor alliniar con este.

El magnetismu inducíu, anque débil, ye abondu intensu como pa imponer al efeuto magnéticu. Pa comparar los trés tipos de magnetismu emplega la razón ente'l campu magnético inducíu y el inductor.

La caña de la química qu'estudia les sustances de propiedaes magnétiques interesantes ye la magnetoquímica.

Electroimanes[editar | editar la fonte]

Un electroimán ye un imán fechu d'alambre eléctricu bobinado en redol a un material magnético como'l fierro. Esti tipu d'imán ye útil nos casos en qu'un imán tien de tar encendíu o apagáu, por casu, les grandes y pesaes grúes pa llevantar chatarra d'automóviles.

Pal casu de corriente eléctrica muévense al traviés d'un cable, el campu resultante diríxese acordies con la riegla de la mano derecha. Si la mano derecha utilízase como un modelu, y el pulgar de la mano derecha a lo llargo del cable de positivu escontra'l llau negativu ( "convencional actual", a la inversa de la dirección del movimientu real de los electrones), entós el campu magnético fai una recapitulación de too el cable na dirección indicada polos deos de la mano derecha. Como puede reparase geométricamente, en casu d'un bucle o hélice de cable, ta formáu de tal manera que l'actual ye viaxar nun círculu, de siguío, toles llínees de campu nel centru del bucle dirixir a la mesma dirección, lo que refundia un 'magnética dipolo ' que la so fuerza depende de l'actual en tol bucle, o l'actual na hélice multiplicáu pol númberu de vueltes d'alambre. Nel casu d'esi bucle, si los deos de la mano derecha dirixir na dirección del fluxu de corriente convencional (esto ye, el positivu y el negativu, la dirección opuesta al fluxu real de los electrones), el pulgar va apuntar na dirección correspondiente al polu norte del dipolo.

Imanes temporales y permanentes[editar | editar la fonte]

Un imán permanente conserva'l so magnetismu ensin un campu magnético esterior, ente que un imán temporal solo ye magnéticu, siempres que tea asitiáu n'otru campu magnético. Inducir el magnetismu del aceru nes resultancies nun imán de fierro, pierde'l so magnetismu cuando la inducción de campu retírase. Un imán temporal como'l fierro ye un material fayadizo pa los electroimanes. Los imanes son fechos por afalagar con otru imán, la grabación, ente qu'afita nun campu magnético opuestu dientro d'una solenoide bobina, suministrar con una corriente directa. Un imán permanente puede perder el so magnetismu al ser sometíu al calor, a fuertes golpes, o asitialo dientro d'un solenoide suministrar con un amenorgamientu de corriente alterna.

Unidaes[editar | editar la fonte]

Unidaes del SI rellacionaes col magnetismu[editar | editar la fonte]

  • Tesla [T] = unidá de campu magnético.
  • Weber [Wb] = unidá de fluxu magnético.
  • Amperiu [A] = unidá de corriente eléctrica, que xenera campos magnéticos.

Otres unidaes[editar | editar la fonte]

Referencies[editar | editar la fonte]

  1. «Historical Beginnings of Theories of Electricity and Magnetism» (inglés). Consultáu'l 31 de mayu de 2007.
  2. Li Shu-hua, "Anicie de la Boussole 11. Aimant et Boussole", Isis, Vol. 45, Non. 2. (Jul., 1954), p.175
  3. Manuel Lozano Leyva, "¿Sabíes que Galiléu fixo de menos el magnetismu por razones económiques?", en El País 6 de payares de 2013, http://sociedad.elpais.com/sociedá/2013/11/06/actualidá/1383735368_500824.html
  4. Historia de la física
  5. A. Einstein: "On the Electrodynamics of Moving Bodies", June 30, 1905. http://www.fourmilab.ch/etexts/einstein/specrel/www/.

Enllaces esternos[editar | editar la fonte]


Magnetismo