Imanes permanentes

Hace siglos, se descubrió que ciertos tipos de rocas minerales poseían propiedades inusuales de atracción por el hierro metálico. Un mineral en particular, llamado imán o magnetita , se encuentra mencionado en registros históricos muy antiguos (hace unos 2500 años en Europa, y mucho antes en el Lejano Oriente) como un tema de curiosidad.

Más tarde, se utilizó para ayudar a la navegación, ya que se descubrió que un trozo de esta roca inusual tendería a orientarse en una dirección norte-sur si se dejaba libre para girar (suspendido en una cuerda o en un flotador en el agua). .

Un estudio científico realizado en 1269 por Peter Peregrinus reveló que el acero podría ser "cargado" de manera similar con esta propiedad inusual después de frotarse contra uno de los "polos" de un trozo de piedra imán.

A diferencia de las cargas eléctricas (como las que se observan cuando el ámbar se frota contra la tela), los objetos magnéticos poseían dos polos de efecto opuesto, denominados "norte" y "sur" después de su autoorientación hacia la tierra. Como descubrió Peregrinus, era imposible aislar uno de estos postes por sí solo cortando un trozo de piedra imán por la mitad:cada trozo resultante poseía su propio par de postes:

Al igual que las cargas eléctricas, solo se podían encontrar dos tipos de polos:norte y sur (por analogía, positivo y negativo). Al igual que con las cargas eléctricas, los mismos polos se repelen, mientras que los polos opuestos se atraen. Esta fuerza, como la causada por la electricidad estática, se extendía de manera invisible sobre el espacio e incluso podía atravesar objetos como el papel y la madera con poco efecto sobre la fuerza.

El filósofo-científico René Descartes señaló que este "campo" invisible se podía mapear colocando un imán debajo de un trozo plano de tela o madera y rociando limaduras de hierro encima. Las limaduras se alinearán con el campo magnético, "mapeando" su forma. El resultado muestra cómo el campo continúa intacto desde un polo de un imán al otro:

Al igual que con cualquier tipo de campo (eléctrico, magnético, gravitacional), la cantidad total o efecto del campo se denomina flujo , mientras que el "empujón" que hace que el flujo se forme en el espacio se llama fuerza . Michael Faraday acuñó el término "tubo" para referirse a una cadena de flujo magnético en el espacio (el término "línea" se usa más comúnmente ahora). De hecho, la medición del flujo de campo magnético a menudo se define en términos del número de líneas de flujo, aunque es dudoso que tales campos existan en líneas individuales discretas de valor constante.

Las teorías modernas del magnetismo sostienen que un campo magnético es producido por una carga eléctrica en movimiento y, por lo tanto, se teoriza que el campo magnético de los llamados imanes "permanentes", como la piedra imán, es el resultado de electrones dentro de los átomos de hierro que giran. uniformemente en la misma dirección.

Si los electrones en los átomos de un material están sujetos o no a este tipo de giro uniforme es dictado por la estructura atómica del material (no muy diferente de cómo la conductividad eléctrica es dictada por la unión de electrones en los átomos de un material). Por lo tanto, solo ciertos tipos de sustancias reaccionan con campos magnéticos, y aún menos tienen la capacidad de sostener permanentemente un campo magnético.

El hierro es uno de esos tipos de sustancias que se magnetizan fácilmente. Si una pieza de hierro se acerca a un imán permanente, los electrones dentro de los átomos del hierro orientan sus espines para igualar la fuerza del campo magnético producido por el imán permanente, y el hierro se "magnetiza". El hierro se magnetizará de tal manera que incorporará las líneas de flujo magnético en su forma, lo que lo atraerá hacia el imán permanente, sin importar qué polo del imán permanente se le ofrezca al hierro:

El hierro previamente no magnetizado se magnetiza a medida que se acerca al imán permanente. No importa qué polo del imán permanente se extienda hacia el hierro, el hierro se magnetizará de tal manera que será atraído hacia el imán:

Haciendo referencia a las propiedades magnéticas naturales del hierro (latín ="ferrum"), un ferromagnético El material es uno que se magnetiza fácilmente (sus átomos constituyentes orientan fácilmente los espines de sus electrones para ajustarse a una fuerza de campo magnético externo). Todos los materiales son magnéticos hasta cierto punto, y aquellos que no se consideran ferromagnéticos (se magnetizan fácilmente) se clasifican como paramagnéticos (ligeramente magnético) o diamagnético (tienden a excluir los campos magnéticos). De los dos, los materiales diamagnéticos son los más extraños. En presencia de un campo magnético externo, en realidad se magnetizan ligeramente en la dirección opuesta, ¡para repeler el campo externo!

Si un material ferromagnético tiende a retener su magnetización después de eliminar un campo externo, se dice que tiene una buena retentividad . Esto, por supuesto, es una cualidad necesaria para un imán permanente.

REVISAR:

• Piedra imán (también llamado magnetita ) es un mineral magnético "permanente" de origen natural. Por "permanente" se entiende que el material mantiene un campo magnético sin ayuda externa. La característica de cualquier material magnético para hacerlo se llama remanencia .
• Ferromagnético los materiales se magnetizan fácilmente.
• Paramagnético los materiales se magnetizan con más dificultad.
• Diamagnético los materiales en realidad tienden a repeler los campos magnéticos externos al magnetizarse en la dirección opuesta.

HOJAS DE TRABAJO RELACIONADAS:

• Hoja de trabajo de magnetismo