Magnetismo - Imanes
El magnetismo se conoce desde hace muchos siglos, pero es difícil saber cómo y cuándo se descubrió. Son muchas las leyendas que han circulado sobre la llamada "piedra de imán. Una de ellas es la del pastor Magnus, del que se dice que cuando iba con su rebaño por el monte notó una fuerza que atraía su bastón de punta de hierro. La tracción era tan fuerte que el bastón se quedó pegado a la roca y no pudo separarlo. Otra leyenda muy extendida es la de la isla de la montaña de imán que atrae con gran intensidad a todos los barcos que pasan en su proximidad, hasta que los atrapa y los destruye arrancándoles todos los elementos metálicos.
Historia
El primer estudioso del fenómeno del magnetismo fue Tales de Mileto, filósofo griego que vivió entre
El científico Shen Kua (1031-1095) escribió sobre la brújula de aguja magnética y mejoró la precisión en la navegación empleando el concepto astronómico del norte absoluto. Hacia el siglo XII los chinos ya habían desarrollado la técnica lo suficiente como para utilizar la brújula para mejorar la navegación. Alexander Neckham fue el primer europeo en conseguir desarrollar esta técnica, en 1187.
El conocimiento del magnetismo se mantuvo limitado a los imanes, hasta que en 1820, Hans Christian Ørsted descubrió que un hilo conductor sobre el que circulaba una corriente ejercía una perturbación magnética a su alrededor, que llegaba a poder mover una aguja magnética situada en ese entorno. Nacía así el electromagnetismo que unificó las fuerzas eléctrica y magnética.
La realidad es que la piedra de imán existe y, hoy en día, la conocemos con el nombre de magnetita. Parece que el termino magnetismo, procede de la región de Asia Menor conocida con el nombre de Magnesia, en donde se cree que fue encontrada por primera vez la piedra de imán. El primero en señalar sus propiedades fue Tales de Mileto (siglo VI a. de C.) Y, ya, Platón (siglo IV a. de C.) conoce que su propiedad puede transmitirse al hierro. También se cree que el primero en encontrar una utilidad práctica para la piedra de imán fue el general chino Huang Ti (siglo IV a. de C.) Que utilizó la piedra magnética directamente para orientarse, pero sólo en Tierra.
La gran aplicación práctica de la piedra magnética fue la imantación de barras metálicas a partir de las que se construyeron las brújulas que se introdujo en Europa a través de los árabes
Piedra imán (siglo XVIII)
En la imagen puede verse una piedra imán que se conserva en el Museo Nacional de Ciencia y Tecnología de Madrid. Muestra, desde entonces, su fuerza magnética sosteniendo en suspenso una gruesa pieza de metal.
Magnetita
Se trata de un mineral del grupo de los óxidos, mezcla de óxidos de hierro FeO. Fe2O3 que también puede representarse como (Fe3O4). Cristaliza en el sistema cúbico, generalmente en octaedros o rombododecaedros. Es un mineral muy denso, frágil, duro y con propiedades ferromagnéticas, es capaz de atrae al hierro y al acero junto con otros metales. Su color es pardo negruzco, con brillo metálico. Es una de las principales minas de hierro.
En la antigüedad se la conocía como piedra imán y se le atribuían muchas propiedades. Se decía que curaba el reumatismo y la gota y que permitía hablar con los dioses. En el siglo XVI Paracelso intentó utilizar el magnetismo para curar enfermedades, aunque no logro nada. Todos sus supuestos éxitos se debieron al efecto placebo. Hoy en día también se nos intentan vender pulseras magnéticas y otros artefactos como remedio para muchas dolencias, aunque no hay ninguna constancia científica de sus ventajas.
El estudio del magnetismo
Como ya se ha dicho, Tales y Platón describen los efectos magnéticos. Pero, parece que fue Empedocles (siglo V a. de C.) el primero en tratar de encontrar una explicación a este fenómeno y responder a la pregunta: ¿por qué atrae el hierro al imán? Para él, el hierro es "empujado" hacia el imán porque produce emanaciones y porque el imán es una sustancia porosa, de forma que el tamaño de los poros del imán corresponde al de las emanaciones del hierro, así este es arrastrado tras las emanaciones y atraído. Una explicación muy similar fue recogida por Lucrecio en su De rerum natura (siglo I).
Se sabe que el primer estudio, con un carácter científico, de la magnetita lo realizó Pierre Pelerin de Malicourt (siglo XIII) conocido también como Pedro el Peregrino. Fue el primero en definir los polos magnéticos y las leyes de la atracción y de la repulsión.
Posteriormente William Gilbert, en su obra De magnete (1600) describió las propiedades de los imanes y fue el primero en considerar
Hoy en día la ciencia moderna nos presenta un panorama bastante completo del magnetismo en el que todas las sustancias tienen, de una u otra forma, propiedades magnéticas debidas al movimiento de las cargas eléctricas.
Magnetismo y electricidad en
El magnetismo de
Por otra parte, en la superficie terrestre y en la atmósfera se generan diversas corrientes eléctricas producidas por diversas causas, además de un intercambio constante de electricidad entre el aire y
El campo magnético terrestre
Las posiciones de los polos magnéticos no son constantes y muestran notables cambios de año en año. Cada 960 años, las variaciones en el campo magnético de
Hasta el siglo XVI el hombre no intuyó que
La existencia del campo magnético de
Encontró que la inclinación del campo en este imán esférico coincidía con lo que se sabía acerca de la distribución del campo terrestre. De este experimento concluyó que
Un imán suspendido horizontalmente adopta una posición tal que uno de sus extremos apunta aproximadamente hacia el polo norte geográfico. Este extremo se llama polo norte del imán; el opuesto se denomina polo sur. Los polos del mismo nombre de dos imanes se repelen y los de nombre contrario se atraen.
El polo norte de la aguja de una brújula apunta al polo norte geográfico, porque
Sin embargo, la brújula indica cuál es la dirección de la línea geográfica Norte-Sur sólo de un modo aproximado. Los polos norte y sur geográficos son los dos puntos donde el eje de rotación de ¡a Tierra corta a la superficie terrestre. Normalmente, la aguja de la brújula se desvía hacia el Este o hacia el Oeste del norte geográfico. Este ángulo de desviación se denomina declinación.
Una aguja magnética suspendida por su centro de gravedad no se mantiene en posición horizontal. el extremo que señala al Norte se inclina hacia el suelo en el hemisferio septentrional, y lo mismo hace el extremo que señala al Sur, en el hemisferio meridional. Este ángulo de desviación de la aguja respecto de la horizontal se llama inclinación magnética. El valor de la inclinación, al igual que el de la declinación, es diferente de un punto a otro de la superficie de
El campo magnético terrestre se caracteriza también por su intensidad. La intensidad de un campo magnético se mide en gauss. El campo magnético terrestre es bastante débil, del orden de 0,3 gauss en las proximidades del ecuador y de 0,7 gauss en las regiones polares.
El alineamiento en general Norte-Sur de las líneas magnéticas, de acuerdo con el eje de rotación terrestre, sugiere que el campo, en lo fundamental; constituye un dipolo. Resulta inclinado unos 110 respecto al eje de rotación terrestre, y presenta considerables irregularidades (no corresponde al campo de un dipolo perfecto).
Hipótesis del magnetismo terrestre
Hay dos modos de producir un campo magnético: bien por medio de un cuerpo imanado, bien a través de una corriente eléctrica. Antiguamente, se creía que el magnetismo terrestre estaba originado por un gigantesco imán situado dentro de
Sin embargo, las sustancias ferromagnéticas, como el hierro y el níquel, pierden su magnetismo por encima del denominado punto de Curie, que es de
Otras teorías, posteriores a la de la imanación permanente, están basadas en la rotación de cargas eléctricas. También se han propuesto diversas hipótesis que se fundamentan en el fenómeno termoeléctrico y el efecto Hall. Sin embargo, todas han sido abandonadas a favor de las que postulan la existencia en el núcleo de
Varios indicios geofísicos sobre la existencia de un núcleo terrestre de naturaleza fluida y alta densidad, compuesto casi en su totalidad de hierro, sirven de base a las teorías que sitúan el origen del campo magnético en procesos dinámicos que tienen lugar en su interior. J. Larmor, en 1919, fue el primero en proponer este tipo de proceso como constitutivo de un efecto de dinamo auto excitada, que originaría el campo magnético terrestre. El fenómeno se basa en que el movimiento de circulación de material conductor en presencia de un campo magnético genera corrientes eléctricas que, a su vez, realimentan el campo inductor. En el caso de
Variaciones del campo magnético terrestre
Los estudios permanentes que se realizan en cualquier observatorio demuestran que el campo magnético terrestre no es constante, sino que cambia continuamente. Hay una variación pequeña y bastante regular de un día a otro (variación diurna). La variación en la declinación es de algunos minutos de arco, y la variación en la intensidad es del orden de 10-4gauss.
Algunos días se producen perturbaciones mucho mayores, que alcanzan hasta varios grados en la declinación y 0,01 gauss en la intensidad. Son las llamadas tormentas magnéticas, generadas por corrientes eléctricas que tienen lugar en las capas superiores de la atmósfera. A unos cuantos centenares de kilómetros por encima de la superficie terrestre existe una zona llamada ionosfera, en la que hay electrones libres arrancados a los átomos de oxígeno y nitrógeno por la radiación solar. Las partículas cargadas positiva y negativamente (iones y electrones) hacen que el aire en la ionosfera sea un conductor eléctrico. Estas corrientes eléctricas de la ionosfera originan campos magnéticos que causan variaciones transitorias del campo magnético terrestre.
Variación secular: el campo geomagnético deriva hacia el Oeste
Las variaciones temporales del campo magnético terrestre, de periodo tan largo que sólo se aprecian al comparar valores medios anuales durante varios años, reciben el nombre de variación secular. Un fenómeno de la variación secular hace referencia a que la distribución del campo geomagnético se mueve lentamente hacia el Oeste. El promedio de avance es del orden de 0,18v de longitud por año. A esta velocidad, la distribución del campo daría la vuelta completa a
Magnetismo
Se conoce como magnetismo en física a uno de los fenómenos por medio de los cuales los materiales ejercen fuerzas atractivas o repulsivas sobre otros materiales. El magnetismo forma junto con la fuerza eléctrica una de las fuerzas fundamentales de la física, el electromagnetismo.
Imán
Un imán (del francés aimant) es un cuerpo o dispositivo con un Campo magnético significativo, de forma que tiende a alinearse con otros imanes (por ej., con el campo magnético terrestre).
Tipos de imanes
* Un imán artificial es un cuerpo de material ferromagnético al que se ha comunicado la propiedad del magnetismo, bien mediante frotamiento con un imán natural, bien por la acción de corrientes eléctricas aplicadas en forma conveniente (electroimanación).
* Un electroimán es una bobina (en el caso mínimo, una espira) por la cual circula corriente eléctrica. Esto genera un campo magnético isomórfico al de un imán de barra el iman se imanta
Llámanse substancias magnéticas, a todos los cuerpos que son atraídos por los imanes: el hierro, el níquel, el cobalto...
Hay dos clases de imanes: dos imanes naturales y los imanes artificiales.
Los imanes naturales están constituidos por el óxido magnético de hierro (Fe304)
Los imanes artificiales son varillas de acero que se han frotado con imanes naturales, para desarrollar en ellas propiedades magnéticas.
Forma de los imanes. — Se da ordinariamente a los imanes la forma de una herradura. Una armadura de hierro dulce reúne los dos polos .Hay también imanes que tienen la forma de agujas o rombos, barras, etc.
Pérdida del magnetismo. — Una barra imanada pierde todo o parte de su magnetismo: por vibraciones o choques repetidos; 2 por calentamiento; a la temperatura del rojo todo magnetismo desaparece.
Polos y línea neutra. — Cuando se pone una barra imanada en limaduras de hierro, se nota que la acción magnética se manifiesta de preferencia en dos puntos, hacia las extremidades de la barra;
son los dos polos del imán. Mientras que la zona central de la barra aparece sin acción magnética, y se la llama zona neutra.
Espectro magnético. — La acción magnética puede ejercerse a distancia y a través de los cuerpos. Si se echan limaduras de hierro sobre una hoja de papel colocado encima de un imán, el polvo metálico se orienta bajo la acción del imán y forma líneas curvas cuyo conjunto constituye el espectro magnético
LINEAS DE FUERZA Y ESPECTRO MAGNÉTICO
Si se espolvorea con limaduras de hierro una hoja de papel colocada sobre los dos polos de un imán de herradura poderoso y se imprime al papel unas leves sacudidas, todas las partículas se imanan, y en vez de quedar aisladas y repartidas uniformemente, forman curvas regulares que van de un polo al otro. Cada curva representa una línea de fuerza y está completada en el interior del imán por un filete magnético.
Cada línea de fuerza es pues continua y va del polo N al polo S al exterior del imán, y del polo S al polo N al interior del mismo.
Las líneas de fuerzas no están ordenadas en un trozo de metal, pero lo están en un trozo de imán.
Aguja magnética. — La aguja magnética es una lámina imanada y móvil sobre un eje o alrededor de un eje horizontal Dirección. — Como todo imán, la aguja imanada ofrece dos polos distintos: el polo N, que se dirige siempre hacia el norte geográfico, y el polo S, hacia el sur geográfico.
Acción recíproca de dos imanes. — Dos imanes, colocados en presencia, obran uno sobre otro: sus polos de igual nombre se rechazan, y se atraen los de nombre contrario.
Obsérvese esto cuando, a cada polo de una aguja imanada móvil sobre un soporte se presentan sucesivamente los dos polos de una barra imanada.
La experiencia prueba que el polo norte N’ rechaza el polo norte N y atrae el polo sur S.
Experimento fundamental de la imanación. — Si se parte una varilla imanada en 2, 4, 8 partes (cada pedazo constituye un verdadero imán, con sus polos N y S y su línea neutra. Al juntar los pedazos por sus polos contrarios, se reconstituye el imán primitivo, con sus dos únicos polos y su línea neutra.
Consecuencia. — Se puede considerar una barra imanada como una gavilla de filetes magnéticos
INDUCCIÓN MAGNÉTICA
Principio: Si se acerca a un imán una sustancia magnética, ésta se vuelve un verdadero imán con sus dos polos temporarios.
Por lo tanto podemos considerar dos tipos de imanes los permanentes (que perduran con el tiempo) en los cuales se encuentran los naturales como la magnetita y los artificiales, que según el material pueden perdurar con el tiempo. Y los temporarios que solo pueden imanarse por un tiempo, como la mayoría de los imanes artificiales.
USOS DE LOS IMANES
LA TIERRA COMO IMÁN
MAGNETISMO TERRESTRE
Concepto. — Se puede comparar la tierra a un enorme imán que tiene su polo N cerca del sur geográfico y su polo S cerca del norte geográfico. La aguja imanada dirige su polo N hacia el polo S
del imán terrestre y su polo S hacia el polo N, lo mismo que si la tierra fuese imán.
El meridiano geográfico de un lugar es la recta que indica la dirección norte-sur geográficos, en un plano horizontal .
El meridiano magnético de un lugar es la recta que indica la dirección norte-sur magnéticos, en un plano horizontal.
