MAGNETISMO

MAGNETISMO

FÍSICA: MAGNETISMO

Definimos magnetismo como la propiedad específica que presentan algunas sustancias llamadas magnéticas de atraerse o rechazarse entre sí, es decir que se manifiesta como una forma de energía mediante fuerzas que actúan a distancia. También consideramos magnetismo al conjunto de fenómenos que producen estas fuerzas. Llamamos Magnetismo también, a la rama de la Física que estudia estas fuerzas, sus causas y los fenómenos relacionados.

Los fenómenos magnéticos se conocen desde la antigüedad. Los griegos de la época clásica, ya sabían que en cierta región del Asia llamada Magnesia (de donde viene el nombre) existía un mineral capaz de atraer al hierro y que este a su vez al ser atraído adquiría la propiedad de atraer a otros.

Los primeros registros son de Tales de Mileto, en Grecia, cerca del año 500 a.C. En el siglo IV a.C. se menciona en un libro chino este fenómeno, y es en esta civilización donde tiempo después se mencionará la acción de la magnetita sobre la aguja y comenzará a usarse la brújula hacia el año 1000 de nuestra era. Se han encontrado documentos que indican que en América, los Olmecas conocían el magnetismo hacia el año 1000. En Europa se desarrollará el uso de la brújula hacia el año 1200. Algunos atribuían esta propiedad a brujerías (de donde viene el nombre de brújula) y otros pensaban en la existencia de una gran montaña de hierro en el polo norte que inclusive llegó a dibujarse en algunos mapas de la época. Cristóbal Colón, en su viaje a América registraría por primera vez la declinación magnética de la brújula que es la desviación de la misma con respecto al norte geográfico.

Hacia fines del siglo XVIII, Charles Coulomb, un científico francés realizó los primeros estudios científicos sobre los imanes y el campo magnético, llegando a descubrir la ley fundamental del magnetismo que lleva su nombre. Ya en el siglo XIX, Christian Ørsted, científico danés, descubrió que una corriente eléctrica es capaz de producir un campo magnético y comenzó así una serie de descubrimientos y desarrollos tecnológicos basados en la relación entre la electricidad y el magnetismo.

Se llama imán a cualquier sustancia o cuerpo que tenga la propiedad magnética. Existen imanes naturales como la magnetita que es un óxido de hierro (Fe₃O₄) y otros artificiales obtenidos con diferentes materiales y por diferentes métodos de imantación, como la inducción magnética, el frotamiento con un imán o por la acción de la corriente eléctrica. A los imanes comerciales se les da la forma más adecuada a su uso como cilindros, barras, botones, cintas, aros, discos y la clásica herradura.

Los imanes tienen siempre dos polos magnéticos, que son las zonas del imán donde la intensidad de las fuerzas magnéticas es mayor o expresado más correctamente donde existe una mayor concentración de líneas de fuerza. Estos polos se designan, al igual que los geográficos, como Norte y Sur y se encuentran cercanos a los extremos del imán. Polos de igual nombre se rechazan y de diferente nombre se atraen.

Espectro magnético. Wikipedia

Se llama campo magnético a la zona del espacio que rodea al imán donde este manifiesta su acción magnética. Es un campo de fuerzas a distancia que se hace visible mediante un espectro magnético y en el cual pueden apreciarse entonces las líneas de fuerzas.

Se llama espectro magnético a la representación del campo de un imán que se logra generalmente esparciendo limaduras finas de hierro sobre una lámina no magnética colocada sobre el imán.

Se llaman líneas de fuerza del campo magnético a la trayectoria imaginaria que seguiría un polo norte aislado si se lo libera dentro del campo magnético. Estas líneas de fuerza son apreciables en el espectro magnético. Una aguja imantada colocada en el campo se orientará tangente a la línea de fuerza que pasa por ese lugar. Por convenio se considera entonces que una línea de fuerza sale del polo norte y se dirige al polo sur.

Se llama línea o zona neutral a la línea central, equidistante de ambos polos donde la acción magnética es mínima.

Se llama imantación o magnetización, al fenómeno en el que un cuerpo se transforma artificialmente en un imán. Este proceso puede producirse por inducción, frotamiento o electromagnetismo.

Se llama inducción magnética al fenómeno por el que un material, por el sólo hecho de estar inmerso en un campo magnético, o en las cercanías de un imán, se magnetiza.

Se llaman fuerzas magnéticas a las fuerzas de atracción o de repulsión entre dos imanes.

Se llama energía magnética a la energía potencial o cinética que tiene un cuerpo al ser atraído o movido por las fuerzas magnéticas.

MATERIALES MAGNÉTICOS:

Casi todos los materiales, en mayor o menor medida, pueden ser influenciados por un campo magnético, sin embargo existen algunas diferencias notables que nos permiten clasificarlos en tres grandes grupos.

Se llama permeabilidad magnética a la propiedad que tienen las sustancias de dejarse atravesar por las líneas de fuerza de un campo magnético. De acuerdo con esta propiedad las sustancias pueden ser: Ferromagnéticas, las que tienen permeabilidad alta y por lo tanto son fácilmente atravesadas por las líneas de fuerza, estas sustancias son fuertemente atraídas por el imán, el ejemplo más claro es el hierro, de donde deriva su nombre.  Paramagnéticas, las que tienen permeabilidad similar al vacío (aproximadamente 1) y ejercen muy poca influencia sobre las líneas de fuerza de campo, en general nos parecerá que el imán no las atrae, son ejemplos comunes el vidrio, el agua, el aluminio, etc.  Diamagnéticas, cuando la permeabilidad es menor que 1 y por lo tanto se resisten a ser atravesadas por el campo, tienden a orientarse transversales a las líneas de fuerza aunque en general este efecto es poco perceptible, son ejemplos comunes el bismuto y los metales del grupo 11 de la Tabla Periódica: oro, plata, cobre.

 TEORÍA DE LOS IMANES MOLECULARES O DOMINIOS MAGNÉTICOS

Los polos de un imán no se pueden separar, si dividimos un imán, en la fractura se formarán dos nuevos polos opuestos, el imán más chico es un dipolo siempre. 

 Hoy se sabe que los electrones periféricos de los átomos rotan y generan un campo magnético propio. Este campo puede estar compensado o no por el de otros electrones cercanos, cuando no lo está, el átomo será magnético. Estos átomos tienden a unirse con otros cercanos en la misma orientación magnética. Se llama dominio magnético a este conjunto de dipolos atómicos permanentes orientados en la misma dirección. Estos dominios están generalmente dispuestos de forma aleatoria y por lo tanto el cuerpo resultante no es un imán, pero si se ordenan todos con sus polos iguales hacia el mismo lado, el conjunto tendrá una polaridad marcada y será un imán. En el caso de los imanes naturales como la magnetita, se entiende que estos dominios se fueron orientando según el campo magnético terrestre mientras la lava volcánica originaria se iba solidificando. Los materiales ferromagnéticos son los que presentan dominios magnéticos fáciles de ordenar por acción de un campo externo y en esto consiste la imantación por inducción.

LEY DE COULOMB PARA EL MAGNETISMO

Estudiando las fuerzas entre cargas eléctricas, Charles Coulomb realizó mediciones precisas con una balanza de torsión hasta encontrar la relación entre las fuerzas de atracción y repulsión y la cantidad de carga eléctrica de los cuerpos y expresó esta relación en la ley que lleva su nombre y que estudiaremos en el capítulo correspondiente a la Electrostática. Esta ley se hizo extensiva a las atracciones magnéticas haciéndose necesario definir el concepto de masa magnética, similar al de carga eléctrica.

La masa magnética es la magnitud que expresa la cantidad de magnetismo que tiene un cuerpo.

De acuerdo con este concepto, la ley de Coulomb para fuerzas magnéticas sostiene que : “La fuerza de atracción o de repulsión entre dos masas magnéticas es directamente proporcional al producto de esas masas e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que las separa.”  En símbolos:   

En donde m₁ y m₂ son las masas magnéticas que se atraen y d es la distancia entre ellas. k es una constante que depende de la permeabilidad del medio; k = 1 para el vacío en el sistema internacional de unidades.

  

MAGETISMO TERRESTRE

La tierra es un gran imán y como tal, tiene dos polos y un campo magnético con líneas de fuerza que la rodean.

Los polos magnéticos terrestres no coinciden con los polos geográficos, sino que se encuentran a más de 1000 km de distancia y a cierta profundidad bajo la superficie. Además por algunas razones históricas, sus nombres están invertidos, es decir que, cercano al polo norte geográfico se encuentra en realidad el polo sur magnético, porque se llama polo norte de la brújula, al que indica hacia el norte geográfico, y sabemos que debe ser atraído por el polo opuesto. De la misma manera, el polo norte magnético es el que se encuentra cercano al polo sur geográfico.

Las líneas de fuerza del campo magnético terrestre rodean a la Tierra y pueden interactuar con partículas eléctricas que llegan desde el sol, desviándolas hacia los polos donde se producen las Auroras boreales y australes. Algunas aves migratorias pueden orientarse en sus vuelos por estas líneas de fuerza, pero la manifestación más conocida de este campo es la orientación de la brújula.

La brújula o compás magnético está compuesta básicamente por una aguja imantada que puede girar sobre un eje vertical y se orienta en el campo magnético terrestre. Esta aguja viene montada en cajas especiales que llevan adosada la Rosa de los Vientos con los puntos cardinales. Los compases de navegación tienen suspensión cardánica, lo que significa que pueden girar libremente sobre tres ejes en cualquier dirección. La brújula se orienta tangencialmente a las líneas de fuerza del campo magnético que en la mayor parte del planeta es aproximada a la dirección del meridiano del lugar. Sin embargo el campo magnético terrestre no es uniforme ni permanente, sino que tiene alteraciones de distinto tipo:

- Las alteraciones seculares tienen que ver con el lento corrimiento de los polos magnéticos terrestres que se desplazan actualmente a razón de uno 40 km por año.

- Las inversiones tienen que ver con largos períodos de tiempo (cientos de miles de años) durante los cuales el campo disminuye de intensidad hasta desaparecer y luego volver a aparecer invertido. la última inversión se produjo hace 780.000 años.

Las alteraciones temporales tienen relación con las tormentas solares que influyen notablemente sobre el campo magnético terrestre cuando se producen.

Las alteraciones locales tienen relación con depósitos de minerales magnéticos en una determinada región que alteran el campo en ese lugar.

La brújula presente entonces dos desviaciones que deben tenerse en cuenta: la inclinación y la declinación. La inclinación magnética es el ángulo que forma la brújula con la línea horizontal del lugar y se debe a la profundidad de los polos magnéticos bajo la superficie terrestre, que hace que, en el hemisferio norte la punta de la brújula tienda a inclinarse hacia abajo y en el hemisferio sur hacia arriba. Sólo en el ecuador magnético, que se encuentra próximo al ecuador geográfico, la brújula se mantiene perfectamente horizontal; en los polos magnéticos la inclinación de la brújula es de 90º, es decir que adquiere un aposición vertical. La declinación magnética es el ángulo que forma la brújula con el meridiano geográfico del lugar y se debe a que los polos magnéticos no coinciden con los polos geográficos. Esta declinación está tabulada en tablas de navegación para cada región del planeta, pero varía con los años. El ángulo de declinación puede variar desde 0º en las zonas que son agónicas, es decir que el meridiano geográfico coincide con las líneas de fuerza del campo magnético, hasta 180 º en las zonas cercanas a los polos donde la brújula pierde su efectividad.

QUÉ ES EL ELECTROMAGNETISMO Texto José Antonio E. García Álvarez Contenido: ¾ Magnetismo e imanes permanentes – Inducción magnética – Electromagnetismo – Metales ferromagnéticos MAGNETISMO Desde el siglo VI a. C. ya se conocía que el óxido ferroso-férrico, al que los antiguos llamaron magnetita, poseía la propiedad de atraer partículas de hierro. Hoy en día la magnetita se conoce como imán natural y a la propiedad que tiene de atraer los metales se le denomina “magnetismo”. Los chinos fueron los primeros en descubrir que cuando se le permitía a un trozo de magnetita girar libremente, ésta señalaba siempre a una misma dirección; sin embargo, hasta mucho tiempo después esa característica no se aprovechó como medio de orientación. Los primeros que le dieron uso práctico a la magnetita en función de brújula para orientarse durante la navegación fueron los árabes. Como todos sabemos, la Tierra constituye un gigantesco imán natural; por tanto, la magnetita o cualquier otro tipo de imán o elemento magnético que gire libremente sobre un plano paralelo a su superficie, tal como lo hace una brújula, apuntará siempre al polo norte magnético. Como aclaración hay que diferenciar el polo norte magnético de la Tierra del Polo Norte geográfico. El Polo Norte geográfico es el punto donde coinciden todos los meridianos que dividen la Tierra, al igual que ocurre con el Polo Sur. Sin embargo, el polo norte magnético se encuentra situado a 1 200 kilómetos de distancia del norte geográfico, en las coordenadas 78º 50´ N (latitud Norte) y 104º 40´ W (longitud Oeste), aproximadamente sobre la isla Amund Ringness, lugar hacia donde apunta siempre la aguja de la brújula y no hacia el norte geográfico, como algunas personas erróneamente creen. IMANES PERMANENTES Cualquier tipo de imán, ya sea natural o artificial, posee dos polos perfectamente diferenciados: uno denominado polo norte y el otro denominado polo sur. 2 Una de las características principales que distingue a los imanes es la fuerza de atracción o repulsión que ejercen sobre otros metales las líneas magnéticas que se forman entre sus polos. Cuando enfrentamos dos o más imanes independientes y acercamos cada uno de ellos por sus extremos, si los polos que se enfrentan tienen diferente polaridad se atraen (por ejemplo, polo norte con polo sur), pero si las polaridades son las mismas (polo norte con norte, o polo sur con sur), se rechazan. Cuando aproximamos los polos de dos imanes, de inmediato se establecen un determinado número de líneas de fuerza magnéticas de atracción o de repulsión, que actúan directamente sobre los polos enfrentados. Las líneas de fuerza de atracción o repulsión que se establecen entre esos polos son invisibles, pero su existencia se puede comprobar visualmente si espolvoreamos limallas de hierro sobre un papel o cartulina y la colocamos encima de uno o más imanes. INDUCCIÓN MAGNÉTICA Si cogemos un alambre de cobre o conductor de cobre, ya sea con forro aislante o sin éste, y lo movemos de un lado a otro entre los polos diferentes de dos imanes, de forma tal que atraviese y corte sus líneas de fuerza magnéticas, en dicho alambre se generará por inducción una pequeña fuerza electromotriz (FEM), que es posible medir con un galvanómetro, instrumento semejante a un voltímetro, que se utiliza para detectar pequeñas tensiones o voltajes. Este fenómeno físico, conocido como "inducción magnética" se origina cuando el conductor corta las líneas de fuerza magnéticas del imán, lo que provoca que las cargas eléctricas contenidas en el metal del alambre de cobre (que hasta ese momento se encontraban en reposo), se pongan en movimiento creando un flujo de corriente eléctrica. Es preciso aclarar que el fenómeno de inducción magnética sólo se produce cada vez que movemos el conductor a través de las líneas de fuerza magnética. Sin embargo, si mantenemos sin 3 mover el alambre dentro del campo magnéticos procedente de los polos de los dos imanes, no se inducirá corriente alguna. En esa propiedad de inducir corriente eléctrica cuando se mueve un conductor dentro de un campo magnético, se basa el principio de funcionamiento de los generadores de corriente eléctrica. Ahora bien, si en vez de moverlo colocáramos el mismo conductor de cobre dentro del campo magnético de los dos imanes y aplicamos una diferencia de potencial, tensión o voltaje en sus extremos, como una batería, por ejemplo, el campo magnético que produce la corriente eléctrica alrededor del conductor al circular a través del mismo, provocará que las líneas de fuerza o campo magnético de los imanes lo rechacen. De esa forma el conductor se moverá hacia un lado o hacia otro, en dependencia del sentido de circulación que tenga la corriente, provocando que rechace el campo magnético y trate de alejarse de su influencia. El campo magnético que se crea alrededor del alambre de cobre o conductor cuando fluye la corriente eléctrica, hace que éste se comporte también como si fuera un imán y en esa propiedad se basa el principio de funcionamiento de los motores eléctricos. En la actualidad la magnetita no se emplea como imán, pues se pueden fabricar imanes permanentes artificiales de forma industrial a menor costo. En la actualidad se fabrican imanes permanentes artificiales, para su empleo, por ejemplo, en la fabricación de altavoces para equipos de audio, dinamos para el alumbrado en las bicicletas, pequeños motores para uso en juguetes o en equipos electrónicos, en la junta hermética de la puerta de los frigoríficos y, por supuesto, en la fabricación de brújulas. ELECTROMAGNETISMO En 1820 el físico danés Hans Christian Oerted descubrió que entre el magnetismo y las cargas de la corriente eléctrica que fluye por un conductor existía una estrecha relación. Cuando eso ocurre, las cargas eléctricas o electrones que se 4 encuentran en movimiento en esos momentos, originan la aparición de un campo magnético tal a su alrededor, que puede desviar la aguja de una brújula. Si cogemos un trozo de alambre de cobre desnudo, recubierto con barniz aislante y lo enrollamos en forma de espiral, habremos creado un solenoide con núcleo de aire. Si a ese solenoide le aplicamos una tensión o voltaje, desde el mismo momento que la corriente comienza a fluir por las espiras del alambre de cobre, creará un campo magnético más intenso que el que se origina en el conductor normal de un circuito eléctrico cualquiera cuando se encuentra extendido, sin formar espiras. Después, si a esa misma bobina con núcleo de aire le introducimos un trozo de metal como el hierro, ese núcleo, ahora metálico, provocará que se intensifique el campo magnético y actuará como un imán eléctrico (o electroimán), con el que se podrán atraer diferentes objetos metálicos durante todo el tiempo que la corriente eléctrica se mantenga circulando por las espiras del enrollado de alambre de cobre. Cuando el flujo de corriente eléctrica que circula a través del enrollado de cobre cesa, el magnetismo deberá desaparecer de inmediato, así como el efecto de atracción magnética que ejerce el núcleo de hierro sobre otros metales. Esto no siempre sucede así, porque depende en gran medida de las características del metal de hierro que se haya empleado como núcleo del electroimán, pues en algunos casos queda lo que se denomina "magnetismo remanente" por un tiempo más o menos prolongado después de haberse interrumpido totalmente el suministro de corriente eléctrica. METALES FERROMAGNÉTICOS La mayoría de los cuerpos existentes en la naturaleza presentan una estructura molecular en la que reina el más absoluto desorden y no se pueden magnetizar. Sin embargo existen también algunos metales en los que sus átomos pueden actuar esporádicamente como imanes elementales, alineándose como tales si se someten a la influencia de un campo magnético. Cuando eso ocurre se magnetizan, convirtiéndose en un imán temporal, o en un imán permanente. 5 Los metales que se magnetizan con facilidad reciben el nombre de “paramagnéticos” y los que no se magnetizan o son difíciles de magnetizar se denominan “diamagnéticos”. Entre los “paramagnéticos” los metales más fáciles de magnetizar se denominan “ferromagnéticos”, debido a que fue en el hierro (ferro) el metal en el que se detectó por primera vez esa propiedad. Pero además del hierro se consideran también ferromagnéticos otros metales como el níquel, el cobalto y algunos compuestos especiales. La fuerza magnética de un electroimán se puede incrementar de varias formas, como por ejemplo: a) añadiendo más espiras de alambre enrollado alrededor del núcleo metálico; b) incrementando el flujo de corriente; c) elevando la tensión o voltaje aplicado al propio enrollado. Hay metales que se pueden magnetizar de forma permanente y otros que sólo lo permiten de forma transitoria cuando lo afecta un campo magnético cualquiera, ya sea procedente de un imán permanente o de un electroimán. Los electroimanes generalmente pierden el magnetismo y regresan a su estado original en cuanto se les saca del área de influencia de un campo magnético. No obstante, existen algunos metales que demoran algún tiempo en perder el magnetismo. En esos casos se dice que al metal le queda “magnetismo remanente”. Los electroimanes pueden ser de diferentes tamaños y formas según el uso al que se destinen. Los más pequeños se emplean, por ejemplo, para construir timbres de aviso o alarma, relés para diferentes funciones, interruptores automáticos de corriente, altavoces, cabezales de grabadoras de audio y vídeo, cabezales de lectura-escritura de disquetes, etc. Los de mayor tamaño se emplean en grúas para levantar metales o chatarra. En Alemania y Japón existen trenes que funcionan por levitación magnética llamados “Maglev”. Esos trenes emplean poderosos electroimanes que les permiten levantarse o “levitar” por encima de los rieles, por lo que llegan a desarrollar velocidades de unos 500 kilómetros por hora (aproximadamente 300 millas por hora) pues al no tener casi contacto directo el cuerpo del tren con los rieles, no existe prácticamente pérdidas de energía por fricción. El electromagnetismo encuentra también aplicación en los transformadores de corriente eléctrica para elevar o disminuir la tensión o voltaje que requieren diferentes los dispositivos eléctricos que empleamos diariamente, tanto en los centros de trabajo como en el hogar.

CUANDO EL MAGNETISMO Y LA ELECTRICIDAD MARCHAN JUNTOS

Sin duda alguna los fenómenos magnéticos son sumamente interesantes, tanto que sus efectos parecen ser producto de la magia o del encantamiento.

Quizá lo más extraño del magnetismo radica en que sus efectos no se localizan dentro del imán, o del cuerpo magnetizado, sino que sus propiedades magnéticas se prolongan, fuera de él, en el espacio mismo. Por tal razón se dice que el imán crea a su alrededor un campo magnético.

Una experiencia sencilla es la de visualizar un campo magnético. Basta poseer un imán y colocar sobre el mismo una lámina de cartón espolvoreada con limaduras de hierro. Las limaduras fácilmente se orientan, si se dan unos golpecitos sobre el cartón, y nos muestran esos conocidos dibujos, los espectros magnéticos, que representan el campo de un imán.

Los hombres conocieron las maravillas de la piedra imán hace muchísimos siglos; sin embargo, el magnetismo comenzó a ser visto con distintos ojos desde que se encontró su relación con la electricidad. Desde entonces su importancia creció con notable celeridad.

Hasta 1820 los físicos no habían podido hallar una relación o un hecho que vinculase estos dos fenómenos. Había mucha analogía en la conducta de ambos y esto hacía que se sospechase la existencia de alguna misteriosa vinculación, pero ¿cuál era? Por otra parte se había observado que las brújulas magnéticas eran perturbadas por las descargas de rayos, que no son otra cosa que chispas eléctricas, pero faltaba el “fenómeno de laboratorio” que diera su palabra confirmatoria en lo experimental.

Veamos ahora cómo ocurrió un hecho muy gracioso que aclaró el misterio. El físico danés Juan Cristian Oersted, de la Universidad de Copenhague, se disponía a demostrar en su clase que la electricidad no tenía ningún efecto sobre el magnetismo. Iba a realizar su demostración por medio de una pila y una brújula, pues, como bien lo sabía Oersted, si se acercaba la brújula a los polos de la pila, no ocurría nada. Pero he aquí que ocurre lo sorpresivo, pues, por casualidad, Oersted unió los dos alambres que venían de los polos de la pila, e inmediatamente, para asombro de profesor y alumnos, la brújula se movió.

Así pues, Oersted demostró lo contrario de lo que se proponía, pero realizó un gran descubrimiento.

Esta experiencia, que también puede ser realizada por ustedes, es muy sencilla. Pueden observar que si se cambian las conexiones en la pila, es decir, si se invierten los polos, la brújula consecuentemente se desvía en dirección contraria.

TRABAJO ESPECIAL PARA LA ALUMNA DE LA ESCUELA SECUNDARIA NO. 18

SOLEDAD ANAYA SOLORZANO.

LORA CHI MICHELLE VERONICA

LORA TE VAS A DIRIGIR AL SIGUIENTE LINK, IMPRIMES Y ENGARGOLAS EL CUADERNO DE TRABAJO PARA QUE ME LO PUEDAS ENTREGAR, EL LINK ES:

https://coleccion.siaeducacion.org/sites/default/files/files/quimica.pdf

VAS A CONTESTAR DESDE LA PAGINA 6 A LA 51 PARA EVALUACIÓN DEL SEGUNDO TRIMESTRE. ENTREGA EL DÍA 2 DE MARZO DEL 2020.

GRACIAS