Descubre qué es exactamente la teoría del magnetismo
El magnetismo se refiere a una serie de sucesos físicos que se producen gracias a la presencia de campos magnéticos. Estos campos pueden ser originados por corrientes eléctricas o por la polarización magnética de las partículas que conforman los materiales. Todo esto se engloba dentro del amplio ámbito del electromagnetismo y su estudio es abordado por la física del magnetismo.
La fuerza magnética magnetismo y potencia del campo magnético
El campo magnético se puede definir como la perturbación producida por un imán en la región que lo rodea. Este se puede representar mediante las líneas de campo, que salen del polo norte y entran por el polo sur en el exterior del imán, y que se comportan de manera inversa en su interior. Dichas líneas no se cruzan y se alejan unas de otras y del imán, tangencialmente a la dirección del campo en cada punto.
Estas líneas de fuerza conforman el circuito magnético, y la cantidad que las forma recibe el nombre de flujo magnético. Vale destacar que su intensidad es inversamente proporcional al espacio entre las líneas, es decir, a menor espacio, mayor intensidad.
En un campo magnético uniforme, la densidad de flujo de campo magnético que atraviesa una superficie plana y perpendicular a las líneas de fuerza se mantiene constante y se puede calcular mediante la siguiente fórmula:
La fuerza magnética generada por una corriente eléctrica
El valor del campo magnético generado en un punto está condicionado por diversos elementos: la intensidad de la corriente eléctrica, la distancia del punto al conductor y la configuración del conductor por el que circula la corriente eléctrica.
Para calcular la dirección y sentido del campo magnético se puede utilizar la regla de la mano derecha. Tal y como se aprecia en la ilustración, al extender la mano y apuntar con el dedo pulgar en la dirección de la corriente, la curvatura de los demás dedos indica el sentido del campo magnético.
En caso de tener un conductor con forma de espiral, el campo magnético será discurriendo en forma circular. La dirección y el sentido del campo magnético dependen de la dirección de la corriente eléctrica.
Tipos de materiales magnéticos
Clasificación de las propiedades magnéticas en materialesLos materiales magnéticos se clasifican de diversas formas, entre las que se destaca una basada en su reacción ante un campo magnético. Según esta clasificación, existen tres tipos de materiales: diamagnéticos, paramagnéticos y ferromagnéticos.
Un material diamagnético reacciona ante un campo magnético produciendo un momento magnético de sentido contrario al del campo. Esta propiedad se debe a las corrientes eléctricas inducidas en átomos y moléculas individuales, que generan un momento magnético en sentido opuesto al campo. Es importante destacar que muchos materiales presentan este tipo de magnetismo, aunque algunos lo manifiestan con mayor intensidad, como por ejemplo...
También existe un comportamiento paramagnético en ciertos materiales, que se produce cuando el campo magnético alinea los momentos magnéticos ya presentes en los átomos o moléculas del material. Esta alineación genera un momento magnético global que se suma al campo externo. Los metales de transición y los lantánidos con electrones no emparejados son característicos de este tipo de magnetismo. Además, en sustancias no metálicas, se suele notar una dependencia con la temperatura, ya que a medida que aumenta, resulta más complicado alinear los momentos atómicos.
Por último, están las sustancias ferromagnéticas, como el hierro, que poseen un momento magnético aun cuando no hay un campo externo. Este efecto se debe a una fuerte interacción entre los momentos magnéticos de los átomos o electrones del material, que los hacen alinearse en paralelo. Se sabe que los materiales ferromagnéticos están divididos en regiones llamadas dominios, en las que los momentos magnéticos están alineados entre sí en una misma dirección. Sin embargo, entre los distintos dominios, los momentos pueden apuntar en diferentes direcciones. Aunque en un trozo de hierro común no haya un momento magnético total, es posible encontrar materiales ferromagnéticos con un momento magnético permanente.
Qué es el magnetismo
Cuando se habla de magnetismo y energía magnética, se hace referencia a uno de los dos componentes de la radiación electromagnética. Junto con la electricidad, estos dos elementos se manifiestan a través de fuerzas de atracción o repulsión entre ciertos tipos de materiales y un campo de energía magnética (también conocido como campo magnético).
Cabe destacar que aunque todas las sustancias son afectadas por el magnetismo, no todas lo hacen de la misma manera. Algunos materiales, como ciertos metales ferromagnéticos como el hierro, níquel, cobalto y sus aleaciones, son más susceptibles a él y por lo tanto pueden actuar como imanes. Estos pueden ser tanto naturales como artificiales, por ejemplo, cuando la electricidad actúa sobre ciertos materiales y los convierte en electroimanes.
La mayoría de los imanes son conocidos como dipolos magnéticos, es decir, poseen un polo positivo y un polo negativo. Cada uno de estos polos ejerce una fuerza sobre otros imanes o materiales ferromagnéticos que se encuentran dentro de su área de acción. Esta fuerza sigue una ley que establece que los polos del mismo tipo se repelen, mientras que los polos opuestos se atraen.
Etimologíaeditar
El origen del término «magnetismo» proviene del griego «μαγνῆτις λίθος» (magnētis lithos), que se traduce como «piedra de Magnesia». Esto hace referencia a la magnetita, un mineral de hierro con propiedades ferromagnéticas.
La magnetita es un mineral que, además de ser muy común, tiene la capacidad de atraer objetos metálicos. Por esta razón, fue ampliamente utilizada por los antiguos para crear herramientas y objetos útiles. De hecho, se cree que ya en la edad de piedra era conocida su propiedad magnética.
En la actualidad, se conoce que el magnetismo es la propiedad de atraer o repeler objetos cercanos, mediante su campo magnético. Este fenómeno es causado por la interacción entre partículas cargadas eléctricamente, como los electrones, que giran alrededor del núcleo en átomos y moléculas.
El magnetismo es un tema muy importante en la ciencia y la tecnología, ya que tiene numerosas aplicaciones en nuestra vida cotidiana. Desde los imanes utilizados en la nevera para colgar notas, hasta en la generación de energía eléctrica y en la tecnología de los dispositivos móviles, pasando por la creación de herramientas y máquinas industriales.
Historiaeditar
Los misterios del magnetismo eran conocidos desde la época de la antigua Grecia. Se dice que los primeros en observarlos fueron en la ciudad de Magnesia del Meandro, en Asia Menor, lo que dio origen al término "magnetismo". Los antiguos sabían que ciertas piedras, como la magnetita, tenían la capacidad de atraer al hierro, y que el propio hierro, atraído por estas piedras, podía a su vez atraer a otros objetos. A estas piedras se les llamó imanes naturales.
El filósofo griego Tales de Mileto, que vivió entre los años 625 a.C. y 545 a.C., fue el primero en estudiar el fenómeno del magnetismo.[1] En China, el primer registro de este fenómeno se encuentra en un manuscrito del siglo IV a.C. llamado "Libro del amo del valle del diablo", que dice: "La magnetita atrae al hierro o es atraída por este".[2] La primera mención de una aguja atraída por la magnetita se encuentra en un texto escrito entre los años 20 y 100 de nuestra era, que dice: "La magnetita atrae a la aguja".
El científico Shen Kua (1031-1095) escribió sobre la brújula de aguja magnética y perfeccionó la navegación utilizando el concepto astronómico del norte absoluto. Hacia el siglo XII, los chinos ya habían desarrollado suficientemente esta técnica para utilizarla en la navegación. El primer europeo en conseguir un avance significativo en el uso de la brújula fue Alexander Neckam, en 1187.
Origen cuánticomecánico del magnetismoeditar
Teoría cuántica y magnetismoLa física clásica puede explicar las heurísticas, pero el diamagnetismo, paramagnetismo y ferromagnetismo solo pueden ser comprendidos con la teoría cuántica. En 1927, Walter Heitler y Fritz London elaboraron un modelo exitoso que derivaba cómo las moléculas de hidrógeno se forman a partir de átomos de hidrógeno, centrándose en los núcleos A y B.
El magnetismo resultante no es obvio a primera vista, pero se puede explicar al examinar el producto final. Un electrón (r1) se encuentra en un orbital de hidrógeno centrado en el segundo núcleo, mientras que el segundo electrón gira alrededor del primero. Este fenómeno, conocido como "intercambio", es una expresión de la propiedad mecánico-cuántica que establece que las partículas con propiedades idénticas son indistinguibles.
El intercambio es esencial no solo para la formación de enlaces químicos, sino también para el magnetismo. Se utiliza el término "interacción de intercambio" para describir este concepto en el contexto del magnetismo, y juega un papel crucial en su origen.
La función de giro χ (s1, s2) es responsable del magnetismo y está regida por el principio de exclusión de Pauli. De acuerdo con este principio, un orbital simétrico (con un signo +) debe combinarse con una función de giro antisimétrica (con un signo -), y viceversa. En resumen:
- Un orbital simétrico se multiplica por una función de giro antisimétrica.
- Una función de giro simétrica se multiplica por un orbital antisimétrico.
Historia del magnetismo
Magnetismo: la fuerza invisible
El magnetismo es un poderoso fenómeno físico que se manifiesta cuando los objetos interactúan entre sí, ejerciendo fuerzas de atracción o repulsión. El mineral más comúnmente conocido por poseer esta propiedad es la magnetita, aunque todos los materiales son influenciados por la presencia de un campo magnético.
Antiguamente, los griegos ya eran conscientes de la existencia de los fenómenos magnéticos, aunque se creía que las magnetitas tenían propiedades curativas. En la actualidad, la ciencia ha demostrado otros usos más prácticos para los imanes, como la medición de la actividad cerebral mediante la magnetoencefalografía (MEG), o para reiniciar corazones como terapia de choque.
