Magnetismo

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Nota de desambiguación.svg Desambiguación : si está buscando el significado terapéutico del magnetismo, consulte mesmerismo .
Las líneas de fuerza de un campo magnético generado por un imán (resaltadas al rociar limaduras de hierro en una hoja de papel colocada sobre el imán).

En física , el magnetismo es el fenómeno por el cual algunos materiales son capaces de atraer hierro y transmitir esta capacidad a otros materiales.

Por extensión semántica , el magnetismo es también la rama de la física relacionada con el fenómeno antes mencionado. En particular, para los fenómenos estacionarios, es decir, no variables en el tiempo, hablamos más específicamente de magnetostática (que tiene algunas analogías formales con la electrostática cuando las densidades de corriente eléctrica se sustituyen por distribuciones de carga eléctrica ).

Para los fenómenos dependientes del tiempo, por otro lado, los campos eléctrico y magnético se influyen mutuamente. Como resultado de los estudios realizados durante la primera mitad del siglo XIX por Oester , Ampère , Faraday y muchos otros, en 1864 el científico británico James Clerk Maxwell obtuvo una descripción unificada de los dos campos dentro de la teoría del electromagnetismo clásico. o la electrodinámica clásica .

Fondo

Frontispicio de De Magnete de William Gilbert .

La existencia de un magnetismo natural ya era conocida por los antiguos griegos ( siglos V - VI aC ), pero probablemente todavía se había descubierto anteriormente en la antigua China donde, se dice, se usaba un prototipo rudimentario de una brújula magnética. Parece que Arquímedes (287-212 a. C.) intentó magnetizar las espadas del ejército siracusano para desarmar más fácilmente a los enemigos. [ cita requerida ] Plinio el Viejo , en su Historia Naturalis , atribuye la etimología del término "imán" a un pastor cretense llamado "Magnes", quien accidentalmente descubrió las propiedades de la magnetita colocando su palo con punta de hierro sobre ella. [1]

Lo que es seguro, sin embargo, es que los antiguos habían descubierto la capacidad de algunos minerales (como la magnetita ) para atraer limaduras de hierro o pequeños objetos ferrosos. De manera similar, Titus Lucretius Carus (99 aC - 55 aC) en De rerum natura habla de un curioso experimento electromagnético observado en Samotracia (VI, o 1042-1048): "También sucede, a veces, que la naturaleza se aleja de esta piedra del Hierro, solía huir y seguirse. También he visto aros de hierro de Samotracia sacudirse y limaduras de hierro rugiendo en las vasijas de bronce, debajo de las cuales se había colocado el imán: tanto el hierro muestra impaciencia por escapar de la piedra. Se crea mucha discordia sobre la interposición del bronce [...] ". [2] Esta capacidad de ejercer una fuerza a distancia le ha dado al magnetismo un significado particular a lo largo de los siglos. Incluso hoy en día, en el siglo XXI , a veces todavía escuchamos acerca de las fuerzas magnéticas, lo que sugiere un significado arcano y misterioso.

El estudio medieval más importante sobre el tema es sin duda la "epistola de magnete" de Pietro Peregrino de Maricourt (de 1296 ), [1] que, entre otras cosas, introduce el concepto y la terminología de los dos polos (norte y sur) del imán. ., explica cómo determinar con precisión su posición, describe sus interacciones recíprocas, atractivas y repulsivas, y propone el experimento del imán roto. En 1600 apareció "De magnete" de William Gilbert , que durante mucho tiempo fue el texto de referencia sobre el tema del magnetismo. Los primeros estudios cuantitativos sobre fenómenos magnetostáticos se remontan a finales del siglo XVIII , principios del siglo XIX por los franceses Biot y Savart y, posteriormente, por Ampère también en Francia.

Descripción

Polos magnéticos

Los polos magnéticos ("Norte" y "Sur") de un imán (indicados respectivamente con las letras "N" y "S").

De manera similar al caso electrostático, el magnetismo también identifica dos fuentes de campo de naturaleza opuesta que se definen convencionalmente como polos . La forma en que dos cargas opuestas se atraen y dos cargas similares se repelen es lo mismo para los polos magnéticos. Usando la Tierra como un imán de referencia, hablaremos de los polos norte y sur , en particular, el polo norte geográfico corresponde aproximadamente al polo sur magnético y viceversa. Una propiedad interesante de los imanes naturales es que siempre tienen un polo norte y uno sur. Si divide un imán en dos partes, tratando de "separar" los dos polos, obtendrá dos imanes completamente similares (cada uno con un par de polos opuestos).

Dado que el proceso puede continuar conceptualmente indefinidamente, es concebible que el magnetismo natural se origine en las propiedades atómicas de la materia. De hecho, considerando cada electrón orbital como una bobina microscópica atravesada por la corriente y teniendo en cuenta también el momento de giro , se puede entender que colectivamente estos pueden contribuir, en un medio material, a presentar un campo magnético macroscópicamente observable. En realidad hay que tener en cuenta que los movimientos de agitación térmica tienden, en general, a disponer aleatoriamente todos estos dipolos magnéticos microscópicos, de modo que normalmente el efecto magnético global es cero. Solo en algunos minerales, los imanes naturales, los micromagnetinos se autoorganizan según direcciones comunes, formando las denominadas regiones o dominios de Weiss en una escala macroscópica con dipolos todos orientados en la misma dirección.

Unidad de medida

En el Sistema Internacional la unidad de medida del campo de inducción magnética B es el tesla (símbolo T), mientras que para el campo magnético H se utiliza el amperio / metro (A / m). En el antiguo sistema CGS, la intensidad del campo magnético se mide en oersteds y el campo de densidad de flujo magnético se mide en gauss .

Monopolios magnéticos libres

Hasta la fecha, los monopolos magnéticos libres nunca se han observado experimentalmente, aunque teóricamente lo predijeron Dirac y Majorana en la década de 1930 . Esto le da una propiedad particular a las líneas de fuerza del campo magnético: siempre están cerradas y el flujo del campo a través de cualquier superficie cerrada es cero. Se puede demostrar que de esto se sigue que el campo magnético tiene el mismo flujo a través de todas las superficies que se apoyan en la misma curva cerrada. Un campo vectorial con esta interesante propiedad también se llama solenoide . En septiembre de 2009, sin embargo, se aisló en una estructura molecular cristalina, un cuasi-monopolo magnético. [3]

Magnetismo terrestre

Particularmente relevante es la existencia de un magnetismo terrestre . Nuestro planeta tiene de hecho un magnetismo débil (de 25 a 65 microtesla) con una distribución de campo aproximadamente equivalente a la generada por un dipolo magnético dispuesto a lo largo del Polo Norte - Polo Sur que varía lentamente con el tiempo. El Polo Norte magnético se encuentra desplazado a unos 1.000 km del geográfico y actualmente se encuentra en territorio canadiense . La definición de polos norte y sur está vinculada a la propiedad de una aguja magnética libre de rotar sin fricción alrededor de su centro de gravedad para organizarse a lo largo de las líneas del campo de fuerza antes mencionado. Por lo tanto, al definir el polo magnético de tipo "norte" como el de la aguja de la brújula que apunta al norte, se deduce que el polo norte de la Tierra es en realidad un polo sur magnético y viceversa.

Magnetismo de materiales

Icono de lupa mgx2.svg El mismo tema en detalle: Polarización magnética .

Un material sometido a un campo magnético externo puede tener diferentes comportamientos.

Diamagnetismo

Icono de lupa mgx2.svg El mismo tema en detalle: Diamagnetismo .

Los materiales diamagnéticos se caracterizan por el hecho de que en presencia de un campo magnético externo la magnetización tiene la dirección opuesta con respecto al campo externo, por lo que estos materiales son débilmente "rechazados".

En la experiencia común, las sustancias que muestran un comportamiento diamagnético son el agua , la mayoría de las sustancias orgánicas ( ADN , aceites , plásticos ) y algunos metales como el mercurio , el oro , el cobre , la plata y el bismuto .

Paramagnetismo

Icono de lupa mgx2.svg Mismo tema en detalle: Paramagnetismo .

Los materiales paramagnéticos se caracterizan por el hecho de que en presencia de un campo magnético externo la magnetización tiene la misma dirección que el campo externo y por lo tanto son atraídos hacia él.

Ejemplos de materiales paramagnéticos son el aire y el aluminio .

Ferromagnetismo

Icono de lupa mgx2.svg Mismo tema en detalle: Ferromagnetismo .

Los materiales ferromagnéticos se caracterizan por el hecho de que se magnetizan muy intensamente bajo la acción de un campo magnético externo y permanecen magnetizados durante mucho tiempo cuando el campo se cancela, convirtiéndose así en imanes . Esta propiedad se mantiene solo por debajo de una cierta temperatura , llamada temperatura de Curie , por encima de la cual el material se comporta como un material paramagnético. Para el hierro , por ejemplo, esta temperatura ronda los 770 ° C.

Antiferromagnetismo

Icono de lupa mgx2.svg Mismo tema en detalle: Antiferromagnetismo .

Los materiales ferromagnéticos se caracterizan por presentar un aparente comportamiento neutro bajo la acción de un campo magnético externo, al menos hasta una determinada temperatura crítica, denominada Néel , más allá de la cual presentan un comportamiento paramagnético.

Un ejemplo típico es el dióxido de manganeso (MnO 2 ).

Este comportamiento se debe a la alineación antiparalela de los momentos magnéticos de los átomos en el material, a diferencia del caso ferromagnético donde la alineación es paralela, y que anula por completo el campo externo.

Ferrimagnetismo

Icono de lupa mgx2.svg Mismo tema en detalle: Ferrimagnetismo .

Los materiales ferrimagnéticos tienen una estructura similar a los antiferromagnéticos pero en ellos la alineación antiparalela de los momentos magnéticos atómicos no es perfecta y el campo externo no se cancela, produciendo un comportamiento similar al de los materiales ferromagnéticos.

Nota

  1. ^ a b Paolo Manzelli, Breve historia del magnetismo y la electricidad
  2. Tito Lucretius Caro, VI, 1042-1048 , en Armando Fellin (editado por), De rerum natura , Turin, UTET, 2004, p. 473.
  3. ^ La primera vez de los monopolos magnéticos - Las ciencias

Artículos relacionados

enlaces externos

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