El Magnetismo:1 – INTRODUCCIÓN:

Atracción del Imán, analizada con luz infrarroja.

El magnetismo, es uno de los aspectos del electromagnetismo, que es una de las fuerzas fundamentales de la naturaleza. Las fuerzas magnéticas son producidas por el movimiento de partículas cargadas, como por ejemplo electrones, lo que indica la estrecha relación entre la electricidad y el magnetismo. El marco que aúna ambas fuerzas se denomina teoría electromagnética). La manifestación más conocida del magnetismo es la fuerza de atracción o repulsión que actúa entre los materiales magnéticos como el hierro. Sin embargo, en toda la materia se pueden

observar efectos más sutiles del magnetismo. Recientemente, estos efectos han proporcionado claves importantes para comprender la estructura atómica de la materia.

2 - MAGNETISMO GEOGRÁFICO: EL POLO NORTE Y SUR MAGNÉTICO

La tierra, también presenta de manera natural el fenómeno del magnetismo, este fenómeno está representado en los campos o polos magnéticos.

Los polos magnéticos, son cualquiera de los dos puntos de la superficie de la Tierra hacia los que es atraído un extremo de la aguja de la brújula, mientras que el otro es repelido.

Los polos magnéticos se encuentran a una considerable distancia de los polos geográficos. El polo norte magnético se encuentra cerca de la isla de Bathurst, en el norte de Canadá, a unos 1.600 km del polo norte. El polo sur magnético se encuentra cerca de la Tierra Adelia de la Antártida, a unos 2.600 km del polo sur. El campo magnético en ambos polos es vertical. Los polos magnéticos cambian de posición con el tiempo, fenómeno conocido como deriva polar, y se ha dado el caso de que la deriva polar se invierta. A lo largo de la historia geológica, la polaridad del campo magnético de la Tierra se ha invertido periódicamente.

3 - MAGNETISMO METÁLICO: LOS IMANES

El imán, es una sustancia que, por condición natural o adquirida, tiene la propiedad de atraer al hierro.

La magnetita o piedra imán es un imán natural compuesto, fundamentalmente, de óxido de hierro (Fe3O4). Se puede imanar un trozo de hierro sometiéndolo a un campo magnético creado por un imán o por una corriente eléctrica (véase Magnetismo). El hierro dulce (hierro con muy bajo contenido en carbono) se convierte en un imán artificial que pierde su magnetismo cuando deja de estar en contacto con el primer imán (o, como en el caso de un electroimán, cuando deja de pasar la corriente eléctrica por el arrollamiento conductor). El acero imanado es un imán artificial permanente porque sí conserva su magnetismo.

Si un imán se coloca entre limaduras de hierro, éstas se agrupan alrededor de sus extremos o polos, llamados polo norte y polo sur. Si se fragmenta un imán, cada fragmento presenta de nuevo un polo norte y un polo sur.

4 – CARACTERÍSTICAS:

Las características del magnetismo son:

1 – Se mide en grados de magneticidad presentes tanto en elementos magnéticos y no magnéticos.

Tipo de material Características

No magnético No afecta el paso de las líneas de campo magnético.

Ejemplo: el vacío.

Diamagnético Material débilmente magnético. Si se sitúa una barra magnética cerca de él, ésta lo repele.

Ejemplo: Bismuto (Bi), Plata (Ag), Plomo (Pb), Agua.

Paramagnético Presenta un magnetismo significativo. Atraído por la barra magnética.

Ejemplo: Aire, Aluminio (Al), Paladio (Pd), Magneto molecular.

Ferromagnético Magnético por excelencia o fuertemente magnético. Atraído por la barra magnética.

Paramagnético por encima de la temperatura de Curie

(La temperatura de Curie del hierro metálico es aproximadamente unos 770 °C).

Antiferromagnético No magnético aún bajo acción de un campo magnético inducido.Ejemplo: óxido de manganeso (MnO ).2

Ferromagnético Menor grado magnético que los materiales ferromagnéticos.

Ejemplo: ferrita de hierro.

Superparamagnético Materiales ferromagnéticos suspendidos en una matriz dieléctrica.

Ejemplo: materiales utilizados en cintas de audio y video.

Ferritas Ferromagnético de baja conductividad eléctrica.

Ejemplo: utilizado como núcleo inductor para aplicaciones de corriente alterna.

2 - Este fenómeno está presente de manera natural (polo norte y sur natural) y metálica (piedras de magnetita e imanes de hierro).

3 - Este fenómeno puede ser inducido o potenciado por acción de la electricidad y los elementos nucleares (radiación gamma)

4 - Las unidades de medida del magnetismo son:

• Tesla [T] = unidad de campo magnético.

• Weber [Wb] = unidad de flujo magnético.

• Amperio [A] = unidad de corriente eléctrica, que genera campos magnéticos.

5 - LA FÍSICA DEL MAGNETISMO:

Campo magnético:

El fenómeno del magnetismo es ejercido por un campo magnético, por ejemplo, una corriente eléctrica o un dipolo magnético. El campo magnético imparte, al girar una fuerza eléctrica a otras partículas que están a su alrededor.

Por lo tanto en el magnetismo se observa siempre que partículas cargadas eléctricamente están en movimiento. Por ejemplo, del movimiento de electrones en una corriente eléctrica o en casos del movimiento orbital de los electrones alrededor del núcleo atómico.

Dipolos magnéticos:

El campo magnético, presenta dos polos de atracción, estos polos son el “polo sur” y el “polo norte", sus nombres se deben a que antes se usaban las agujas magnéticas como brújulas, que interactuaban con el campo magnético terrestre para indicar el norte y el sur del globo.

Un campo magnético contiene energía y sistemas físicos que se estabilizan con configuraciones de menor energía.

Por lo tanto, cuando se encuentra en un campo magnético, un dipolo magnético tiende a alinearse sólo con una polaridad diferente a la del campo, lo que cancela al campo lo máximo posible y disminuye la energía recolectada en el campo al mínimo. Por ejemplo, dos barras magnéticas idénticas pueden estar una a lado de otras normalmente alineadas de norte a sur, resultando en un campo magnético más pequeño y resistente a cualquier intento de reorientar todos sus puntos en una misma dirección.

El dipolo magnético, es observable en una brújula, pues la brújula interactúa con el campo magnético terrestre para indicar Norte y Sur.

.Dipolos magnéticos atómicos:

La causa física del magnetismo en los cuerpos, distinto a la corriente eléctrica, es por los dipolos atómicos magnéticos. Los dipolos magnéticos atómicos, en escala atómica, resultan ser dos tipos diferentes del movimiento de electrones. El primer movimiento, es el movimiento orbital del electrón sobre su núcleo atómico. El segundo movimiento, es mucho más fuerte, pues es la fuente del movimiento electrónico magnético, esto se debe a las propiedades cuánticas del dipolo magnético.(estas propiedad dice que el electrón no gira físicamente, ni orbitan el núcleo).

Por eso el movimiento magnético general de un átomo es la suma neta de todos los movimientos magnéticos de los electrones, esta propiedad descubierta en 1920 facilitó el desarrollo de la química nuclear.

6 - APLICACIONES:

En los últimos 100 años han surgido numerosas aplicaciones del magnetismo y de los materiales magnéticos. Estas aplicaciones son:

1 - El electroimán.

2 - Motor eléctrico.

3 - Transformador.

4 - Circuitos integrados.

5 - Almacenamiento de datos: CD, DVD, Blue Ray, Casete y VHS.

6 - Discos duros.

7 - Resonancia Magnética.

8 - Transmisión radial, fusión nuclear, rayos gamma y radioterapia. (electromagnetismo)

9 - Timbre.

10 - Brújula.

11 - Radar.

12 - Telégrafo inalámbrico.

7 - BRÚJULA:

Brújula China

La brújula, es uno de los instrumentos magnéticos más conocidos, y es que más ayuda ha prestado a la historia de la humanidad. Su papel más primordial, fue el facilitar los descubrimientos geográficos y la navegación en altamar.

Este instrumento indica el rumbo, empleado por marinos, pilotos, cazadores, excursionistas y viajeros para orientarse. Hay dos tipos fundamentales de brújula: la brújula magnética, que en versiones primitivas se utilizaban ya en el siglo XIII, y el girocompás o brújula giroscópica, un dispositivo desarrollado a comienzos del siglo XX. En la brújula magnética el rumbo se determina a partir de una o varias agujas magnetizadas que señalan al polo norte magnético bajo la influencia del campo magnético terrestre. El girocompás, que no resulta afectado por el magnetismo terrestre, consiste en un giróscopo cuyo rotor gira alrededor de un eje confinado al plano horizontal de forma que dicho eje se alinea con la línea Norte-Sur paralela al eje de rotación terrestre, con lo que indica el norte verdadero.

8 - HISTORIA:

El fenómeno del magnetismo se conoce desde tiempos antiguos. La piedra imán o magnetita, un óxido de hierro que tiene la propiedad de atraer los objetos de hierro, ya era conocida por los griegos, los romanos y los chinos. Cuando se pasa una piedra imán por un pedazo de hierro, éste adquiere a su vez la capacidad de atraer otros pedazos de hierro. Los imanes así producidos están ‘polarizados’, es decir, cada uno de ellos tiene dos partes o extremos llamados polos norte y sur. Los polos iguales se repelen, y los polos opuestos se atraen.

La brújula se empezó a utilizar en Occidente como instrumento de navegación alrededor del 1300 d.C. En el siglo XIII, el erudito francés Petrus Peregrinus realizó importantes investigaciones sobre los imanes. Sus descubrimientos no se superaron en casi 300 años, hasta que el físico y médico británico William Gilbert publicó su libro, De magnete en 1600. Gilbert aplicó métodos científicos al estudio de la electricidad y el magnetismo. Observó que la Tierra también se comporta como un imán gigante, y a través de una serie de experimentos investigó y refutó varios conceptos incorrectos sobre el magnetismo aceptado en la época.

A finales del siglo XVIII y mediados de la tercera década del siglo XX se investigaron simultáneamente las teorías de la electricidad y el magnetismo.

Entre finales del siglo XVIII y mediados del siglo XIX, se produjeron estos descubrimientos respecto al magnetismo y al electromagnetismo. Estos descubrimientos fueron:

1 - En 1819, el físico danés Hans Christian Oersted llevó a cabo un importante descubrimiento al observar que una aguja magnética podía ser desviada por una corriente eléctrica.

2 - En 1820 André Marie Ampère, estudió las fuerzas entre cables por los que circulan corrientes eléctricas, y por esos años el físico francés Dominique François Arago, magnetizó un pedazo de hierro colocándolo cerca de un cable recorrido por una corriente.

3 - En 1831, el científico británico Michael Faraday descubrió que el movimiento de un imán en las proximidades de un cable induce en éste una corriente eléctrica.

4 - En 1859, el físico inglés James Clerk Maxwell, predijo la existencia de ondas electromagnéticas e identificó la luz como un fenómeno electromagnético.

Tras el modelo atómico de Thompson (1896), el descubrimiento del electromagnetismo por parte de Heinrich Hertz (1884) y el desarrollo de la combinación de los imanes con la electricidad desarrollada por Nikola Testa (1889), los científicos decidieron estudiar las propiedades atómicas aplicadas al magnetismo y la influencia del magnetismo en los fenómenos radiactivos.

En 1905, Albert Einstein unificó los principios magnéticos de Maxwell, demostrando que la electricidad y el magnetismo estaban relacionados entre sí. Este descubrimiento, sería uno de los fundamentos de la teoría de la relatividad.

Después otros investigadores encontrarían la relación del magnetismo y los principios atómicos (protones y electrones), estas investigaciones comenzaron en 1900 y acabaron en 1930; los investigadores que tuvieron su atención centrada en estos temas fueron: Pierre Weiss, Niels Bohr y Werner Heisenberg.

Gracias a estas investigaciones se pudo explicar el porqué del magnetismo del Hierro, Cobalto y Níquel, además se descubrió el magnetismo de los elementos lantánidos y los rayos gamma.

INSTITUCIÓN EDUCATIVA NO 80002 ANTONIO TORRES ARAUJO

Informe de tema de exposición:Curso: Ciencia Tecnología y Ambiente.

Profesor: Alcides Veneros Terrones.

Año: 2013

Tema: El magnetismo.

Integrantes:

Trujillo – Perú. Octubre del 2013