Uno de los fenómenos que más aplicaciones tecnológicas ha tenido es el del magnetismo. Incluso es uno de los más conocidos a nivel cotidiano. Sin embargo, también, es uno de los menos entendidos por los estudiantes cuando se trata de analizarlo desde el punto de vista científico.
En esta entrada daré algunas generalidades a modo de glosario para poner sentido científico a algunos términos.
II) Los tipos de imanes
El magnetismo esta asociado a los imanes, que son los elementos que todos conocemos como generadores de ese fenómeno. Existen dos tipos de imanes: naturales y artificiales.
-Naturales: son los que generan un campo magnético de forma natural, sin ninguna intervención del ser humano.
-Artificiales: son los que han sido construidos por el ser humano y pueden funcionar cuando una persona los "activa" (no son imanes permanentes, a diferencia de los anteriores).
A continuación podemos observar una imagen de cada uno:
Todos los imanes, naturales y artificiales, poseen dos "polos", llamados habitualmente Norte y Sur. Los polos son zonas de los imanes donde la concentración de las líneas de fuerza es la mayor posible. Dicho de otra forma, es donde el campo magnético es más intenso.
Los científicos han acordado que debe entenderse que las líneas de campo magnético salen del polo norte y entran en el polo sur. Existen razones para esto pero acá no las discutiremos. Las líneas de campo magnético en realidad no existen, no hay "líneas" de un polo a otro. Las líneas de campo magnético son una forma de interpretar como se comporta el campo en interacción con otros campos (aclararé esto más adelante).
IV) ¿Cuál es la causa fundamental de la existencia de los campos magnéticos?
El magnetismo es un fenómeno de la naturaleza, por lo tanto debe poderse encontrar una única "causa" que lo genere. Los campos magnéticos son generados por cargas eléctricas en movimiento. Esto es así tanto en los imanes naturales como en los artificiales. Es muy sencillo observar en un imán artificial (también llamado electroimán) que circula una corriente eléctrica por el conductor y que es esa corriente la que genera el campo magnético. Al cortar la corriente desaparece el campo magnético.
En los imanes naturales no es tan sencillo darse cuenta cual es la corriente eléctrica que genera el campo. Sucede que en los átomos existen los electrones, que son cargas eléctricas. Los electrones están girando dentro de los átomos y además tienen una especie de giro sobre su propio eje. Ahora bien, esto sucede en todos los átomos, por lo tanto, todos los átomos son minúsculos imanes. Pero en la gran mayoría de las sustancias, los electrones de cada átomo gira de una forma diferente a otros. El resultado de esto es como si esos minúsculos imanes estuvieran orientados de formas muy diferentes, de modo tal que la suma de los campos magnéticos de todos los átomos da cero.
En cambio, en la magnetita, los átomos se agrupan en pequeños "bloques", llamados Dominios, y todos los dominios tienen la misma orientación. El resultado de esto es que todos los minúsculos campos magnéticos se suman dan como resultado un gran campo magnético. Por este mismo motivo es que cuando se rompe un imán por la mitad, inmediatamente los extremos de las roturas se transforman en polos y tenemos dos imanes completos. Dicho de otra forma: no se pueden separar los polos.
V) ¿Sobre qué actúan los campos magnéticos?
Como los campos magnéticos son generados por cargas eléctricas en movimiento, resulta que los campos magnéticos actúan solo sobre cargas eléctricas en movimiento o cualquier material o aparato que tenga cargas eléctricas en movimiento en su interior. También puede decirse que los campos magnéticos, en general, sol actúan sobre otros campos magnéticos.
Por ello dos imanes naturales se atraen o repelen, dependiendo de como se enfrenten los polos. Y sucede lo mismo entre dos electroimanes o entre un eletroimán y un inmán natural.
¿Y qué sucede con los metales que no son imanes pero si son atraídos por los imanes? En estos casos, cuando se acerca el iman al metal (por ejemplo un clavo) sucede que los Dominios dentro del metal comienzan a "re-ordenarse", a "re-orientarse" (antes de acercar el imán estaban desordenados, como en cualquier otra sustancia). No describiremos en detalle todo el proceso, pero lo cierto es que todos se orientan de la misma forma logrando que el trozo de metal se transforme en un imán con los polos opuestos al imán que se acercó. Por ello se atraen.
VI) Las variables importantes
En esta entrada no desarrollaremos las ecuaciones que se pueden utilizar, solo describiremos las variables que intervienen, como se comportan y como se relacionan.
Las variables importantes son: Carga Eléctrica, Velocidad de la Carga Eléctrica, Intensidad del Campo Magnético, Fuerza que ejerce el Campo Magnético, Intensidad de la Corriente Eléctrica, Longitud del Conductor. Veamos cada una en detalle.
-Carga Eléctrica: valor de la carga eléctrica sobre la cual actúa el campo magnético. Se mide en Coulombs.
-Velocidad: es la velocidad con la cual se mueve la carga eléctrica dentro de un campo magnético. Se mide en m/s.
-Intensidad de Campo Magnético: fuerza por unidad de carga eléctrica y unidad de velocidad que genera un imán o electroimán.
-Intensidad de Corriente Eléctrica: intensidad de la corriente que genera un campo magnético en el caso de un electroimán, también puede ser sobre la que actúa. Se mide en Ampers.
-Longitud del Conductor: es la longitud que tiene el conductor por el cual cricula la corriente que genera un campo magnético (en el caso de electroimán).
Las principales relaciones y comportamientos son:
-A mayor intensidad de la corriente, mayor será el campo.
-A mayor intensidad del campo, mayor será la fuerza.
-A mayor velocidad de la carga, mayor será la fuerza que reciba.
-La fuerza siempre es perpendicular con la velocidad y con el campo magnético (por ello se puede decir que el campo magnético tuerce la trayectoria de una carga en movimiento).
Existen otros detalles que habría que tener en cuenta respecto de las variables y ecuaciones, pero en esta introducción no los trataremos. Les dejo el siguiente link en el cual encontrarán una serie de ecuaciones, símbolos y unidades: Ecuaciones de Magnetismo
Hasta la próxima.
