Introducción al magnetismo
Introducción
Desde la Antigüedad se conocen las propiedades de la magnetita (Fe3O4) Thales de Mileto intentó explicar este fenómeno pero con un concepto insuficiente de la materia, incapaz de separar los conceptos de materia y fuerza. Atribuía el magnetismo a la presencia de un alma en la piedra imantada Sócrates (470 - 399 a.C.) observó que atraía objetos de hierro y les transfería propiedades atractivas, consiguiendo suspender una ristra de anillos de un solo imán.
Leyendas chinas hablan de su uso como brújula (83 a.C) que marca el sur y en un libro militar del 1.084 se describe como fabricar una brújula.
Podemos definir un imán como una sustancia capaz de ejercer una atracción sobre el hierro y algunas otras sustancias, que llamaremos sustancias férricas. La fuerza que ejercen los imanes depende de la distancia; si separamos el imán del hierro disminuye la fuerza con que lo atrae, que aumenta cuando lo acercamos. Los imanes pueden ser naturales o artificiales. La magnetita es un imán natural. Algunos imanes son permanentes y otros temporales. Los primeros mantienen sus propiedades magnéticas a lo largo del tiempo (Acero) y los segundos solo actúan como imanes en determinadas circunstancias (Hierro dulce)
El empleo de los imanes en navegación se remonta por lo menos al siglo XI.
En 1.269, Pierre de Maricourt, al dar forma esférica a un imán y aproximarle pequeñas agujas de acero, comprobó que estas se orientaban sobre su superficie de un modo determinado en cada punto. Al dibujar las líneas que sugerían dichas orientaciones, encontró que se cortaban en dos puntos opuestos de la esfera, justo donde se mantenía la aguja vertical. También observó que esos puntos se orientaban siempre al norte y al Sur. Los llamo Polo Norte y Polo Sur y comprobó que al acercar dos polos iguales entre sí, los imanes se repelen y si son opuestos se atraen.
Polos de un imán
En 1.600, William Gilbert, postuló que la Tierra actuaba como un potente imán esférico. Las brújulas se orientaban hacia los polos magnéticos terrestres. Afirma que los trozos de imán se comportan también como imanes, es decir, sabemos que hay cargas eléctricas aisladas, pero no existen polos magnéticos aislados, siempre hay imanes (dipolos completos), nunca un polo norte o sur solo. Esto hoy en día está en discusión, pues en ciertos experimentos se han detectado monopolos magnéticos. Esto aún necesita confirmación.
Los polos magnéticos no coinciden con los polos geográficos, es decir que las brújulas no indican con exactitud el norte geográfico. A esto se le llama declinación magnética.
Declinación magnética
La conexión entre la electricidad y el magnetismo no llegó hasta el siglo XIX de la mano de Hans Christian Oersted, (1.819) al observar que la corriente eléctrica circulando por un elemento conductor crea a su alrededor un campo magnético similar al de un imán. André Marie Ampere aportó la idea de que el magnetismo natural puede estar producido por pequeñas corrientes a nivel molecular. Michael Faraday a partir de 1.821, empezó a desarrollar ideas sobre la teoría de campos y concluyó diciendo que campos magnéticos variables crean campos eléctricos. James Clerk Maxwell, en 1.860, indicó que se podían crear campos magnéticos a partir de campos eléctricos variables y por tanto concluyó diciendo que la interacción eléctrica y magnética están relacionadas y tienen que ver con la carga eléctrica.
El experimento de Oersted
En 1.820, Oersted, impartiendo una clase de Física en la Universidad de Copenhague, y tratando de explicar que era la corriente eléctrica que había descubierto Alessandro Giuseppe Volta, acercó por casualidad una brújula a un conductor por el que circulaba corriente y observó que la aguja imantada sufría una desviación.
A raíz de esto Oersted siguió investiganco y llegó a las siguientes conclusiones:
Esquema del experimento de Oersted
Cuando colocamos una brújula cerca de un conductor por el que pasa una corriente eléctrica, la brújula se orienta perpendicularmente al conductor y deja de señalar hacia el polo norte.
Si aumentamos la intensidad de la corriente eléctrica que circula por el conductor, la brújula gira más rápidamente hasta colocarse perpendicular a si mismo.
Si invertimos el sentido de la corriente eléctrica. La brújula sigue orientada perpendicularmente al conductor, pero en sentido opuesto al caso anterior.
La conclusión fue: "Una corriente eléctrica produce un campo magnético "
A partir de los trabajos de Oersted se demostraron experimentalmente otra serie de fenómenos:
Fuerza entre conductores eléctricos paralelos
Ampere comprobó que al situar dos conductores paralelos por los que circulan corrientes de intensidades grandes aparecen fuerzas entre ellos, que son de atracción si las corrientes tienen el mismo sentido y de repulsión si las corrientes tienen sentido contrario.
Si deja de haber corriente desaparecen las fuerza.
Entre dos conductores circulares (espiras) paralelos, recorridos por sendas corrientes, se producen fuerzas de atracción, si las corrientes tienen el mismo sentido y de repulsión si tienen sentido contrario.
Fuerza entre conductores eléctricos circulares
Biot y Savart formularon el campo magnético producido por una corriente cualquiera.
Faraday realizó el siguiente experimento. Cogió una espira metálica con un galvanómetro. Al aproximar un imán a la espira metálica se observa que la aguja del galvanómetro se mueve. Si dejamos quieto el imán la aguja del galvanómetro se va a O. Si sacamos el imán la aguja del galvanómetro se mueve en sentido contrario, y si se separa mucho vuelve al cero. Por tanto se llega a la conclusión de que "un campo magnético en movimiento produce una corriente eléctrica".
Esquema del experimento de Faraday
Maxwell constató el efecto contrario, un campo eléctrico genera un campo magnético.
Por tanto podemos concluir:
- Los imanes y las corrientes eléctricas generan un campo magnético.
- Los campos magnéticos en movimiento producen corriente eléctrica.
• Fuente:
Física de 2° de Bachillerato - Colegio Montpellier
Autor: Leandro Bautista. España.
Editor: Ricardo Santiago Netto (Administrador de Fisicanet)