Definición de magnetismo
El magnetismo es un concepto peliagudo, por lo que precisarlo con algunas definiciones exactas será útil para tu comprensión.
Elmagnetismo es el efecto de repulsión o atracción entre dos imanes.
Un imán es un dispositivo que genera un campo magnético permanente. Generalmente, están hechos de metales llamados ferromagnéticos.
Se dice que el magnetismo está mediado por una construcción matemática llamada campo magnético.
Un campo magnético es una región del espacio que rodea a un imán y que tiene un vector en cada punto, que tiene un efecto sobre las cargas eléctricas, las corrientes eléctricas y los materiales magnéticos dentro de esa región.
Los campos magnéticos pueden utilizarse para determinar cómo afectan los imanes a otros objetos magnéticos o partículas cargadas a su alrededor. En las figuras siguientes se muestran algunas imágenes de líneas de campo magnético, que son flechas que apuntan en la dirección del vector del campo magnético.
Propiedades generales del magnetismo y los imanes
Al igual que el campo eléctrico, que sabemos que es atractivo o repulsivo, los efectos magnéticos pueden ser atractivos o repulsivos. Sin embargo, en general, las líneas del campo magnético, que indican la fuerza y la dirección del campo magnético, son cerradas. Esto significa que los efectos magnéticos nunca son sólo atractivos o sólo repulsivos, siempre son ambos dependiendo de dónde nos encontremos respecto a la fuente del campo magnético.
Antes de comprender este concepto con los imanes, dedica un momento a analizar las líneas de campo magnético generadas por una barra magnética:
En la imagen anterior, las líneas del campo magnético pueden trazarse fácilmente debido a la orientación de los fragmentos de hierro afectados por el imán. En la figura anterior puede verse que las líneas forman bucles cerrados si las cerramos dentro del propio imán. Aunque la imagen está recortada, todas las líneas que aparecen en ella acaban cerrándose.
¿Qué significa esto para los imanes? En general, a cada imán le asignamos diferentes polos que se denominan norte y sur en referencia a los polos de la Tierra. La convención que seguimos es asignar primero una dirección a los bucles cerrados del campo magnético y luego llamar polo norte al lugar del imán donde las líneas del campo magnético salen del imán y polo sur al lugar donde las líneas del campo magnético entran en él. Mira la imagen siguiente para ver un ejemplo de esto:
No es casualidad que los lugares de un imán por donde entran y salen las líneas de campo magnético se llamen polos. Esto hace referencia al campo magnético creado por la Tierra, que se produce a lo largo del eje que une los polos y es responsable del funcionamiento de las brújulas.
Las leyes fundamentales del magnetismo son demasiado complejas para estudiarlas aquí. Pero sí podemos estudiar la descripción del comportamiento de los imanes y los tipos de magnetismo que pueden producir. Las interacciones entre imanes se rigen por las dos leyes siguientes:
- Los polos del mismo tipo se repelen
- Los polos de distinto tipo se atraen
Principios básicos del magnetismo y el electromagnetismo
El magnetismo es la clase de fenómenos y propiedades físicas que están causados por los campos magnéticos, una cantidad vectorial que se produce por corrientes eléctricas y obedece a ciertas leyes dinámicas conocidas como leyes del electromagnetismo o leyes de Maxwell.
Los imanes son los objetos más sencillos que presentan propiedades magnéticas, pero el número de fenómenos que son magnéticos en la naturaleza no se limita a los imanes de barra o de herradura con los que estamos familiarizados. Sin embargo, podemos probar las propiedades de los campos magnéticos generales utilizando estos imanes permanentes, que son recursos sencillos y accesibles.
Un principio clave de los campos magnéticos es que se producen por el movimiento de partículas cargadas. El campo magnético producido por los hilos conductores de corriente se produce por el movimiento relativo de los electrones del interior del hilo que forman la corriente. El campo magnético producido por un imán permanente puede explicarse considerando el movimiento angular de los electrones atómicos y el campo magnético resultante que produce la corriente provocada por este movimiento.
Otro principio clave de los campos magnéticos es que su intensidad disminuye al aumentar la distancia a la fuente delcampo magnético. Por ejemplo, se puede observar que el campo magnético producido por imanes de barra rodeados de limaduras de hierro disminuye de intensidad con la distancia al imán. Esto se debe a que el imán parece tener poca influencia sobre las limaduras de hierro más alejadas del imán. No se alinean con el campo magnético producido por el imán, por lo que parecen dispersarse en direcciones aleatorias.
Después de observar las imágenes de las líneas de campo magnético en este artículo, puede que te hayas dado cuenta de algunas otras propiedades clave de las líneas de campo magnético, algunas de las cuales ya se han mencionado anteriormente. Las líneas de campo magnético siempre están formadas por bucles cerrados. Esto significa que si seguimos una línea de campo magnético, siempre acabaremos volviendo al punto de partida. Los bucles del campo magnético no pueden cruzarse entre sí y tienen asociada una dirección determinada que apunta en la dirección del campo magnético situado en cada punto alrededor del bucle.
Uno de los ejemplos más comunes de dispositivos que generan campos magnéticos son los "solenoides". Están formados por bobinas conductoras de corriente enrolladas en espiral. El flujo de corriente hace que se produzca un campo magnético en la región interior de la bobina que apunta en la dirección del cilindro formado por la bobina. Mira la imagen siguiente:
Fig. 4. Las líneas del campo magnético de un solenoide, Wikimedia Commons
En el interior del solenoide, el campo magnético es aproximadamente uniforme y muy fuerte. Fuera de la bobina, el campo magnético es más débil y su intensidad disminuye con la distancia a la bobina. Si se introduce un objeto magnético, como un núcleo de hierro, en el interior del solenoide, se inducirá un campo magnético en el interior del núcleo magnético, reforzando así el campo magnético total que rodea al núcleo.
Tipos de magnetismo
Los dos tipos principales de magnetismo que debes conocer son el magnetismo permanente y el magnetismo inducido. Aquí expondremos las diferencias entre ambos tipos de magnetismo y daremos algunos ejemplos reales de ambos para que puedas contextualizar tus conocimientos sobre el magnetismo.
Imanes permanentes
Los imanes permanentes producen su propio campo magnético. Este campo magnético permanente no puede "encenderse o apagarse", simplemente está siempre ahí. Una forma rápida y sencilla de comprobar si un objeto es un imán permanente es acercarlo a otro imán permanente conocido. Si los dos objetos se repelen o se atraen en cuanto los acercamos, podemos estar seguros de que el objeto en cuestión también es un imán permanente.
Fig. 5. Los imanes permanentes, como su nombre indica, son permanentemente magnéticos. Siempre tienen un polo norte y un polo sur. Wikimedia Commons.
Los imanes permanentes, como la barra magnética de la figura anterior, siempre tienen un polo norte y un polo sur. Puedes determinar qué extremo de un permanente es el polo norte y cuál es el polo sur sujetando un extremo del imán a una distancia cercana al polo norte de otro imán permanente conocido; si los imanes se atraen, entonces el extremo sujetado al polo norte del imán conocido es un polo sur y se repelen, entonces el extremo sujetado al imán conocido es el polo norte.
Imanes inducidos
Los imanesinducidos son objetos o materiales que se vuelven magnéticos cuando se colocan en un campo magnético. Cuando los imanes inducidos se retiran del campo magnético, pierden rápidamente todo o la mayor parte de su magnetismo, por lo que llamamos imanes temporales a los imanes inducidos. La dirección del campo magnético de un imán inducido siempre apuntará en la dirección del campo magnético del imán permanente. Esto significa que el imán inducido será atraído hacia el imán que lo produce.
Normalmente, cuando pensamos en magnetismo pensamos en imanes. Sin embargo, la descripción de los imanes es compleja, ya que tendríamos que tener en cuenta la estructura atómica de las sustancias magnéticas y considerar las pequeñas contribuciones magnéticas de cada una de ellas.
El hecho de que pensemos habitualmente en imanes se debe a que los fenómenos sencillos que podemos describir, como el campo magnético creado por un hilo con corriente, son muy muy débiles en comparación con los fenómenos eléctricos. Esto también es una característica general: el campo magnético es mucho más débil que el campo eléctrico aunque formen parte del mismo fenómeno general: el electromagnetismo.
Magnetismo - Puntos clave
- Los imanes son materiales que producen campos magnéticos que tienen un efecto sobre las cargas eléctricas, las corrientes eléctricas y los materiales magnéticos dentro de una región que rodea al imán. Los imanes tienen un polo norte y un polo sur de los que salen y entran líneas de campo magnético, respectivamente.
- Las líneas de campo magnético siempre forman bucles cerrados.
- Existen dos tipos diferentes de magnetismo: el magnetismo permanente y el magnetismo inducido.
- Los imanespermanentes siempre van acompañados de un campo magnético.
- Los imanesinducidos sólo son magnéticos cuando están en presencia de otro campo magnético.
- Las propiedades del campo magnético, como su dirección o su intensidad, obedecen a un conjunto de reglas complejas que pueden comprenderse en algunos entornos utilizando imanes y brújulas.
- El campo eléctrico y el campo magnético forman parte de un mismo campo llamado campo electromagnético. Un ejemplo de esta conexión es cómo podemos producir un campo magnético dentro de un solenoide utilizando una corriente eléctrica que fluye junto con la bobina.
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