Magnetismo: Definición, Historia, Ferro-magnetismo Y Electromagnetismo.

La energía magnética es la energía que se encuentra dentro de un campo magnético. Esta energía da como resultado que varios metales se repelen o atraigan mutuamente. El magnetismo y la electricidad permanecen estrechamente relacionados, pero, antes del siglo XIX, los científicos no estaban al tanto de ello. Este descubrimiento es gracias a James Clerk Maxwell, un físico escocés.

Su propuesta implica el hecho de que existe un campo magnético para cada corriente eléctrica, y que todas las corrientes magnéticas crean una corriente eléctrica. Sus ecuaciones, o Ecuaciones de Maxwell, forman la base para la energía magnética y la energía eléctrica y casi toda la investigación después de su creación se debe a su trabajo en este campo.

¿Que es el magnetismo?

que es el magnetismo

El magnetismo es una clase de fenómenos físicos que están mediados por campos magnéticos. Las corrientes eléctricas y los momentos magnéticos de las partículas elementales dan lugar a un campo magnético que actúa sobre otras corrientes y momentos magnéticos. Los efectos más familiares ocurren en los materiales ferromagnéticos, que son fuertemente atraídos por los campos magnéticos y pueden ser magnetizados para convertirse en imanes permanentes, produciendo campos magnéticos. Solo unas pocas sustancias son ferromagnéticas; los más comunes son hierro, níquel y cobalto y sus aleaciones.

El prefijo ferro-se refiere al hierro, porque el magnetismo permanente se observó por primera vez en la piedra imán, una forma de mineral de hierro natural llamado magnetita, Fe3O4. Aunque el ferromagnetismo es responsable de la mayoría de los efectos del magnetismo que se encuentran en la vida cotidiana, otros materiales están influenciados en cierta medida por un campo magnético y por otros tipos de magnetismo. Las sustancias paramagnéticas como el aluminio y el oxígeno son débilmente atraídas por un campo magnético aplicado.

Las sustancias diamagnéticas como el cobre y el carbón son débilmente repelidas; mientras que los materiales antiferromagnéticos como el cromo y los cristales de espín tienen una relación más compleja con un campo magnético. La fuerza de un imán sobre los materiales paramagnéticos, diamagnéticos y antiferromagnéticos suele ser demasiado débil para poder sentirla, y solo puede detectarse mediante instrumentos de laboratorio, por lo que en la vida cotidiana estas sustancias a menudo se describen como no magnéticas.

El estado magnético (o fase magnética) del material depende de la temperatura y otras variables como la presión y el campo magnético aplicado. Un material puede exhibir más de una forma de magnetismo a medida que cambian estas variables.

Historia

Historia

Uno de los grandes descubrimientos en la historia de la física fue realizado por el físico inglés James Clerk Maxwell (1831-1879) a fines del siglo XIX. Maxwell descubrió que las dos formas principales de energía conocidas como electricidad y magnetismo no son realmente diferentes entre sí, sino que están estrechamente asociadas entre sí. Es decir, cada corriente eléctrica tiene asociado un campo magnético y cada campo magnético cambiante crea su propia corriente eléctrica. Como resultado del trabajo de Maxwell, a menudo es más correcto hablar de energía electromagnética, una forma de energía que tiene componentes eléctricos y magnéticos.

Los científicos ahora saben que una cantidad de tipos de energía aparentemente diferentes son en realidad formas de energía electromagnética. Estos incluyen rayos X, rayos gamma, luz ultravioleta, luz visible, radiación infrarroja, ondas de radio y microondas. Estas formas de energía electromagnética difieren entre sí en términos de la longitud de onda y la frecuencia de la onda de energía en la que viajan. Las ondas asociadas con los rayos X, por ejemplo, tienen longitudes de onda muy cortas y frecuencias muy altas, mientras que las ondas asociadas con las microondas tienen longitudes de onda mucho más largas y frecuencias mucho más bajas.

Los opuestos se atraen

Los campos magnéticos se generan mediante cargas eléctricas giratorias, según HyperPhysics. Todos los electrones tienen una propiedad de momento angular o giro. La mayoría de los electrones tienden a formar pares en los que uno de ellos es “girar hacia arriba” y el otro es “girar hacia abajo”, de acuerdo con el principio de exclusión de Pauli, que establece que dos electrones no pueden ocupar el mismo estado de energía al mismo tiempo. En este caso, sus campos magnéticos están en direcciones opuestas, por lo que se cancelan entre sí.

Sin embargo, algunos átomos contienen uno o más electrones desapareados cuyo giro puede producir un campo magnético direccional. La dirección de su giro determina la dirección del campo magnético, de acuerdo con el Centro de recursos de pruebas no destructivas (NDT). Cuando una gran mayoría de los electrones desapareados se alinean con sus espines en la misma dirección, se combinan para producir un campo magnético lo suficientemente fuerte como para sentirse a escala macroscópica.

Las fuentes de campo magnético son dipolares esto se debe a que tienen un polo magnético norte y sur. Los polos opuestos (N y S) se atraen, y los polos iguales (N y N, o S y S) se repelen, según Joseph Becker de la Universidad Estatal de San José. Esto crea un campo toroidal o en forma de rosquilla, ya que la dirección del campo se propaga hacia afuera desde el polo norte y entra por el polo sur.

La Tierra misma es un imán gigante. El planeta obtiene su campo magnético de las corrientes eléctricas circulantes dentro del núcleo metálico fundido, de acuerdo con HyperPhysics. Una brújula apunta hacia el norte porque la pequeña aguja magnética que hay en ella está suspendida, de modo que puede girar libremente dentro de su envoltura para alinearse con el campo magnético del planeta. Paradójicamente, lo que llamamos el Polo Norte magnético es en realidad un polo magnético sur porque atrae los polos magnéticos del norte de las agujas de la brújula.

Ferro-magnetismo

Si la alineación de los electrones desapareados persiste sin la aplicación de un campo magnético externo o corriente eléctrica, produce un imán permanente. Los imanes permanentes son el producto o resultado del ferromagnetismo. El prefijo “ferro” se refiere a hierro porque el magnetismo permanente se observó por primera vez en una forma de mineral de hierro natural llamado magnetita, Fe3O4. Se pueden encontrar trozos de magnetita dispersos en la superficie de la tierra o cerca de ella, y ocasionalmente, uno será magnetizado. Estos imanes naturales se llaman lodestones.

“Todavía no estamos seguros de su origen, pero la mayoría de los científicos cree que la magnetita es una magnetita que ha sido alcanzada por un rayo”, según la Universidad de Arizona. La gente pronto aprendió que podían magnetizar una aguja de hierro acariciándola con una piedra imán, lo que causaba que la mayoría de los electrones desapareados de la aguja se alinearan en una dirección. Según la NASA, alrededor del año 1000 d. C., los chinos descubrieron que un imán flotando en un cuenco de agua siempre se alineaba en la dirección norte-sur.

La brújula magnética se convirtió así en una tremenda ayuda para la navegación, particularmente durante el día y la noche cuando las estrellas estaban ocultas por las nubes. Se ha encontrado que otros metales además del hierro tienen propiedades ferromagnéticas. Estos incluyen níquel, cobalto y algunos metales de tierras raras como el samario o el neodimio, que se utilizan para fabricar imanes permanentes super fuertes.

Otras formas de magnetismo

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El magnetismo toma muchas otras formas, pero a excepción del ferromagnetismo, por lo general son demasiado débiles para ser observados, excepto por instrumentos de laboratorio sensibles o a temperaturas muy bajas. El diamagnetismo fue descubierto por primera vez en 1778 por Anton Brugnams, quien estaba usando imanes permanentes en su búsqueda de materiales que contenían hierro.

Según Gerald Küstler, un investigador e inventor alemán independiente ampliamente publicado, en su artículo titulado “Levitación diamagnética – Hitos históricos”, publicado en la Revista Rumana de Ciencias Técnicas, Brugnams observó: “Solo el bismuto oscuro y casi de color violeta fenómeno particular en el estudio, porque cuando puse una pieza sobre una hoja de papel redonda que flotaba sobre el agua, fue repelida por los dos polos del imán “. Se ha determinado que Bismuth posee el diamagnetismo más fuerte de todos los elementos, pero como Michael Faraday descubrió en 1845, es una propiedad de toda materia ser repelido por un campo magnético.

El diamagnetismo es causado por el movimiento orbital de los electrones creando pequeños bucles de corriente, que producen campos magnéticos débiles, de acuerdo con HyperPhysics. Cuando se aplica un campo magnético externo a un material, estos bucles actuales tienden a alinearse de forma tal que se oponen al campo aplicado. Esto hace que todos los materiales sean repelidos por un imán permanente; sin embargo, la fuerza resultante suele ser demasiado débil para ser perceptible. Hay, sin embargo, algunas excepciones notables.

El carbono pirolítico, una sustancia similar al grafito, muestra un diamagnetismo aún más fuerte que el bismuto, aunque solo a lo largo de un eje, y en realidad puede ser levitado sobre un imán superfuerte de tierras raras. Ciertos materiales superconductores muestran un diamagnetismo aún más fuerte por debajo de su temperatura crítica, por lo que los imanes de tierras extrañas pueden ser levitados por encima de ellos. (En teoría, debido a su repulsión mutua, uno puede ser levitado sobre el otro).

El paramagnetismo se produce cuando un material se vuelve magnético temporalmente cuando se coloca en un campo magnético y vuelve a su estado no magnético tan pronto como se elimina el campo externo. Cuando se aplica un campo magnético, algunos de los espines de electrones desapareados se alinean con el campo y abruman la fuerza opuesta producida por el diamagnetismo. Sin embargo, el efecto solo se nota a muy bajas temperaturas, según Daniel Marsh, profesor de física en la Universidad Estatal del Sur de Missouri.

Otras formas más complejas incluyen el antiferromagnetismo, en el cual los campos magnéticos de átomos o moléculas se alinean uno al lado del otro; y el comportamiento del vidrio giratorio, que implica interacciones ferromagnéticas y antiferromagnéticas. Además, el ferrimagnetismo se puede considerar como una combinación de ferromagnetismo y antiferromagnetism debido a muchas similitudes compartidas entre ellos, pero todavía tiene su propia singularidad, de acuerdo con la Universidad de California.

Electromagnetismo

Cuando un cable se mueve en un campo magnético, el campo induce una corriente en el cable. Por el contrario, un campo magnético es producido por una carga eléctrica en movimiento. Esto está de acuerdo con la Ley de Inducción de Faraday, que es la base para electroimanes, motores eléctricos y generadores. Una carga que se mueve en línea recta, como a través de un cable recto, genera un campo magnético que gira en espiral alrededor del cable. Cuando ese cable se forma en un bucle, el campo se convierte en una forma de rosquilla, o un toro.

De acuerdo con el Manual de grabación magnética (Springer, 1998) de Marvin Cámaras, este campo magnético se puede mejorar en gran medida colocando un núcleo de metal ferromagnético dentro de la bobina. En algunas aplicaciones, la corriente continua se usa para producir un campo constante en una dirección que se puede encender y apagar con la corriente. Este campo puede desviar una palanca de hierro móvil causando un clic audible. Esta es la base del telégrafo, inventado en la década de 1830 por Samuel F. B. Morse, que permitió la comunicación a larga distancia a través de cables utilizando un código binario basado en pulsos de larga y corta duración.

Los pulsos fueron enviados por operadores capacitados que rápidamente encienden y apagan la corriente usando un interruptor o llave de contacto momentáneo accionado por resorte. Otro operador en el extremo receptor traduciría los clics audibles en letras y palabras. También se puede hacer que una bobina alrededor de un imán se mueva en un patrón de frecuencia y amplitud variables para inducir una corriente en una bobina. Esta es la base para una serie de dispositivos, sobre todo, el micrófono. El sonido hace que un diafragma se mueva hacia afuera con las diferentes ondas de presión.

Si el diafragma está conectado a una bobina magnética móvil alrededor de un núcleo magnético, producirá una corriente variable que es análoga a las ondas de sonido incidente. Esta señal eléctrica puede amplificarse, grabarse o transmitirse según se desee. Pequeños imanes de tierras raras superfuertes ahora se utilizan para hacer micrófonos miniaturizados para teléfonos celulares, dijo Marsh a Live Science.

Cuando esta señal eléctrica modulada se aplica a una bobina, produce un campo magnético oscilante, que hace que la bobina se mueva hacia adentro y hacia afuera sobre un núcleo magnético en ese mismo patrón. La bobina se conecta a un cono de altavoz móvil para que pueda reproducir ondas de sonido audibles en el aire. La primera aplicación práctica para el micrófono y el altavoz fue el teléfono, patentado por Alexander Graham Bell en 1876. Aunque esta tecnología se ha mejorado y perfeccionado, sigue siendo la base para grabar y reproducir sonido.

Las aplicaciones de electroimanes son casi innumerables. La Ley de Inducción de Faraday es la base de muchos aspectos de nuestra sociedad moderna, que incluyen no solo motores eléctricos y generadores, sino electroimanes de todos los tamaños. El mismo principio utilizado por una grúa gigante para levantar carros chatarra en un patio de chatarra también se utiliza para alinear partículas magnéticas microscópicas en un disco duro de la computadora para almacenar datos binarios, y se están desarrollando nuevas aplicaciones todos los días.

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