Magnetismu

Magnetismu
rama de la física
fenómenu físicu

El magnetismu o enerxía magnética ye un fenómenu natural pol cual los oxetos exercen fuercies d'atraición o repulsión sobre otros materiales. Hai dellos materiales conocíos que son propiedaes magnétiques detectables fácilmente como'l níquel, fierro, cobaltu y los sos aleaciones que comúnmente se llamen imanes. Sicasí tolos materiales son influyíos, de mayor o menor forma, pola presencia d'un campu magnéticu.

El magnetismu tamién tien otres manifestaciones en física, particularmente como unu de los 2 componentes de la radiación electromagnético, como por casu, la lluz.

Los fenómenos magnéticos fueron conocíos polos antiguos griegos. Dizse que per primer vegada reparar na ciudá de Magnesia del Meandro n'Asia Menor, d'ende'l términu magnetismu. Sabíen que ciertes piedres atraíen el fierro, y que los trocitos de fierro atraíos atraíen de la mesma a otros. Estes denomináronse imanes naturales.

El primer filósofu qu'estudió'l fenómenu del magnetismu foi Tales de Mileto, filósofu griegu que vivió ente 625 e. C. y 545 e. C.^[1] En China, la primer referencia a esti fenómenu atopar nun manuscritu del sieglu IV e. C. tituláu Llibru del amu del valle del diañu: «La magnetita atrai al fierro escontra sigo o ye atraida per este».^[2] La primer mención ye sobre l'atraición d'una aguya qu'apaez nun trabayu realizáu ente los años 20 y 100 de la nuesa era: «La magnetita atrai a l'aguya».

El científicu Shen Kua (1031-1095) escribió sobre la brúxula d'aguya magnética y ameyoró la precisión na navegación emplegando'l conceutu astronómicu del norte absolutu. Escontra'l sieglu XII los chinos yá desenvolvieren la téunica lo suficiente como pa utilizar la brúxula p'ameyorar la navegación. Alexander Neckam foi'l primer européu en consiguir desenvolver esta téunica en 1187.

Peter Peregrinus de Maricourt, foi un estudiosu francés del sieglu XIII que realizó esperimentos sobre magnetismu y escribió'l primer tratáu esistente pa les propiedaes d'imanes. El so trabayu destacar pol primer discutiniu detalláu d'una brúxula. El cosmógrafu español Martín Cortés de Albacar, formáu en Zaragoza y na escuela de pilotos de Cádiz, afayó y asitió el polu magnéticu en Groenlandia en 1551 pa los navegantes españoles ya ingleses (el so llibru foi traducíu y bien reimpreso n'Inglaterra) facilitando asina considerablemente'l navegación. Galileo Galilei y el so amigu Francesco Sagredo interesar nel magnetismu engastando un bon cachu de roca magnética de más de quilu y mediu nun bellu artiluxu de madera; la magnetita disponer de tal manera que, a manera d'imán, atraía una bola de fierro de casi cuatro kilos de pesu; pero la falta d'aplicaciones práutiques y económiques del inventu desanimó más esperimentación per parte d'estos destacaos científicos italianos.^[3] En 1600 el médicu y físicu William Gilbert publicó en Londres la so obra De magnete, magneticisque corporibus, et de magno magnete tellure; Physiologia noua, plurimis & argumentis, & experimentis demostrata ("Sobre l'imán y los cuerpos magnéticos y sobre el gran imán la Tierra"), pa embrivir citáu como De magnete, qu'estableció les bases del estudiu fondu del magnetismu conseñando les carauterístiques y tipoloxíes de los imanes y realizando tou tipu d'esperimentos curioso descritos. Reparó que la máxima atraición exercida polos imanes sobre los cachos de fierro realizábase siempres nes zones llamaes "polos" del imán. Clasificó los materiales en conductores y aislantes y escurrió el primer electroscopiu. Afayó la imantación por influencia y foi'l primeru en atalantar que la imantación del fierro perder al calecer en candia. Estudió l'enclín d'una aguya magnética concluyendo que la Tierra pórtase como un gran imán.

La conocencia del magnetismu caltúvose llindáu a los imanes hasta qu'en 1820 Hans Christian Ørsted, profesor de la Universidá de Copenhague, afayó qu'un filo conductor sobre'l que circulaba una corriente qu'exercía una perturbación magnética al so alredor, que llegaba a poder mover una aguya magnética asitiada nesa redolada.^[4] Munchos otros esperimentos siguieron con André-Marie Ampère, Carl Friedrich Gauss, Michael Faraday y otros qu'atoparon venceyos ente'l magnetismu y la electricidá. James Clerk Maxwell sintetizó y esplicó estes observaciones nes sos ecuaciones de Maxwell. Unificó'l magnetismu y la electricidá nun solu campu, l'electromagnetismu. En 1905, Einstein usó estes lleis pa comprobar la so teoría de la relatividá especial,^[5] nel procesu amosó que la eletricidá y el magnetismu taben fundamentalmente venceyaes.

El fenómenu del magnetismu ye exercíu por un campu magnéticu, por casu, una corriente llétrica o un dipolo magnéticu crea un campu magnéticu, esti al xirar imparte una fuercia magnético a otres partícules que tán nel campu.

Pa un aproximamientu escelente (pero inorando dellos efeutos cuánticos, vease electrodinámica cuántica) les ecuaciones de Maxwell (que simplifiquen la llei de Biot-Savart nel casu de corriente constante) describen l'orixe y el comportamientu de los campos que gobiernen eses fuercies. Polo tanto'l magnetismu reparar siempres que partícules cargaes llétricamente tán en movimientu. Por casu, del movimientu d'electrones nuna corriente llétrica o en casos del movimientu orbital de los electrones alredor del nucleu atómicu. Estes tamién apaecen d'un dipolo magnéticu intrínsecu qu'apaez de los efeutos cuánticos, por casu del spin de la mecánica cuántica.

La mesma situación que crea campos magnéticos (carga en movimientu nuna corriente o nun átomu y dipolos magnéticos intrínsecos) son tamién situaciones en que'l campu magnéticu causa los sos efeutos creando una fuercia. Cuando una partícula cargada muévese al traviés d'un campu magnéticu B, exerzse una fuercia F dau pol producto cruz:

${\displaystyle {\vec {F}}=q({\vec {v}}\times {\vec {B}})}$

onde ${\displaystyle q\,}$ ye la carga llétrica de la partícula, ${\displaystyle {\vec {v}}\,}$ ye'l vector velocidá de la partícula y ${\displaystyle {\vec {B}}\,}$ ye'l campu magnéticu. Por cuenta de que esto ye un productu cruz, la fuercia ye perpendicular al movimientu de la partícula y al campu magnéticu.

La fuercia magnético nun realiza trabayu mecánicu na partícula, camuda la direición del movimientu d'esta, pero esto nun causa'l so aumentu o amenorgamientu de la velocidá. La magnitú de la fuercia ye :${\displaystyle F=qvB\operatorname {sen} \theta \,}$ onde ${\displaystyle \theta \,}$ ye l'ángulu ente los vectores ${\displaystyle {\vec {v}}\,}$ y ${\displaystyle {\vec {B}}\,}$.

Una ferramienta pa determinar la direición del vector velocidá d'una carga en movimientu, ye siguiendo la llei de la mano derecha (vease regla de la mano derecha).

El físicu alemán Heinrich Lenz formuló lo qu'agora se denomina la llei de Lenz, esta da una direición de la fuercia electromotriz (fem) y la corriente resultante d'una inducción electromagnética.

Puede vese una bien común fonte de campu magnéticu na naturaleza, un dipolo. Este tien un "polu sur" y un "polu norte", los sos nomes deber a qu'antes s'usaben los imanes como brúxules, qu'interactuaben col campu magnéticu terrestre pa indicar el norte y el sur del globu.

Un campu magnéticu contién enerxía y sistemes físicos que s'estabilicen con configuraciones de menor enerxía. Poro, cuando s'atopa nun campu magnéticu, un dipolo magnéticu tiende a alliniase solo con una polaridá distinta a la del campu, lo qu'ataya al campu lo máximo posible y mengua la enerxía recoyida nel campu al mínimu. Por casu, dos barras magnétiques idéntiques pueden tar una a llau d'otra de normal alliniaes de norte a sur, resultando nun campu magnéticu más pequeñu y aguanta cualquier intentu de reorientar tolos sos puntos nuna mesma direición. La enerxía riquida pa reorientalos nesa configuración ye entós recoyida nel campu magnéticu resultante, que ye'l doble de la magnitú del campu d'un imán individual (esto ye porque un imán usáu como brúxula interactúa col campu magnéticu terrestre pa indicar Norte y Sur).

Una alternativa formulada, equivalente, que ye bono d'aplicar pero ufierta una menor visión, ye qu'un dipolo magnéticu nun campu magnéticu esperimenta un momento d'un par de fuercies y una fuercia que pueda ser espresada en términos d'un campu y de la magnitú del dipolo (por casu sería'l momentu magnéticu dipolar). Pa ver estes ecuaciones vease dipolo magnéticu.

La causa física del magnetismu nos cuerpos, distintu a la corriente llétrica, ye polos dipolos atómicos magnéticos. Dipolos magnéticos o momentos magnéticos, n'escala atómica, resulten de dos tipos distintes del movimientu d'electrones. El primeru ye'l movimientu orbital del electrón sobre'l so nucleu atómicu; esti movimientu puede ser consideráu como una corriente de bucles, resultando nel momentu dipolar magnéticu del orbital. La segunda, más fuerte, fonte pel momento electrónicu magnéticu, ye por cuenta de les propiedaes cuántiques llamaes momentu de spin del dipolo magnéticu (anque la teoría mecánica cuántica actual diz que los electrones nun xiren físicamente, nin orbiten el nucleu).

El momentu magnéticu xeneral d'un átomu ye la suma neta de tolos momentos magnéticos de los electrones individuales. Pol enclín de los dipolos magnéticos a oponese ente ellos amenorga la enerxía neta. Nun átomu los momentos magnéticos opuestos de dellos pares d'electrones atayar ente ellos, dambos nun movimientu orbital y en momentos magnéticos de espín. Asina, nel casu d'un átomu con orbitales electrónicos o suborbitales electrónicos dafechu llenos, el momentu magnéticu de normal atáyase dafechu y solo los átomos con orbitales electrónicos semillenos tienen un momentu magnéticu. La so fuercia depende del númberu d'electrones impares.

La diferencia na configuración de los electrones en dellos elementos determina la naturaleza y magnitú de los momentos atómicos magnéticos, lo que de la mesma determina la diferencia ente les propiedaes magnétiques de dellos materiales. Esisten munches formes de comportamientu magnéticu o tipos de magnetismu: el ferromagnetismu, el diamagnetismo y el paramagnetismo; esto debe precisamente a les propiedaes magnétiques de los materiales, por eso haise axustáu una clasificación respeutiva d'estos, según el so comportamientu ante un campu magnéticu inducíu, como sigue:

Tipu de material	Carauterístiques
Nun afecta'l pasu de les llinies de campu magnéticu. Exemplu: el vacíu.
Diamagnético	Material sele magnéticu. Si asítiase una barra magnética cerca d'él, esta lo repele. Exemplu: bismutu (Bi), plata (Ag), plomu (Pb), agua.
Paramagnético	Presenta un magnetismu significativu. Atraíu pola barra magnética. Exemplu: aire, aluminiu (Al), paladiu (Pd), magnetu molecular.
Ferromagnético	Magnéticu por excelencia o fuertemente magnéticu. Atraíu pola barra magnética. Paramagnético percima de la temperatura de Curie (La temperatura de Curie del fierro metálicu ye aproximao unos 770 °C). Exemplu: fierro (Fe), cobaltu (Co), níquel (Ni), aceru nidiu.
Antiferromagnético	Non magnéticu entá so aición d'un campu magnéticu inducíu. Exemplu: óxidu de manganesu (MnO2).
Ferrimagnético	Menor grau magnéticu que los materiales ferromagnéticos. Exemplu: ferrita de fierro.
Superparamagnético	Materiales ferromagnéticos suspendíos nuna matriz dieléctrica. Exemplu: materiales utilizaos en cintes d'audiu y video.
Ferrites	Ferromagnético de baxa conductividá llétrica. Exemplu: utilizáu como nucleu inductores p'aplicaciones de corriente alterna.

Yá que un imán de barra llogra'l so ferromagnetismu de los electrones magnéticos microscópicos distribuyíos uniformemente al traviés del imán, cuando un imán ye partíu a la metá caúna de les pieces resultantes ye un imán más pequeñu. Anque se diz qu'un imán tien un polu norte y un polu sur, estos dos polos nun pueden dixebrase l'unu del otru. Un monopolo —si tal cosa esiste— sería una nueva clase fundamentalmente distinta d'oxetu magnéticu. Actuaría como un polu norte aislláu, non arreyar a un polu sur, o viceversa. Los monopolos llevaríen «carga magnética» análoga a la carga llétrica. A pesar de busques sistemátiques a partir de 1931 (como la de 2006), nunca fueron reparaes, y perbién podríen nun esistir.^{[ensin referencies]} Milton menta dellos eventos non concluyentes (p. 60) y entá conclúi que «nun sobrevivió n'absolutu nenguna evidencia de monopolos magnéticos»(p. 3).

Esisten diversos tipos de comportamientu de los materiales magnéticos, siendo los principales el ferromagnetismu, el diamagnetismo y el paramagnetismo.

Nos materiales diamagnéticos, la disposición de los electrones de cada átomu ye tal, que se produz una anulación global de los efeutos magnéticos. Sicasí, si'l material introducir nun campu inducíu, la sustancia adquier una imantación débil y nel sentíu opuestu al campu inductor.

Si asítiase una barra de material diamagnético nel interior d'un campu magnéticu uniforme ya intensu, esta dispónse transversalmente respectu d'aquel.

Los materiales paramagnéticos nun presenten l'anulación global d'efeutos magnéticos, polo que cada átomu que los constitúi actúa como un pequeñu imán. Sicasí, la orientación de dichos imanes ye, polo xeneral, arbitraria, y l'efeutu global anúlase.

Coles mesmes, si'l material paramagnético someter a l'aición d'un campu magnéticu inductor, el campu magnéticu inducíu en dicha sustancia empobinar nel sentíu del campu magnéticu inductor.

Esto fai qu'una barra de material paramagnético suspendida llibremente nel senu d'un campu inductor alliniar con este.

El magnetismu inducíu, anque débil, ye abondu intensu como pa imponer al efeuto magnéticu. Pa comparar los trés tipos de magnetismu emplega la razón ente'l campu magnéticu inducíu y el inductor.

La caña de la química qu'estudia les sustancies de propiedaes magnétiques interesantes ye la magnetoquímica.

Un electroimán ye un imán fechu d'alambre llétricu bobinado en redol a un material magnético como'l fierro. Esti tipu d'imán ye útil nos casos en qu'un imán tien de tar encendíu o apagáu, por casu, les grandes y pesaes grúes pa llevantar chatarra d'automóviles.

Pal casu de corriente llétrica muévense al traviés d'un cable, el campu resultante diríxese acordies cola regla de la mano derecha. Si la mano derecha utilízase como un modelu, y el pulgar de la mano derecha a lo llargo del cable de positivu escontra'l llau negativu ( "convencional actual", a la inversa de la direición del movimientu real de los electrones), entós el campu magnéticu fai una recapitulación de tol cable na direición indicada polos deos de la mano derecha. Como puede reparase geométricamente, en casu d'un bucle o héliz de cable, ta formáu de tal manera que l'actual ye viaxar nun círculu, de siguío, toles llinies de campu nel centru del bucle dirixir a la mesma direición, lo que refundia un 'magnética dipolo ' que la so fuercia depende de l'actual en tol bucle, o l'actual na héliz multiplicáu pol númberu de vueltes d'alambre. Nel casu d'esi bucle, si los deos de la mano derecha dirixir na direición del fluxu de corriente convencional (esto ye, el positivu y el negativu, la direición opuesta al fluxu real de los electrones), el pulgar va apuntar na direición correspondiente al polu norte del dipolo.

Un imán permanente conserva'l so magnetismu ensin un campu magnéticu esterior, ente que un imán temporal solo ye magnéticu, siempres que tea asitiáu n'otru campu magnéticu. Inducir el magnetismu del aceru nes resultancies nun imán de fierro, pierde'l so magnetismu cuando la inducción de campu retírase. Un imán temporal como'l fierro ye un material fayadizo pa los electroimanes. Los imanes son fechos por afalagar con otru imán, la grabación, ente qu'afita nun campu magnéticu opuestu dientro d'una solenoide bobina, suministrar con una corriente direuta. Un imán permanente puede perder el so magnetismu al ser sometíu al calor, a fuertes golpes, o asitialo dientro d'un solenoide suministrar con un amenorgamientu de corriente alterna.

• Tesla [T] = unidá de campu magnéticu.
• Weber [Wb] = unidá de fluxu magnético.
• Amperiu [A] = unidá de corriente llétrica, que xenera campos magnéticos.

• gauss, embrivíu como G, ye la unidá CGS d'inducción magnética (B).
• Oersted, ye la unidá CGS de campu magnéticu.
• Maxwell, ye la unidá CGS de fluxu magnético.

• Wikimedia Commons acueye conteníu multimedia sobre Magnetismu.
• Electromagnetismu: de la ciencia a la teunoloxía
• De la brúxula al espín. El magnetismu