A QUE LLAMAMOS MAGNETISMO?


Introducción: Los fenómenos magnéticos se conocen desde hace por lo menos 2800 años, a partir de la observación de los antiguos griegos en el año 800 a. C. de que ciertos fragmentos de mineral en estado natural se atraían entre sí y atraían también a pequeños trozos de un metal, el hierro, pero no a otros metales como el oro y la plata. Dicho mineral se encontró en Magnesia, hoy Manisa, en el oeste de Turquía, hoy el material es conocido como magnetita y no es otra cosa más que Fe3O4 ; estos fragmentos eran ejemplos de lo que ahora conocemos como imanes permanentes.

Todos los imanes, sin importar su forma tienen dos polos, llamados polo norte o polo N y polo sur o polo S, los polos recibieron sus nombres debido al comportamiento de un imán en la presencia del campo magnético de la Tierra, el polo norte del imán tiende a apuntar al Polo Norte geográfico de la Tierra y su polo sur apuntará al Polo Sur geográfico terrestre, esto se utilizó para construir una brújula simple.

Hoy día se le ha dado a este descubrimiento un gran uso práctico, desde los pequeños imanes de figuras, hasta las cintas magnéticas para grabar y los discos de computadora.

El magnetismo (del latín magnes, -ētis, imán) es un fenómeno físico por el que los materiales ejercen fuerzas de atracción o repulsión sobre otros materiales. Hay algunos materiales conocidos que han presentado propiedades magnéticas detectables fácilmente como el níquel, hierro, cobalto y sus aleaciones que comúnmente se llaman imanes. Sin embargo todos los materiales son influídos, de mayor o menor forma, por la presencia de un campo magnético.

El magnetismo también tiene otras manifestaciones en física, particularmente como uno de los dos componentes de la radiación electromagnética, como por ejemplo, la luz.

Descubrimiento del magnétismo

 Los fenómenos magnéticos fueron conocidos por los antiguos griegos. Se dice que por primera vez se observaron en la ciudad de "Magnesia" en Asia Menor, de ahí el término magnetismo. Sabían que ciertas piedras atraían el hierro y que los trocitos de hierro atraídos, atraían a su vez a otros. Estas se denominaron imanes naturales.

El primer filósofo que estudió el fenómeno del magnetismo fue Tales de Mileto, filósofo griego que vivió entre 625 a. C. y 545 a. C. En China, la primera referencia a este fenómeno se encuentra en un manuscrito del siglo IV a. C. titulado Libro del amo del valle del diablo: «La magnetita atrae al hierro hacia sí o es atraída por éste». La primera mención sobre la atracción de una aguja aparece en un trabajo realizado entre los años 20 y 100 de nuestra era: «La magnetita atrae a la aguja».

PERSONAJES QUE CONTRIBUYERON EN LOS EXPERIMENTOS DEL MAGNETISMO

En el año 1820, el físico danés Hans Christian Oersted (1777-1851) descubrió que los imanes no son las únicas causas de creación de campos magnéticos, experimentalmente observó que una corriente que circula por un hilo conductor hace que una aguja imantada próxima sufra una desviación. Con esto, se ve que una corriente eléctrica también crea un campo magnético. Oersted ligaba, así, los fenómenos eléctricos y magnéticos, lo que constituyó una nueva disciplina: el electromagnetismo.

El descubrimiento de este científico indica que una corriente eléctrica se comporta como un imán, y si en los imanes dos polos se repelen si son del mismo signo y se atraen si son de signo contrario, dos conductores paralelos por los que circula corriente sufren una repulsión si dichas corrientes son de igual sentido y una atracción si son de sentido contrario.

Joseph Henry (1797-1878) físico estadounidense y Michael Faraday (1791-1867) científico británico, realizando sus trabajos por separado, descubrieron que siempre que varía el flujo magnético que atraviesa un circuito cerrado aparece en éste una corriente eléctrica inducida.

 

Tipos de imanes

Un imán es toda sustancia que posee o ha adquirido la propiedad de atraer el hierro. Normalmente son barras o agujas imantadas de forma geométrica regular y alargada. Existen tres tipos de imanes:

Imanes naturales.- La magnetita es un potente imán natural, tiene la propiedad de atraer todas las sustancias magnéticas. Su característica de atraer trozos de hierro es natural. Está compuesta por óxido de hierro. Las sustancias magnéticas son aquellas que son atraídas por la magnetita.

Imanes artificiales permanentes.- Son las sustancias magnéticas que al frotarlas con la magnetita, se convierten en imanes, y conservan durante mucho tiempo su propiedad de atracción.

¿Cuántos tipos de imanes permanentes hay?

Además de la magnetita o imán natural existen diferentes tipos de imanes fabricados con diferentes aleaciones:

Imanes cerámicos

Se llaman así por sus propiedades físicas. Su apariencia es lisa y de color gris oscuro, de aspecto parecido a la porcelana. Se les puede dar cualquier forma, por eso es uno de los imanes más usados (altavoces, aros para auriculares, cilindros para pegar en figuras que se adhieren a las neveras, etc.). Son muy frágiles, pueden romperse si se caen o se acercan a otro imán sin el debido cuidado.

Se fabrican a partir de partículas muy finas de material ferromagnético (óxidos de hierro) que se transforman en un conglomerado por medio de tratamientos térmicos a presión elevada, sin sobrepasar la temperatura de fusión. Otro tipo de imanes cerámicos, conocidos como ferritas, están fabricados con una mezcla de bario y estroncio. Son resistentes a muchas sustancias químicas (disolventes y ácidos) y pueden utilizarse a temperaturas comprendidas entre _40 ºC y 260 ºC



Imanes de alnico

Se llaman así porque en su composición llevan los elementos alumnio, niquel y cobalto. Se fabrican por fusión de un 8 % de aluminio, un 14 % de níquel, un 24 % de cobalto, un 51 % de hierro y un 3 % de cobre. Son los que presentan mejor comportamiento a temperaturas elevadas. Tienen la ventaja de poseer buen precio, aunque no tienen mucha fuerza.

Imanes de tierras raras

Son imanes pequeños, de apariencia metálica, con una fuerza de 6 a 10 veces superior a los materiales magnéticos tradicionales. Los imanes de boro/neodimio están formados por hierro, neodimio y boro; tienen alta resistencia a la desmagnetización. Son lo bastante fuertes como para magnetizar y desmagnetizar algunos imanes de alnico y flexibles. Se oxidan fácilmente, por eso van recubiertos con un baño de cinc, niquel o un barniz epoxídico y son bastante frágiles.

Imanes artificiales temporales.- Aquellos que producen un campo magnético sólo cuando circula por ellos una corriente eléctrica.

Imanes flexibles

Se fabrican por aglomaración de partículas magnéticas (hierro y estroncio) en un elastómero (caucho, PVC,etc.). Su principal característica es su flexivilidad, presentan formas de rollo o planchas con posibilidad de una cara adhesiva. Se utilizan en publicidad, cierres para nevera, llaves codificadas, etc.

Consiste en una serie de bandas estrechas que alteran los polos norte y sur. Justo en la superficie su campo magnético es intenso pero se anula a una distancia pequeña, dependiendo de la anchura de las bandas. Se hacen así para eliminar problemas.

Otros imanes

Los imanes de platino/cobalto son muy buenos y se utilizan en relojería, en dispositivos aeroespaciales y en odontología para mejorar la retención de prótesis completas. Son muy caros.

Otras aleaciones utilizadas son cobre/níquel/cobalto y hierro/cobalto/vanadio.

Propiedades de los imanes

1era. Propiedad: los imanes atraen algunas sustancias llamadas sustancias magnéticas, como el hierro y el acero. En cambio, no atraen a otras, como la arena, el cobre o la madera.

2ª. Propiedad: los imanes tienen dos polos llamados norte y sur. Los polos de distinto nombre se atraen, y los del mismo nombre se repelen.

3ª. Propiedad: si se rompe un imán, cada trozo vuelve a ser otro imán con dos polos. Pero ahora el imán será más débil.

Es la parte de la fuerza electromagnética total o fuerza de Lorentz que mide un observador sobre una distribución de cargas en movimiento. Las fuerzas magnéticas son producidas por el movimiento de partículas cargadas, como por ejemplo electrones, lo que indica la estrecha relación entre la electricidad y el magnetismo. La fuerza magnética entre imanes y/o electroimanes es un efecto residual de la fuerza magnética entre cargas en movimiento. Esto sucede porque en el interior de los imanes convencionales existen microcorrientes que macroscópicamente dan lugar a líneas de campo magnético cerradas que salen del material y vuelven a entrar en él. Los puntos de entrada forman un polo y los de salida el otro polo.

Polos magnéticos

Tanto si se trata de un tipo de imán como de otro, la máxima fuerza de atracción se halla en sus extremos, llamados polos. Un imán consta de dos polos, denominados polo norte y polo sur, o, alternativamente, polo positivo y polo negativo. Los polos iguales se repelen y los polos distintos se atraen. No existen polos aislados (monopolo magnético), y por lo tanto, si un imán se rompe en dos partes, se forman dos nuevos imanes, cada uno con su polo norte y su polo sur, aunque la fuerza de atracción del imán disminuye.

Entre ambos polos se crean líneas de fuerza, siendo estas líneas cerradas, por lo que en el interior del imán también van de un polo al otro. Como se muestra en la figura, pueden ser visualizadas esparciendo limaduras de hierro sobre una cartulina situada encima de una barra imantada; golpeando suavemente la cartulina, las limaduras se orientan en la dirección de las líneas de fuerza.

El campo magnético es una región del espacio en la cual una carga eléctrica puntual de valor que se desplaza a una velocidad, sufre los efectos de una fuerza que es perpendicular y proporcional tanto a la velocidad como al campo. Así, dicha carga percibirá una fuerza descrita con la siguiente igualdad.

F= qv xB

donde F es la fuerza, v es la velocidad y B el campo magnético, también llamado inducción magnética y densidad de flujo magnético. (Nótese que tanto F como v y B son magnitudes vectoriales y el producto vectorial es un producto vectorial que tiene como resultante un vector perpendicular tanto a v como a B). El módulo de la fuerza resultante será

|F|= q|v||B|. sin0

La existencia de un campo magnético se pone de relieve gracias a la propiedad localizada en el espacio de orientar un magnetómetro (laminilla de acero imantado que puede girar libremente). La aguja de una brújula, que evidencia la existencia del campo magnético terrestre, puede ser considerada.

Densidad magnética

La inducción magnética o densidad de flujo magnético, cuyo símbolo es B, es el flujo magnético por unidad de área de una sección normal a la dirección del flujo, y en algunos textos modernos recibe el nombre de intensidad de campo magnético, ya que es el campo real.

La fórmula de esta definición se llama Ley de Biot-Savart, y es en magnetismo la equivalente a la Ley de Coulomb de la electrostática, pues sirve para calcular las fuerzas que actúan en cargas en movimiento. 

El campo inducción, B, o densidad de flujo magnético (los tres nombres son equivalentes) es más fundamental en electromagnetismo que el campo H, ya que es el responsable de las fuerzas en las cargas en movimiento y es, por tanto, el equivalente físico a E.

Fuerza magnética Campo magnético

SABIAS QUE..... ?

Muchos globos se elevan gracias al aire que calientan los quemadores de propano instalados en la boca. La envoltura, o cubierta, está elaborada con un tejido sintético tratado con poliuretano para minimizar las fugas. De la cubierta cuelga una barquilla, o cesto, que transporta al piloto y los pasajeros.

El inflado consta de dos fases. En primer lugar se extiende el globo en el suelo y se introduce en él aire frío con un gran ventilador. A continuación, con un quemador de propano se insufla aire caliente en la envoltura parcialmente inflada. El aire caliente endereza el globo, que permanecerá amarrado al suelo hasta que el piloto esté listo para el despegue.

Una vez en el aire, este puede hacerlo ascender accionando los quemadores y añadiendo así más aire caliente. Para descender tan solo debe esperar a que el aire se enfríe o abrir una válvula situada en la parte superior, la cual libera el aire caliente. Este tipo de globos solo llevan combustible para permanecer volando unas cuantas horas, generalmente a menos de 600 metros de altura. Por ello, el aeronauta y el equipo en tierra que lo sigue deben buscar un lugar seguro donde aterrizar, uno en el que no haya cables eléctricos y que esté alejado de las calles concurridas.

Otros aerostatos son de helio o hidrógeno. A diferencia de los de aire caliente, estos pueden mantenerse suspendidos durante varios días.

Los globos no pueden dirigirse; se mueven a merced de los vientos. No obstante, el aeronauta experimentado puede controlar el aparato variando su altitud hasta encontrar una corriente que lo lleve en la dirección deseada.

Los alimentos se cuecen más rápido en una olla de presión porque el vapor que genera es más potente, y en la de recipiente común el vapor se escapa, en las de presión están bien sellados y por eso genera mayor vapor lo cual hace que los alimentos se cocinen en menor tiempo.



La presión del aire en las llantas de un automóvil será diferente o igual en verano que en invierno?

La presión debería ser siempre la misma. Lo que si varia es la cantidad de aire que tengas que meter en las cubiertas para llegar a la presión deseada. En verano será menos cantidad. En invierno será más cantidad.

Existe también la calibración de la presión de neumáticos con nitrógeno, que es mucho mejor, ya que no varía la presión según la temperatura. Es lo mejor para países muy cálidos, ya que los neumáticos adquieren mucha temperatura, que hace elevar la presión del aire.

Si sumerges un vaso boca abajo en un recipiente con agua impidiendo que se escape el aire, primeramente el agua ejercerá una fuerza de empuje hacia arriba, por el principio de Arquímedes, igual al peso del volumen de agua desplazado por el vaso con aire. Desde otro punto de vista, el aire en el interior del vaso se comprimirá debido a la presión hidrostática que el agua ejerce sobre este. Esta presión depende de la profundidad a la que se sumerge el vaso, P=densidad*g*h.

LEYES DE LOS GASES:

Ley de Boyle: La relación matemática que existe entre la presión y el volumen de un cantidad dad de un gas a una cierta temperatura fue descubierta por Robert Boyle en 1662. Boyle encerró una cantidad de aire en el extremo cerrado de un tubo en forma de U, utilizando mercurio como fluido de retención. Boyle descubrió que el producto de la presión por volumen de una cantidad fija de gas era un valor aproximadamente constante. Notó que si la presión de aire se duplica su volumen era la mitad del volumen anterior y si la presión se triplicaba el volumen bajaba a una tercera mitad del inicial. También observo que al calentar un gas aumentaba su volumen si la presión se mantenía constante, a este proceso se le llama proceso isoborico.

“El volumen de un gas, a temperatura constante, es inversamente proporcional a la presión”

Ley de Charles: En 1787, Jacques Charles investigó la relación existente entre el volumen y la temperatura de una gas a presión constante. Al conservar la presión constante, el volumen aumenta y cuando la temperatura disminuye, el volumen también disminuye. Luego, había una proporcionalidad lineal directa entre el volumen y la temperatura, la cual se conoce como Ley de Charles.

 “El volumen de un gas a presión constante es directamente proporcional a la temperatura kelvin”.

Ley de las Presiones Parciales de Dalton: Establece que la presión total de una mezcla de gases es igual a la suma de las presiones parciales de los gases individuales.

Pt = pa + pb + pc + ...

Está relación se conoce como Ley de las Presiones Parciales de Dalton e indica que la presión total de una mezcla de gases es igual a la suma de las presiones parciales de los componentes de la mezcla. La ley de Dalton es muy útil cuando deseamos determinar la relación que existe entre las presiones parciales y la presión total de una mezcla de gases.

Ley de Gay-Lussac: Cuando se investiga experimentalmente como depende entre sí el volumen y la temperatura de un gas a una presión fija, se encuentra que el volumen aumenta linealmente al aumentar la temperatura. Esta relación se conoce como Ley de Charles y Gay-Lussac, y se puede expresar algebraicamente por:

V = V0(1 + "t)

Donde V0 es el volumen que a la temperatura de 0 ºC, " es una constante que tiene aproximadamente el valor 1/273 para todos los gases y t es la temperatura en la escala Celsius. Esta ecuación establece que el volumen de un gas aumenta linealmente al aumentar su temperatura.