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Magnetismo
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Fuera de los campos eléctricos existe un segundo tipo de campo en el electromagnetismo que son los campos magnéticos. Estos son por ejemplo generados por imanes fuera de poder ser originados por corrientes eléctricas mediante el fenómeno que denominamos inducción. Los campos magnéticos tienen dos polos que se denominan norte (N) y sur (S) existiendo en forma similar a los campos eléctricos lineas de campo que van del polo norte al sur. A diferencia del caso de las cargas eléctricas los polos no pueden existir por separado, Si se intenta dividir un imán en dos separando el polo norte del sur surgen en los nuevos bordes nuevos polos de modo que cada imán cuenta con un nuevo norte y sur.
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Imán
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Los imanes son materiales que generan lo que llamamos campos magnéticos y que pueden influir en el comportamiento de cargas eléctricas en movimiento.
Los imanes tienen dos "polos", generalmente llamados "norte" y "sur", que se pueden identificar utilizando una simple brújula, cuya aguja se alinea de acuerdo con el campo magnético terrestre.
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Atrae objetos
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La característica más conocida de los imanes es su capacidad para atraer ciertos materiales. En el caso de los llamados ferromagnetos (hierro, cobalto y níquel), la capacidad de atracción es mayor, y no existe una aparente predilección por uno de los polos. En algunos casos, el objeto es atraído por ambos polos, formando un puente entre ellos.
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Magnetizar objetos
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Cuando algunos objetos se adhieren al imán y se intenta levantar el imán, permitiendo que la gravedad se oponga a la atracción, se observa que los objetos adheridos tienden a su vez atraer a otros. Al observar cómo ocurre esto, se nota que se debe al hecho de que el objeto más cercano al imán se magnetiza a su vez y actúa como un imán en sí mismo.
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Atrae y repele
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Si se acercan dos polos norte o dos polos sur, se observa que los imanes se repelen. Por otro lado, si se acerca un polo norte y un polo sur, se observa que se atraen.
Este comportamiento es análogo al que se observa con las cargas eléctricas, donde cargas opuestas se atraen y cargas del mismo tipo se repelen.
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Ferro-, para- y diamagnetismo
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Existen tres tipos de magnetismo. Estos son:
• Ferromagnetismo: es un material que, cuando se magnetiza, puede retener un grado de magnetización incluso después de retirarlo del campo magnético externo. La magnetización tiene un nivel de saturación, lo que significa que hay un campo magnético máximo que puede alcanzar. Sin embargo, puede perder la magnetización si se calienta por encima de una temperatura crítica conocida como temperatura de Curie.
• Paramagnetismo: es un material que se puede magnetizar con la aplicación de un campo magnético externo, pero pierde su magnetización tan pronto como se retira el campo magnético externo. La orientación de la magnetización es paralela y en la misma dirección que la del campo externo.
• Diamagnetismo: es un material que se comporta de forma similar al paramagnetismo, pero la polarización es en sentido opuesto al del campo magnético externo aplicado.
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Materiales ferro, para y diamagneticos
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Cada elemento puede ser clasificado como ferromagnético, paramagnético o diamagnético, con diferentes niveles de sensibilidad a la magnetización. Los elementos que son ferromagnéticos, paramagnéticos o diamagnéticos pueden ser identificados por sus propiedades magnéticas, y es importante tener en cuenta que los valores deben utilizarse con las escalas indicadas.
Para obtener datos generales sobre estas clasificaciones, se pueden consultar recursos adicionales en: Datos.
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Magnetización
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El paramagnetismo describe un comportamiento en el cual los materiales pueden magnetizarse en función de un campo magnético externo aplicado. En este sentido, no permanecen magnetizados y pierden esta propiedad tan pronto como se suspende el campo externo.
Algunos ejemplos de materiales con propiedades paramagnéticas son el magnesio, el molibdeno, el litio y el tantalio.
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Paramagneto
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El paramagnetismo describe un comportamiento en el cual los materiales pueden magnetizarse en función de un campo magnético externo aplicado, pero no retienen la magnetización cuando se retira el campo magnético externo.
El paramagnetismo se origina debido a tres tipos de momentos magnéticos:
• El momento magnético del núcleo (denominado $\mu_n$)
• El momento magnético de los electrones (denominado $\mu_s$)
• El momento magnético resultante del movimiento de los electrones en los orbitales (denominado $\mu_l$)
El primero de estos momentos magnéticos es generalmente mucho menor que los otros dos y suele despreciarse. El momento magnético total de los momentos magnéticos de los electrones ($S$) y los orbitales ($L$) se puede calcular mediante la fórmula:
$\mu_{L+S}=\sqrt{4S(S+1)+L(L+1)}\mu_B$
donde $\mu_B$ es el magnetón de Bohr.
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Planeta como un gigante imán
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El planeta presenta un campo magnético que no es estático y puede incluso cambiar de polaridad. Se presume que su origen proviene del desplazamiento (convección) de cargas o material conductor alrededor del núcleo interno.
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Protección de viento solar y radiación cósmica
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El campo magnético de la Tierra es crucial para protegernos del viento solar y las partículas cósmicas. Una parte significativa es redirigida, mientras que algunas pocas penetran el escudo a través de los polos.
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Imposibilidad de existir monopolos magnéticos
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La similitud entre los campos magnéticos y eléctricos se limita al hecho de que no existen lo que podríamos llamar una carga magnética o un polo magnético independiente (monopolo). Esto se debe a que los campos magnéticos se forman a partir de giros individuales, y cualquier intento de separar los polos solo resulta en la creación de un nuevo imán con sus propios dos polos.
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Líneas de campo
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Cuando se dispersan astillas de metal alrededor de un imán, observamos los siguientes comportamientos:
• Las astillas de metal se orientan hacia el imán al ser magnetizadas por su campo magnético.
• Tienden a alinearse formando líneas continuas debido a las interacciones entre ellas, creando cadenas norte-sur.
• Se repelen entre sí en ciertas áreas, lo que resulta en la formación de zonas sin astillas.
Estas astillas de metal, en su conjunto, forman patrones que son análogos a las líneas de campo de cargas eléctricas en términos de su comportamiento y disposición.
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Ferromagneto o solenoide
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Cuando se permite que circule corriente a través de un solenoide, observamos que se crea un campo magnético similar al de una barra imantada. Esto significa que la corriente de electrones es capaz de generar campos magnéticos y que estos son equivalentes a los campos magnéticos permanentes.
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Interacción imán y solenoide
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No solo existe una similitud entre el campo magnético de un imán y aquel que genera un solenoide, también interactuan en forma similar a como lo hacen dos imanes.
Sin embargo existe una diferencia clave, el imán interactua con el spin del electrón y altera su comportamiento. O sea
- el campo magnético puede inducir un comportamiento en el electrón (principio del generador eléctrico)
- el electrón puede generar un campo magnético y vía este mover un imán o el objeto que lo crea (principio del motor eléctrico)
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