Viñeta del cursillo de electricidad EF IV, sobre el magnetismo y los imanes

EF IV: El magnetismo. Imanes naturales y artificiales. Los dominios magnéticos.

En el tema anterior de Electricidad Fácil hablamos de electricidad estática y cargas eléctricas. Además, estudiamos cómo se atraen o repelen las cargas según sean positivas o negativas.

El tema IV tratará del magnetismo. Los campos magnéticos, como vamos a ver, se comportan de modo similar a los campos eléctricos. El magnetismo es esencial en el estudio de la electricidad por dos razones:

  • La mayor parte de la electricidad se obtiene a partir de campos magnéticos.
  • El campo magnético es la base del motor eléctrico.

Comprender el magnetismo es capital para entender la electricidad. Así que vamos a preguntarnos, de entrada, qué es y dónde se descubrió.

¿Qué es el magnetismo?

Ya vimos cómo los griegos descubrieron que el ambar o elektron atraía algunos cuerpos al ser frotado. Además, observaron que una roca llamada magnetita podía atraer ciertos metales.

Magnetita negra junto al mineral dorado pirita
Mineral de magnetita (negro) y pirita (dorado). Foto: Archaeodontosaurus.

La magnetita es un mineral de color negro y de aspecto metálico. Posiblemente su nombre está relacionado con la ciudad griega de Magnesia. Sin embargo, Plinio el Viejo cuenta en una fábula que el pastor Magnes descubrió que los clavos de su calzado atraían el mineral.

En efecto, la magnetita atrae al hierro. Es un imán natural.

Piedra magnetita atrae clavos iman
Los griegos descubrieron que la magnetita atraía clavos de hierro.

Sí, la magnetita es un imán natural. Pero también hay imanes artificiales. El magnetismo es la rama de la física que estudia los efectos que un imán tiene sobre otro imán (o sobre una corriente eléctrica).

Definición de magnetismo

Para la palabra magnetismo el diccionario ofrece dos acepciones relacionadas con la física:

Magnetismo

1. Fuerza de tracción o repulsión producida por un imán o una corriente eléctrica.

2. Disciplina que estudia los efectos producidos por los imanes o corrientes eléctricas.

Así, llamamos magnetismo al poder de los imanes para atraer ciertos metales (los ferromagnéticos) y otros imanes. También es la rama que estudia tales fenómenos.

Imanes naturales y artificiales (permanentes o temporales)

¿Existen diferencias entre los imanes naturales y los artificiales? Lo descubriremos en esta sección.

¿Qué son los imanes naturales y para qué sirven?

Como ya se ha dicho, un imán natural puede atraer partículas de hierro. Pero ¿para qué sirve esa capacidad de atracción?

Una primitiva brújula

¿A quién no se le ha caído nunca una caja de clavos? Siempre que sean de hierro, se recuperan fácilmente con un imán, aun si han caído sobre serrín o arena. Por otra parte, hace más de dos milenios el hombre descubrió que un imán natural suspendido de una cuerda se orientaba hacia el norte. A diferencia del ejemplo anterior, ahora estamos hablando nada menos que de la invención de la brújula.

Ya en el siglo ii a.C., los geománticos chinos experimentaron con las piedras de imán para fabricar una cuchara que señalase el sur en sus sesiones de adivinación. Cuando la colocaban en un plato de bronce liso, la cuchara se alineaba en el eje norte-sur.

Una piedra de magnetita colgada de una cuerda o colocada en una de madera flotando en agua también tiene la capacidad de mirar al Norte. Eso le sirvió a navegantes de la Antigüedad para guiarse en sus viajes.

Brújula
La brújula señala el norte gracias a su aguja magnetizada. Antes de su invención se usó un imán natural suspendido de una cuerda.

Más tarde la primitiva brújula sería perfeccionada. En algún momento alguien descubrió que era posible fabricar un imán artificial frotando un trozo de acero con un imán. En efecto, la moderna brújula no es sino una aguja magnetizada que gira libremente alrededor de un eje sin apenas rozamiento.

Pero ¿por qué se orienta una brújula hacia el norte? ¿Quizás la Tierra se comporta como un imán natural gigante? Hoy sabemos, en efecto, que el magnetismo del planeta es el responsable de orientar la aguja hacia el polo norte magnético. A propósito: no coincide con el polo norte geográfico, pues dista de este unos 1600 km.

El polo norte magnético se desplaza a una velocidad de 40 km/año (100 m/día). De hecho, a lo largo de un ciclo que dura miles de años el polo invierte su polaridad; es decir, se convierte en polo sur. La última vez que el polo norte magnético estuvo situado en el hemisferio sur fue hace unos 780 000 años.

Pero dejemos a un lado los imanes naturales. ¿Qué tal si hablamos de imanes artificiales?

Tipos de imanes artificiales

Los imanes artificiales son fabricados por el hombre. No existen en la naturaleza. Por ejemplo, al frotar un hierro con un imán natural se queda imantado.

Hay dos tipos de imanes artificiales:

  • Imanes temporales: son fáciles de imantar, pero se desmagnetizan enseguida. Ejemplo: imán de hierro dulce.
  • Imanes permanentes: mantienen durante más tiempo el magnetismo. Ejemplo: imán de aleación de neodimio.

Los polos de un imán

No todas las partes del imán tienen la misma fuerza de atracción. Los extremos del imán tienen un mayor magnetismo. Tales puntos son los polos del imán:

  • Polo norte (apunta al Norte siempre que el imán pueda girar libremente)
  • Polo sur

Los imanes, en general , tienen forma de barra recta o forma de U (imán de herradura). Vale la pena señalar que el iman de herradura es una barra curvada, pero sus polos siguen ocupando los extremos de ella:

Polos de un imán de herradura
Polo norte y polo sur en un imán de herradura.

Rompiendo un imán

Si rompemos por la mitad un imán de barra, ¿serán a su vez imanes las partes resultantes? ¿Se separará el polo sur del norte?

En efecto, al romper un imán, obtenemos dos imanes más pequeños. Y los polos de estos nuevos imanes ocupan la misma posición que tenían en el imán original.

División de un imán
Con cada división de un imán se obtienen dos nuevos imanes. Los polos mantienen su posición.

¿Recordamos cómo se comportan las cargas eléctricas? Dijimos que las cargas eléctricas de signo diferente se atraen y las de mismo signo se repelen.

Pues bien, con los polos de un imán ocurre lo mismo. Los polos iguales se repelen y los polos diferentes se atraen. Eso significa que al romper el imán, este se autorrepara: los trozos se quedan pegados entre sí.

Así como podemos dividir la materia en fragmentos cada vez más pequeños hasta llegar al electrón, ¿qué ocurre si seguimos dividiendo el imán del ejemplo? ¿Existe una partícula magnética esencial?

Los dominios magnéticos

Los dominios magnéticos son grupos de átomos de los materiales ferromagnéticos que, alineados, causan el magnetismo de dicho material. ¡Vamos a verlo más de cerca!

Un material magnético puede estar desmagnetizado. En ese caso los dominios están orientados de manera aleatoria. En consecuencia, el material no tiene magnetismo. Pero al frotar este material con un imán, los dominios se alinean: el material queda imantado.

Dominios magnéticos en imán de neodimio
Granos de la estructura microcristalina en un imán de aleación de neodimio, hierro y boro. Los dominios magnéticos son las franjas horizontales que se pueden ver dentro de cada grano. En el grano resaltado se ven los extremos de las franjas, al estar estas en perpendicular. Foto: Gorchy.

Imanes temporales y permanentes

Pues bien, la diferencia entre un imán permanente y uno temporal es que en el imán permanente los dominios magnéticos se quedan alineados. En el temporal, en cambio, vuelven a disponerse al azar.

¡Eso es todo! Dedicaremos el siguiente capítulo de Electricidad Fácil a los campos magnéticos y las líneas de fuerza.

Resumen

Los imanes tienen la facultad de atraer a metales ferromagnéticos, como el hierro. Los imanes pueden ser naturales o artificiales, permanentes o temporales.

El magnetismo se define como el efecto de atracción que poseen los imanes. También es la rama de la física que estudia fenómenos relacionados con los imanes y la electricidad.

En los polos de un imán el magnetismo es más intenso. Un iman tiene dos polos: polo norte y polo sur. El polo norte se orienta hacia el Norte (polo norte magnético) cuando puede girar libremente. Eso demuestra que la Tierra se comporta como un imán gigante.

Al frotar un metal ferromagnético con un imán, grupos de átomos llamados dominios magnéticos se alinean, bien de forma temporal, bien permanentemente:

  • En los imanes temporales los dominios se vuelven a orientar al azar una vez se retira la causa que los había alineado.
  • Los dominios magnéticos de los imanes permanentes conservan su orientación.

Apuntes adicionales: ¿cómo se magnetiza la magnetita?

Ahora que conocemos los dominios magnéticos, ¿de veras tiene sentido afirmar que la magnetita es un imán natural? ¿Podría ser un material ferromagnético que se imantó naturalmente?

En efecto, una piedra de imán es un fragmento de magnetita que se ha imantado de manera natural. Pero ¿qué causa natural alineo sus dominios magnéticos?

Se sabe que solo una pequeña parte de la magnetita está magnetizada (esto es, convertida en piedra de imán). Los geólogos se preguntan desde hace tiempo cómo se magnetiza la magnetita. Han alcanzado varias conclusiones y teorías:

  • Se descarta que el campo magnético de la Tierra sea el responsable de su magnetización por cuanto es demasiado débil.
  • Se sabe que la mayor parte de piedras de imán —magnetita magnetizada— se encuentra en la superficie de la Tierra.
  • Por tanto, la teoría principal es que fueron imantadas por campos magnéticos producidos por los rayos al descargar sobre la superficie terrestre la electricidad estática de la nube.

Como veremos, la corriente eléctrica que circula por un cable genera un campo magnético alrededor del conductor eléctrico (el cobre). Por ser la corriente eléctrica de un relámpago muy elevada, también lo es su campo magnético. En efecto, suficientemente elevada para magnetizar la magnetita.

Comentarios

  • Fue una mejor experiencia

    Sandra torres
  • Que pasaría si mezclamos imanes naturales con los artificiales y pasando mucha electricidad haciendo que el polo norte sea atraído y morderse a le velocidondad de la electricidad de alta potencia y al ser repelido flotar

    Jesus
  • Hola, Jesús. ¿Como el tren de levitación magnética?

    Carlos
  • ¿Cómo puedo citar esta pagina web?

    Jose maldonado
  • Hola, José:

    Gracias, antes que nada. Para citar este tema en concreto, por ejemplo, así:

    Electricidad Fácil IV. Magnetismo: imanes naturales y permanentes.
    (https://www.tecnitool.es/electricidad-facil-iv/)

    Un saludo.

    Carlos

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