Imán para niños
Un imán es un objeto especial que tiene la capacidad de atraer ciertos metales, como el hierro, el cobalto y el níquel. Esta capacidad se llama magnetismo. Los imanes pueden ser naturales, como algunas rocas, o artificiales, creados por el ser humano. Algunos materiales son atraídos fuertemente por los imanes (ferromagnéticos), otros solo un poco (paramagnéticos), y algunos no son atraídos en absoluto (diamagnéticos), como el oro o el agua.
Los imanes naturales mantienen su fuerza magnética a menos que sufran un golpe muy fuerte, se les aplique otro tipo de magnetismo opuesto o se calienten mucho. Aunque no podemos ver el campo magnético, es lo que hace que los imanes atraigan o repelan cosas. Los materiales que son muy atraídos por un imán tienen una alta "permeabilidad magnética", como el hierro. Los que son poco atraídos tienen una baja permeabilidad, como el oxígeno líquido.
Los imanes pueden ser permanentes, si conservan su magnetismo por mucho tiempo, o temporales, si solo son magnéticos mientras están bajo la influencia de otro campo magnético. Un electroimán es un tipo de imán temporal que funciona con corriente eléctrica. La unidad para medir el campo magnético es el tesla.
Contenido
¿De dónde viene la palabra "imán"?
La palabra "imán" viene del griego adamas, que significa "diamante" o "acero". Los antiguos griegos ya sabían que el calor podía quitarle el magnetismo a estas piedras.
En el siglo XVI, el cronista Gonzalo Fernández de Oviedo escribió sobre la "piedra calamita" (como se le llamaba al imán en España) y sus diferentes nombres y propiedades.
La historia de los imanes
Las primeras ideas sobre los imanes vienen del antiguo Egipto, Grecia, India y China. En el año 585 a.C., Tales de Mileto notó que la magnetita atraía el hierro, pero pensaba que tenía "alma".
Más tarde, en el año 1600, William Gilbert publicó su libro De Magnete, que marcó el inicio del estudio científico del magnetismo en Europa. En China, los imanes y sus propiedades se mencionaron por primera vez en el siglo IV, y las brújulas se empezaron a usar a principios del XI. Para los siglos XII y XIII, las brújulas ya eran comunes en muchos lugares.
¿Cómo funciona el magnetismo?
Imanes permanentes: ¿por qué son magnéticos?
Todos los objetos están hechos de partículas muy pequeñas como protones, neutrones y electrones. Cada una de estas partículas tiene una propiedad llamada "espín", que les da un pequeño campo magnético. Podríamos pensar que todo sería magnético, pero no es así.
En la mayoría de los materiales, los espines de las partículas están desordenados y se anulan entre sí, por eso no hay un campo magnético visible. Pero en los imanes permanentes, los espines de muchas partículas se alinean de forma ordenada. Estas zonas ordenadas se llaman "dominios de Weiss" o dominios magnéticos. Cuanto más ordenados estén, más fuerte será el campo magnético.
Los materiales ferromagnéticos son los que tienen un alto grado de orden en sus dominios, lo que les permite generar campos magnéticos fuertes. Una forma de hacer un campo magnético muy fuerte es alinear todos los dominios de un material ferromagnético usando un electroimán.
El papel de los electrones en el magnetismo
Los electrones son muy importantes en la creación de campos magnéticos. En un átomo, los electrones pueden estar solos o en parejas. Si están en parejas, sus espines se anulan, así que no generan un campo magnético.
Pero en muchos átomos, hay electrones "desapareados" (solos). Para que un material sea ferromagnético, estos electrones desapareados deben alinearse en la misma dirección a gran escala. La forma en que los átomos están organizados y la distancia entre ellos ayudan a que esta alineación ocurra, haciendo que los electrones se encuentren en un estado de menor energía.
¿Qué son los electroimanes?
Un electroimán es un cable enrollado una o varias veces, formando lo que se llama una espira (una vuelta) o un solenoide. Cuando la corriente eléctrica pasa por el cable, se crea un campo magnético concentrado, especialmente dentro del enrollamiento. Las líneas de este campo son muy parecidas a las de un imán normal.
Si el cable se enrolla alrededor de un material ferromagnético o paramagnético, como un clavo de hierro, el campo magnético será mucho más fuerte, cientos o incluso miles de veces más potente.
Los electroimanes se usan en muchas cosas, desde aceleradores de partículas y motores hasta grúas en desguaces y máquinas de resonancia magnética.
El descubrimiento del electroimán
Fue Hans Christian Ørsted quien descubrió en 1820 que una corriente eléctrica crea un campo magnético a su alrededor. Dentro de los materiales, los electrones en los átomos se mueven, creando pequeñas corrientes que actúan como imanes microscópicos. Si estos pequeños imanes están desordenados, sus efectos se anulan. Pero si se alinean, el material se magnetiza.
El primer científico en construir un electroimán fue el físico francés François Arago.
Características de los imanes
El campo magnético
El campo magnético (representado como B) es una propiedad que tiene un valor en cada punto del espacio. Se define por dos cosas:
- Su dirección: hacia dónde apunta la aguja de una brújula.
- Su fuerza: qué tan fuerte atrae o repele.
El campo magnético es un "campo vectorial" porque tiene dirección y magnitud.
El momento magnético
El momento magnético (simbolizado con μ) es un vector que describe las propiedades magnéticas de un objeto. Por ejemplo, en una barra magnética, su dirección va del polo norte al polo sur, y su fuerza depende de la potencia de los polos y la distancia entre ellos. Un imán produce su propio campo magnético y también reacciona a otros campos magnéticos.
La magnetización
La magnetización de un material magnético es la cantidad de momento magnético por unidad de volumen. Se representa como M y se mide en A/m. Diferentes partes de un imán pueden tener diferentes direcciones y fuerzas de magnetización. Por ejemplo, el hierro puede tener una magnetización muy alta, lo que explica por qué los imanes son tan efectivos.
Polos magnéticos y corrientes atómicas
El modelo de Gilbert
En todos los imanes, la mayor fuerza de atracción se encuentra en sus extremos, llamados "polos". Un imán siempre tiene al menos dos polos: un "polo norte" y un "polo sur". Los polos iguales se repelen (Norte con Norte, Sur con Sur) y los polos opuestos se atraen (Norte con Sur).
No existen polos magnéticos solos. Si rompes un imán en dos, cada parte se convierte en un nuevo imán con su propio polo norte y sur. Si sigues dividiendo, llegará un momento en que las piezas serán demasiado pequeñas para mantener un campo magnético.
El modelo de Gilbert imagina que la superficie de los polos de los imanes permanentes está cubierta de "carga magnética", que es la fuente de las líneas del campo magnético. Este modelo funciona bien para describir el campo fuera del imán.
El modelo de Ampère
El modelo de Ampère, propuesto por André-Marie Ampère, dice que las corrientes eléctricas son la causa de todos los fenómenos magnéticos. Según él, los "dipolos magnéticos" son pequeñas espiras de corriente a nivel atómico. Hoy en día, esta idea sigue siendo la base de la teoría del magnetismo, pero también se considera que las corrientes en los materiales magnéticos están relacionadas con una propiedad cuántica de las partículas llamada espín. El modelo de Ampère describe el campo magnético de forma precisa tanto dentro como fuera del imán.
¿Cómo se nombran los polos de un imán?
Los nombres "polo norte" y "polo sur" de un imán vienen de cómo interactúa con el campo magnético terrestre. Si dejas un imán colgado libremente, se alineará con el eje norte-sur de la Tierra. El extremo del imán que apunta hacia el polo norte magnético de la Tierra se llama el polo norte del imán. Como los polos opuestos se atraen, el polo norte geográfico es en realidad el polo sur del campo magnético de la Tierra.
La Tierra ha invertido su polaridad magnética varias veces a lo largo de su historia. Para saber qué polo es cuál en un imán sin usar la Tierra, se puede comparar con un electroimán y usar la regla de la mano derecha. Las líneas de campo magnético, por convención, salen del polo norte de un imán y entran por el polo sur.
Tipos de imanes
Los imanes se pueden clasificar de varias maneras:
- Imanes naturales: Son minerales como la magnetita, que tienen propiedades magnéticas por sí mismos. Atraen sustancias magnéticas y están hechos de óxido de hierro.
- Imanes artificiales permanentes: Son materiales magnéticos que, al ser frotados con un imán natural, se convierten en imanes y mantienen su capacidad de atracción por mucho tiempo.
- Imanes artificiales temporales: Solo producen un campo magnético mientras una corriente eléctrica pasa por ellos. El electroimán es un ejemplo.
Usos actuales de los imanes
Los imanes se usan en muchísimas cosas en nuestra vida diaria:
- En discos duros de computadoras.
- En altavoces y bocinas.
- Imanes para la nevera.
- Brújulas para orientarse.
- Cierres de neveras y muebles.
- Bandas magnéticas en tarjetas de crédito o débito.
- Motores y generadores eléctricos.
- Detectores de metales.
- Máquinas de resonancia magnética en hospitales.
Algunos de estos aparatos pueden dañarse si se exponen a un magnetismo opuesto muy fuerte o a altas temperaturas.
Partes de un imán
- Eje magnético: Es la línea imaginaria que une los dos polos del imán.
- Línea neutral: Es la línea en la superficie del imán que separa las zonas de los polos.
- Polos: Son los dos extremos del imán donde la fuerza de atracción es más intensa. Siempre hay un polo norte y un polo sur. Los polos iguales se repelen y los diferentes se atraen.
Polos magnéticos
Como ya vimos, la mayor fuerza de atracción de un imán se encuentra en sus extremos, llamados polos. Un imán siempre tiene dos polos: norte y sur. Los polos iguales se repelen y los distintos se atraen. No existen polos magnéticos solos; si rompes un imán, cada pedazo se convierte en un nuevo imán con sus propios polos, aunque con menos fuerza.
Entre los polos de un imán se forman "líneas de fuerza" que son cerradas, yendo de un polo a otro tanto por fuera como por dentro del imán. Puedes ver estas líneas esparciendo limaduras de hierro sobre una cartulina encima de un imán; las limaduras se alinearán con las líneas de fuerza.
Magnetización
La magnetización de un objeto es la cantidad de su momento magnético por unidad de volumen. Es un "campo vectorial" porque diferentes partes de un imán pueden tener diferentes direcciones y fuerzas de magnetización. Por ejemplo, el hierro puede tener una magnetización muy alta, lo que lo hace muy efectivo para producir campos magnéticos.
¿Cómo se magnetiza una sustancia?
Una sustancia se puede magnetizar de varias maneras:
- Colocando el material en un campo magnético fuerte, creado por un imán permanente o por una corriente eléctrica.
- Cuando un material con propiedades magnéticas se funde (como el acero o la lava basáltica) y luego se enfría en presencia de un campo magnético.
Galería de imágenes
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Imán dipolar de un sincrotrón en Estados Unidos.
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Imán sextipolar usado en un sincrotrón australiano.
Véase también
En inglés: Magnet Facts for Kids
