Download LA MAGIA DE LA FISICA: Magnetismo

LA MAGIA DE LA FISICA: Magnetismo.
Recursos Experimentales didácticos y recreativos.
Dr. Nelson Falcón Universidad de Carabobo. Facultad Experimental de Ciencias y
Tecnología. Dpto. de Física. Email nfalcon@uc.edu.ve .
Prof. Douglas Falcón Liceo Nacional “Mario Briceño Iragorry”. Bararida Bqto. Edo,
Lara dlfalcon@hispavista.com
En el apogeo de Macedonia, en el siglo IV a.c., eran conocidas una rocas provenientes de la
región de Magnesia, que mostraban la curiosa propiedad de atraer algunos metales como el
hierro y el níquel. Tales rocas se denominaron Magnésicas y se conocen hoy como
Magnéticas. Ya los fenómenos similares se les apelan con el calificativo de magnéticos. El
mineral de hierro Magnetita es en realidad un imán natural capaz de atraer al cobalto, al hierro
y al níquel. La presencia de imanes en una región del espacio modifica las propiedades del
espacio en sus alrededores, se dice entonces que crea un “campo de fuerzas” magnético; que l
se representa por líneas entre los polos del imán.
Experimento 1: Líneas tridimensionales de Fuerza Magnéticas
Para visualizar las líneas de fuerza magnética requerimos de un medio entre imanes con
partículas de hierro, capaces de moverse libremente. Una mezcla de aceite de motor y
aceite comestible en un envase con limadura de hierro (fácil de obtener en los talleres
donde tornan o rectifican motores y piezas metálicas) servirán como medio, alrededor de
ellas se colocan dos o mas imanes. Una luz de linterna que ilumine el envase desde
atrás facilitara la visibilidad de las líneas.
Es interesante notar que las líneas se aprecian convergentes entre los imanes cuando la
fuerza es atractiva, vale decir cuando los polos de los imanes son opuestos; y se observan
claramente divergente en el caso de polos iguales o de fuerza repulsiva.
Las limaduras de hierro quedan “atrapadas” o
“congeladas” en el campo magnético, de forma
similar, la materia al interior del Sol también resulta
atrapada
por
los
campos
magnéticos
de
la
“atmósfera” exterior del Sol y se puede apreciar en
las manchas solares.
También nuestro planeta posee un campo
magnético, quizás debido al núcleo de hierro y
níquel
(NiFe)
de
s
interior.
Este
campo
magnético global tiene su polo norte magnético
en la Antártica y el polo norte geográfico
corresponde al polo sur magnético, razón por la
cual la aguja norte de una brújula apunta
siempre al Norte geográfico.
Experimento 2: Fuerza Magnética
Usando dos imanes toroidales idénticos es posible hacer levitación magnética, es decir
se puede mostrar que la fuerza magnética repulsiva entre los polos idénticos de dos
imanes es suficiente para contrarrestar la gravedad. Es importante emplear un eje para
evitar el desplazamiento lateral de los imanes.
Los trenes de alta velocidad en Japón usan ya la levitación magnética para levantar los
vagones a unos pocos milímetros de los rieles y desplazar sobre ellos sin tocarlos!, es claro
que se emplean potentes electroimanes para lograrlo.
Los fenómenos eléctricos y magnéticos fueron tratados separadamente hasta bien
entrado el siglo XIX. Christian Oersted (1777-1851) al finalizar una clase práctica en la
Universidad de Copenhague, fue protagonista de un descubrimiento que lo haría famoso. Al
acercar una aguja imantada a un hilo de platino por el que circulaba corriente advirtió, perplejo,
que la aguja efectuaba una gran oscilación hasta situarse inmediatamente perpendicular al hilo.
Al invertir el sentido de la corriente, la aguja invirtió también su orientación. Este experimento,
considerado por algunos como fortuito y por otros como intencionado, constituyó la primera
demostración de la relación existente entre la electricidad y el magnetismo. Aunque las cargas
eléctricas en reposo carecen de efectos magnéticos, las corrientes eléctricas, es decir, las
cargas en movimiento, crean campos magnéticos y se comportan, por lo tanto, como imanes.
Los trabajos de Michael Faraday (1797-1878) y de James Maxwell (1831-1867) entre
otros eminentes hombres de ciencia, evidenciaron la correspondencia entre ambos fenómenos
y sentaros las bases matemáticas de la comprensión del campo electromagnético.
Experimento 3: Electroimán y Efecto Oersterd
Puede construirse un electroimán con alambre delgado y esmaltado, de cobre, arrollado
unas 30 o más veces sobre un carrete de hilo. Al conectar al mismo una batería se
evidencia el campo magnético inducido, capaz de atraer algunos metales.
. El campo magnético generado se incrementa si
añadimos algunos clavos de acero en el núcleo del
carrete. Puede verse fácilmente que al desconectar
la batería el dispositivo deja de actuar como imán.
Hoy día sabemos que la fuerza magnética es consecuencia del movimiento de las
cargas eléctricas. Los electrones, como partículas cargadas en movimiento, generan un dipolo
magnético intrínseco en el átomo. Los materiales presentan, de acuerdo a su composición
molecular, diferentes grados de momentos magnéticos orbítales y consecuentemente,
responden de forma diferente ante los campos electromagnéticos.
El magnetismo de los imanes se presenta en aquellos materiales donde los momentos
magnético orbítales de las moléculas se alinean; apuntando mas o menos en la misma
dirección en zonas macroscópicas del material, tal es el caso del hierro, de allí que se
denominen
ferromagnéticos
a
los
materiales
que
presentan
dominios
magnéticos
permanentes.
En otros materiales no existen dominios magnéticos y son “transparentes”” a los
campos magnéticos, como el oro y la mayoría de los plásticos. Tales materiales se denotan
como Diamagnéticos.
Hay materiales que solo alinean sus dominios magnéticos parcialmente con el campo
magnético exterior, retornando a su configuración original cuando cesa toda influencia
magnética externa, tales materiales se dicen paramagnéticos, como el Aluminio,
Los cambios de temperatura y otras influencias ambientales pueden alteran las zonas
o “dominios” de los materiales ferromagnéticos. La presencia de una corriente eléctrica
también puede reordenar esos dominios magnéticos, como por ejemplo los dominios
existentes en una cinta de celuloide con una película de hierro-cromo, en cuyo caso se puede
codificar una suerte de “código Morse” para almacenar información. Un campo magnético no
nulo en un tramo o sector se lee como un bit o 1, y cero en caso contrario, un mensaje esta
constituido por una sucesión de ceros y unos. Este principio es el fundamento de las cintas de
audio casettes, de VHS y de los diskettes de computadoras. Lo es también par los CD-room
aun cuando el mecanismo de lecto-escritura del código sea diferente.
Los campos magnéticos inducidos son proporcionales a la intensidad de las corrientes
eléctricas. Si una corriente eléctrica cambia alternadamente su polariza, generará campos
magnéticos con polaridades alternas y, en consecuencia, producirá fuerzas en direcciones
opuestas. Una pieza metálica sometida al vaivén de tales fuerzas en una y otra dirección
puede oscilar respecto a un eje, girando sobre él. Este es justamente el principio de
funcionamiento de los rotores o motores eléctricos. Estamos rodeados en nuestra vida
cotidiana de tales dispositivos. Los ventiladores, licuadoras, batidoras y lavadoras son solo
algunas de las aplicaciones de los fenómenos magnéticos.