Fuerza magnética: definición, polos y dipolos

La raíz del magnetismo

Un imán es una de esas cosas que casi todos hemos usado y, sin embargo, no tenemos idea de cómo funciona. La mayoría de la gente podría decirle que un imán ejerce una fuerza invisible sobre otros imanes, pero no mucha gente podría decirle por qué. En realidad, los científicos todavía están teorizando sobre la causa exacta del magnetismo, pero ¿eso le ha impedido alguna vez pegar papeles en su refrigerador? Sin adentrarnos en el mundo esotérico de la mecánica cuántica, veremos la causa raíz del magnetismo y luego hablaremos sobre algunas de las propiedades fundamentales de los imanes.

Aunque los imanes se descubrieron por primera vez hace más de 2.500 años, no fue hasta el siglo XIX cuando los científicos aprendieron que los electrones en movimiento son responsables de los campos de fuerza magnética. Por qué los electrones en movimiento hacen esto es una teoría muy complicada, pero para nuestros propósitos, es suficiente saber que esto es lo que sucede. Dado que los átomos están rodeados de electrones en movimiento, muchos actuarán como pequeños imanes de barra con un polo norte y un polo sur. En los materiales donde los átomos están alineados de forma natural, los campos magnéticos atómicos individuales se unifican para crear un gran campo magnético. Los objetos que siempre exhiben un campo magnético unificado se denominan imanes permanentes .

En muchos materiales, como el hierro, los átomos están naturalmente desorganizados y no crean un campo magnético unificado por sí mismos. Sin embargo, cuando se coloca un imán cerca, los átomos del material responden girando para alinearse, convirtiendo temporalmente el objeto en otro imán. Cuando esto sucede, decimos que el objeto ha sido magnetizado.

Cuando se coloca un imán junto a esta sartén de hierro, se magnetiza.

En la mayoría de los materiales, los átomos regresan a sus posiciones originales una vez que se retira el imán y el objeto se desmagnetiza. Esta es la razón por la que cosas como los clips no actúan como imanes por sí mismos, sino que se comportan como imanes en presencia de otros objetos magnéticos. Dependiendo del material y la fuerza del campo magnético, algunos objetos permanecerán magnéticos incluso después de que se retire el otro imán. Este es un truco útil para hacer que los tornillos pequeños se peguen al extremo de un destornillador.

Monopolos y dipolos

Una cosa fácil de dar por sentado acerca de los imanes es que siempre tienen un polo norte y un polo sur. Los imanes se llaman dipolos, que literalmente significa ‘dos ​​polos’. ‘Si pudieras cortar un extremo del imán y tener solo un polo norte, entonces este polo único se llamaría monopolo. Sin embargo, ¡nadie ha podido hacer esto!

Resulta que cada vez que cortas un imán, terminas con un polo norte y un polo sur en cada pieza. Incluso si pudieras cortar el imán al tamaño de un solo átomo, lo que sería realmente difícil, el átomo aún tendría un polo norte y un polo sur, como vimos antes. Una propiedad fundamental de todos los imanes es que solo existen como dipolos en el mundo natural.

Cortar un imán por la mitad creará dos nuevos imanes con un polo norte y uno sur.

Fuerza magnética

Si alguna vez has jugado con imanes, definitivamente sabes que ejercen una fuerza invisible entre sí. Sin embargo, existe una dirección muy específica para estas fuerzas dependiendo de qué polos estén cerca uno del otro. Otra propiedad fundamental de los imanes es que los polos similares se repelen, mientras que los polos opuestos se atraen. En otras palabras, si intentaras unir los polos norte de dos imanes, intentarían alejarse entre sí. Lo mismo sucedería si intentaras unir los dos polos sur. Sin embargo, si girara un imán y juntara un polo norte y un polo sur, entonces se atraerían entre sí.

Hablando de los polos norte y sur, ¿te has preguntado alguna vez de dónde vienen estos nombres? Si pensó en la Tierra, entonces está en el camino correcto.

La brújula es la aplicación más antigua de materiales magnéticos. Mucho antes de que se entendieran los imanes, se sabía que un material naturalmente magnético, como la piedra imán, rotaría para alinearse en una orientación norte-sur con respecto a la Tierra. El extremo de la piedra imán que apuntaba hacia el norte se llamaba polo “norte” y el otro extremo, polo “sur”. La razón por la que la piedra imán se alineaba de esta manera era porque la Tierra misma actuaba como un imán gigante, que atraía los polos opuestos de la piedra imán.

Los puntos de una brújula se alinean con los polos norte y sur de la Tierra.

Una consecuencia curiosa de establecer la convención de nomenclatura en la piedra imán fue que los nombres de los polos magnéticos de la Tierra se convirtieron en el reverso de los polos geográficos. En otras palabras, el polo sur magnético de la Tierra está en realidad en el polo norte geográfico y viceversa. Es solo un problema de convención de nombres y no hay nada de qué preocuparse, pero apuesto a que puedes engañar a tus amigos con esa trivia.

Resumen de la lección

Todas las fuerzas magnéticas son el resultado de electrones en movimiento. Dado que los átomos están rodeados por electrones en movimiento, la mayoría de ellos actúan como pequeños imanes. Cuando los átomos de un material están alineados, sus campos magnéticos individuales se unifican para crear un campo magnético más grande, lo que resulta en un imán permanente .

Algunos materiales con átomos desalineados naturalmente pueden ser magnetizados por otro imán. Dependiendo del material, cuando se retira el imán, el objeto perderá su magnetismo o retendrá suficiente magnetismo para actuar como un imán permanente.

Todos los imanes tienen un polo norte y uno sur, lo que los clasifica como dipolos. Es imposible crear un imán con un solo polo. Los polos similares siempre se repelen entre sí y los polos opuestos siempre se atraen.

Los resultados del aprendizaje

Siguiendo este video, podrá:

• Resume cómo se crea la fuerza magnética
• Definir imán permanente y explicar cómo se crea uno.
• Diferenciar entre monopolos y dipolos y decir por qué los imanes son dipolos
• Explique dónde se originaron los nombres de los polos ‘norte’ y ‘sur’ con respecto a los imanes