¿Qué es un campo magnético?

Detectar un campo magnético con una brújula

Es un error común pensar que una brújula es simplemente una herramienta para mostrarle la dirección en la que se dirige. Una brújula es realmente un detector de dirección de campo magnético. Ahora, ¿no suena elegante? La confusión proviene del hecho de que casi siempre usamos una brújula para detectar la dirección del campo magnético de la Tierra como una forma de saber en qué dirección nos dirigimos en la superficie de la tierra. Si bien este es un gran uso práctico para una brújula, vamos a realizar un experimento hipotético usando la brújula para diagramar las líneas del campo magnético de una barra magnética gigantesca.

El término ” campo magnético ” se refiere básicamente al espacio alrededor de un imán donde otros imanes experimentarán una fuerza. El problema es que no podemos detectar el campo magnético con nuestros propios sentidos, por lo que necesitamos usar una brújula para ayudarnos a “ver” el campo. Una brújula no es más que un pequeño imán suspendido de manera que puede girar libremente en respuesta a un campo magnético. Como todos los imanes, la aguja tiene un polo norte y un polo sur que son atraídos y repelidos por los polos de otros imanes. Cuando la brújula se coloca en un campo magnético fuerte, las fuerzas de atracción y repulsión hacen girar la aguja hasta que está perfectamente alineada con la dirección del campo.

En un campo magnético, la aguja de una brújula correrá paralela a la dirección del campo.

Para nuestro experimento, vamos a imaginar que tenemos una barra magnética del tamaño de un autobús escolar en un espacio abierto. ¡Esto debería ayudarlo a visualizar caminando alrededor del imán y debería convencerlo de que estamos tratando con un campo magnético muy fuerte! Con la brújula en la mano, partiremos junto al polo norte y observaremos la orientación de la aguja. Lo que veríamos es que la aguja apunta hacia afuera y hacia afuera del imán. Si comenzáramos a caminar en la dirección en la que apuntaba la aguja, encontraríamos que a medida que nos alejábamos del poste, la aguja comenzaría a girar hacia un lado. Continuando siguiendo la aguja, eventualmente caminaríamos alrededor del imán y llegaríamos al polo sur. Aquí, la aguja apuntaría directamente al imán.

Diagrama de una sola línea de campo

Si repitiéramos este experimento varias veces más, pero comenzando desde ubicaciones ligeramente diferentes, nuestro diagrama eventualmente se vería así:

El espaciado de las líneas de campo está relacionado con la fuerza del campo magnético.

Cada una de las líneas se llama línea de campo.y muestra la dirección del campo magnético en varios lugares alrededor del imán. Este diagrama nos dice un par de cosas diferentes. Primero, nos muestra que la dirección del campo magnético siempre se considera que sale del polo norte y se dirige al polo sur. En realidad, esto es solo una convención, pero que se sigue universalmente. La segunda cosa a tener en cuenta es que el espaciado de las líneas indica la fuerza del campo magnético. Podemos ver que las líneas de campo están más cerca de los polos del imán (donde el campo es más fuerte) y se separan más a medida que nos alejamos de los polos. Si alguna vez ha jugado con imanes, probablemente haya sentido cuánto cambia la fuerza entre dos imanes a medida que los polos se acercan cada vez más.

Materiales ferromagnéticos

La mayoría de los imanes no comienzan como imanes en absoluto, sino que se convierten en uno después de ser expuestos a un campo magnético. Los materiales que pueden convertirse en imanes pertenecen a un grupo especial conocido como materiales ferromagnéticos, que incluye hierro, níquel y cobalto. Los materiales ferromagnéticos contienen átomos que en sí mismos son magnéticos, pero lo que los hace únicos es que los átomos se agrupan en dominios magnéticos. Dentro de cada dominio, los átomos están alineados de manera que sus campos magnéticos se unifican para hacer que el dominio mismo actúe como un imán. Sin embargo, si los dominios del material están orientados aleatoriamente, el material no se comportará como un imán.

El hierro, el níquel y el cobalto son ejemplos de materiales ferromagnéticos.

Cuando se exponen a un campo magnético externo, como el de otro imán, los dominios se alinearán con el campo, provocando una respuesta magnética muy fuerte en el material. Si el campo externo es lo suficientemente fuerte, los dominios cambiarán de forma, mejorando aún más el efecto magnetizante. En la mayoría de los materiales ferromagnéticos, cuando se elimina el campo magnético externo, los dominios volverán a sus orientaciones aleatorias y el material perderá su magnetismo. Esta es una propiedad útil para los electroimanes que necesitan encenderse y apagarse, como los que se usan en los astilleros de demolición.

Sin embargo, no todos los materiales ferromagnéticos se comportan de esta manera. En algunos materiales, los dominios permanecen en su configuración alineada y el material permanece magnético incluso después de que se ha eliminado el campo magnético externo. Cuando un material retiene su magnetismo por sí solo, se le llama imán permanente.

Resumen de la lección

Un campo magnético se refiere al espacio alrededor de un imán donde otros imanes experimentarán una fuerza. Una brújula puede mostrarnos la dirección de un campo magnético, como el de la tierra. Las líneas de campo se utilizan para representar la dirección de un campo magnético que, por convención, apunta en dirección opuesta al polo norte y apunta hacia el polo sur. El espaciado de las líneas de campo indica la fuerza relativa del campo. Las líneas están más estrechamente espaciadas en los polos del imán donde el campo es más fuerte y están más espaciadas a medida que nos alejamos de los polos.

Los materiales ferromagnéticos contienen dominios magnéticos donde los átomos magnéticos están alineados entre sí. Normalmente, los dominios están orientados aleatoriamente y el material no actúa como un imán. Sin embargo, la exposición a un campo magnético externo hará que los dominios se alineen, haciendo que el material se vuelva magnético. En la mayoría de los materiales ferromagnéticos, los dominios vuelven a una orientación aleatoria una vez que se elimina el campo magnético y el material se desmagnetiza. Sin embargo, algunos materiales conservan la configuración del dominio alineado y, por tanto, su magnetismo, lo que los convierte en imanes permanentes.

Los resultados del aprendizaje

Al final de esta lección, tendrá la capacidad de:

• Definir campo magnético
• Explica cómo se puede usar una brújula para determinar la dirección de un campo magnético.
• Describir materiales ferromagnéticos y dar ejemplos de ellos.
• Resuma por qué algunos materiales se convierten en imanes permanentes