Ejemplo de Imantación

La imantación es el término que se aplica como sinónimo a una magnetización, que es propiciar un campo magnético en un material que naturalmente no tiene polos magnéticos y no tiene la propiedad de influir en materiales metálicos con una atracción o repulsión.

El comportamiento de los imanes de barra es ampliamente conocido desde la experimentación en la educación primaria. Los imanes permanentes, que están hechos generalmente de sustancias que contienen Hierro (Fe), atraen o repelen a otros imanes. Además, al atraer a otros objetos de Hierro, éstos pueden ser magnetizados. La lista de aplicaciones tecnológicas importantes del magnetismo es muy amplia. Por ejemplo, grandes electroimanes se utilizan para transportar cuerpos pesados. Los imanes también se utilizan en aparatos de medida, transformadores, motores, aceleradores de partículas y en bocinas. Las cintas magnéticas se utilizan comúnmente en las grabaciones de sonidos, grabaciones de Televisión y memorias para computadoras. Intensos campos magnéticos generados por imanes superconductores se utilizan hoy en día como un medio contenedor de los plasmas usados en las investigaciones de controladores de reacción nuclear.

Historia del Magnetismo

El fenómeno del magnetismo fue conocido por los griegos desde el año 800 antes de Cristo. Descubrieron que ciertas piedras, cuyo nombre actual es Magnetita, que corresponde al compuesto químico Óxido de Hierro Fe₃O₄, atraían piezas de Hierro. La leyenda adjudica el nombre de Magnetita en honor al pastor Magnes; cuenta la historia que los clavos de sus zapatos y el casquillo de su bastón quedaron fuertemente sujetos a un campo magnético cuando se encontraba pastoreando un rebaño.

En 1269, Pierre de Maricourt, mediante un imán natural esférico, elaboró un mapa de las direcciones tomadas por una aguja al colocarla en diversos puntos de la superficie de la esfera. Encontró que las direcciones formaban líneas que rodeaban a la esfera pasando a través de dos puntos diametralmente opuestos uno del otro, a los cuales les llamó Polos del imán. Experimentos subsecuentes demostraron que cualquier imán, sin importar su forma, tiene dos polos, llamados Polo Norte y Polo Sur, los cuales presentan fuerzas que actúan entre sí de manera análoga a las cargas eléctricas. Es decir, polos iguales se repelen y polos diferentes se atraen.

En 1600, William Gilbert extendió estos experimentos a una variedad de materiales. Utilizando el hecho de que una aguja magnética (brújula) se orienta en direcciones preferidas, sugiere que la misma Tierra es un gran imán permanente.

En 1750, John Michell usó la balanza de torsión para demostrar que los polos magnéticos ejercen fuerzas de atracción y repulsión entre sí, y que estas fuerzas varían como el inverso del cuadrado de la distancia de separación. Aun cuando la fuerza entre dos polos magnéticos es similar a la fuerza entre dos cargas eléctricas, existe una importante diferencia. Las cargas eléctricas se pueden aislar (lo que se manifiesta en la existencia del protón y el electrón), mientras que los Polos Magnéticos no se pueden separar. Esto es, los Polos Magnéticos siempre están en Pares. Todos los intentos por detectar un Polo individual, aislado, han fracasado. No importa cuántas veces se divida un imán permanente, cada trozo siempre tendrá un polo norte y un polo sur.

La relación entre el magnetismo y la electricidad fue descubierta en 1819 cuando, en la demostración de una clase, el científico danés Hans Oersted encontró que la corriente eléctrica que circula por un alambre desvía la aguja de una brújula cercana.

Poco tiempo después, André Ampére obtuvo las leyes cuantitativas de la fuerza magnética entre conductores que llevan corrientes eléctricas. También sugirió qué órbitas de corriente eléctrica de magnitud molecular son las responsables de todos los fenómenos magnéticos. Esta idea es la base de la teoría moderna del Magnetismo.

En la década de 1820, se demostraron varias conexiones entre la electricidad y el magnetismo por Faraday e independientemente por Joseph Henry. Ellos comprobaron que se podía producir una corriente eléctrica en un circuito al mover un imán cercano al circuito o bien variando la corriente de un cirtuito cercano al primero. Tales observaciones demuestran que un cambio en el campo magnético de un material, produce un campo eléctrico. Años después, el trabajo teórico realizado por Maxwell demostró que un campo eléctrico variable da lugar a un campo magnético.

El Campo Magnético

El Campo Eléctrico E en un punto del espacio se ha definido como la Fuerza por Unidad de Carga que actúa sobre una carga de prueba colocada en ese punto. De manera análoga, el Campo Gravitacional G en un punto dado del espacio es la fuerza de gravedad por unidad de masa que actúa sobre una masa de prueba.

Tras la breve introducción, se va a definir el vector de Campo Magnético B, a veces llamado Inducción Magnética o Densidad de Flujo Magnético, en un punto dado del espacio en términos de la magnitud de la fuerza que sería ejercida sobre un objeto de prueba apropiado.

El objeto de prueba es una partícula cargada que se mueve con velocidad v. Se puede suponer por el momento que están ausentes el Campo Eléctrico y el Campo Gravitacional en la región de la carga. Los experimentos realizados sobre el movimiento de diversas partículas cargadas que se desplazan en un campo magnético han proporcionado los siguientes resultados:

1.- La fuerza magnética es proporcional a la carga q y la velocidad v de la partícula.

2.- La magnitud y la dirección de la fuerza magnética depende de la velocidad de la partícula y de la magnitud y dirección del campo magnético.

3.- Cuando una partícula se mueve en dirección paralela al vector Campo Magnético, la Fuerza Magnética F sobre la carga es cero.

4.- Cuando la velocidad hace un ángulo θ con el Campo Magnético, la Fuerza Magnética actúa en una dirección perpendicular tanto a v como a B; es decir, F es perpendicular al plano formado por v y B.

5.- La Fuerza magnética sobre una carga positiva tiene sentido opuesto a la Fuerza que actúa sobre una carga negativa que se mueva en la misma dirección.

6.- Si el vector velocidad hace un ángulo θ con el Campo Magnético, la magnitud de la fuerza magnética es proporcional al sen θ.

Todas las observaciones anteriores se pueden resumir escribiendo la Fuerza Magnética en la forma:

La ecuación representa la Fuerza Magnética sobre una partícula cargada moviéndose en un Campo Magnético.

Ejemplos de Imantación

La imantación suele aplicarse en la vida cotidiana con métodos sencillos, como el Frotamiento de un material metálico no magnético contra un imán, para aportarle la propiedad Temporal de actuar como imán también.

Otro mecanismo es, como se mencionó antes, la aplicación de un Campo Eléctrico, para generar así un Electroimán. Mientras se siga suministrando el Campo Eléctrico, existirá el Electroimán. Se utilizan materiales superconductores para los Electroimanes más potentes, como los empleados en los Trenes de Levitación Magnética, o Trenes Maglev.

El término Imantación también se puede asignar a la separación de mezclas mediante el uso de un imán. Cuando se tiene un material pulverulento con una fracción de sustancias no ferrosas y una proporción de hierro, este último tiene la respuesta de ser atraído por el imán que se coloque en la proximidad. Al final, quedarán aparte los polvos, bien diferenciados por la efectividad del imán.