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«Por casualidad descubrí una relación directa entre el magnetismo y la luz, y también entre la electricidad y la luz, y el campo que abre es tan grande y creo que tan rico que naturalmente deseo verlo primero». - Michael Faraday
Los imanes son una de las herramientas que tenemos presentes en nuestro día a día, ya que los podemos ver en todo tipo de contextos y lugares. No hay nada más que irse a la cocina y abrir la puerta del frigorífico, repleto de diferentes imanes de recuerdos y viajes. Ahora piensa en unos auriculares o en los altavoces del ordenador; son imanes los que hacen que funcionen. Si eres de los que disfruta subiendo y bajando la ventanilla del coche, recuerda que eso también es posible gracias a los materiales magnéticos.
Los imanes están, literalmente, en todas partes. La electricidad y el magnetismo, y la ciencia que hay detrás de los campos magnéticos, son parte de los recursos científicos más útiles que tenemos a nuestra disposición. Habría tantas cosas que no funcionarían si no los tuviéramos.
Sin embargo, dada la ubicuidad del material magnético y de las herramientas magnéticas, damos por sentado este fenómeno. Pero si te detienes a reflexionar sobre ello un instante, ¿no te parece asombrosa la disciplina del magnetismo? ¿No es increíble que una pieza de metal pueda mover a otra a través de una fuerza invisible? ¿No crees que la ciencia que hay tras este extraño proceso es realmente alucinante?
Si no te lo parece quizá sea porque no sabes lo suficiente al respecto. Con la intención de convencerte de que la fuerza magnética es, en realidad, una de las cosas más interesantes que encontramos en la naturaleza, echémosle un vistazo a este fenómeno.
Seguramente estés de acuerdo con lo que hemos dicho cuando lo leas. Además, puedes consultar nuestra guía completa sobre magnetismo y electromagnetismo.
¿En qué consiste el magnetismo exactamente?
El magnetismo es la fuerza por la que los materiales magnéticos atraen y rechazan otros materiales magnéticos. De hecho, eseta es la forma más habitual en la que se ve el magnetismo en acción en la vida cotidiana: cuando acercamos o alejamos trozos de metal hacia otros trozos de metal.
Dicho sea de paso, esto es lo que hace que los imanes resulten tan interesantes y tan útiles en la vida cotidiana. La fuerza magnética es una fuerza sin contacto, lo que implica que no es necesario tocar los materiales magnéticos para sentir su efecto.
Sin embargo, no se trata de ningún tipo de magia, aunque alguna vez lo hayas creído así. Más bien, las fuerzas que ejercen estos materiales son el resultado de un proceso que ocurre a un nivel demasiado pequeño para que podamos verlo con nuestros ojos. En este nivel, todo está en movimiento.
Lo que genera la fuerza de la que somos testigos es el resultado de dos fenómenos que suceden en ese nivel. El primero es el «momento magnético» de un elemento determinado y sus partículas, y el otro, una corriente eléctrica.
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«Momentos magnéticos» y electrones
Lo que sucede a un nivel mucho más pequeño está relacionado con los electrones, una de las partes subatómicas de cualquier material.
Estos electrones se mueven o giran alrededor del núcleo del átomo. Cada electrón tiene una carga, por lo general, negativa (los protones son los que tienen carga positiva). Por otro lado, la carga eléctrica o los espines de estos electrones se encuentran en equilibrio, lo que implica que el número de iones positivos es igual al número de iones negativos.
La naturaleza tiende a buscar la estabilidad y, en este contexto, esto se traduce en que los materiales no magnéticos son la norma, debido al hecho de que con la igualdad de los iones positivos y negativos, el «momento magnético» se cancela. Esto es útil ya que, de lo contrario, todo en el universo podría ser magnético, lo que no resultaría demasiado práctico.
En algunas ocasiones, es verdad que los electrones de un material pueden no encontrarse en equilibrio. Sin embargo, la mayoría de las veces, su carga magnética no está alineada, algo que es un requisito previo para el magnetismo propiamente dicho.
El magnetismo en la forma en que lo reconocemos, con los dos polos magnéticos de un imán, ocurre cuando los momentos magnéticos de los electrones están todos alineados, es decir, apuntando en la misma dirección. Solo en este punto, un material producirá un campo magnético lo suficientemente fuerte como para ser relevante.
Electricidad y magnetismo
Como hemos dicho, hay dos fuentes de magnetismo. La primera es el momento magnético de los electrones y su alineación. La segunda es mediante una corriente eléctrica.
Las corrientes eléctricas producen magnetismo porque la electricidad es el flujo de electrones a través de un material. Teniendo en cuenta esto, estamos ante un fenómeno en el que todos los electrones se alinean necesariamente a través de su movimiento, y este movimiento le da al cable eléctrico una carga positiva y una carga negativa.
Electroimanes
Probablemente hayas oído hablar alguna vez de electroimanes o del electromagnetismo en general. En este caso, se hace referencia a imanes súper fuertes que funcionan con electricidad. Junto con la mayoría de las cosas que funcionan con electricidad, también pueden encenderse y apagarse, lo que los hace muy prácticos para según qué sector.
Si coges una sustancia magnética y la envuelves con una bobina de alambre, con una carga eléctrica, verás que el imán resultante es realmente fuerte. Toda la bobina se magnetiza de esta manera, y los electrones del cable producen un campo magnético que atrae hacia el centro de la bobina.
Tan pronto como se corte la electricidad, la bobina dejará de ser magnética.
Sin duda, se trata de una parte fundamental del electromagnetismo.
¿Qué es un campo magnético?
Los imanes atraen y repelen otras cosas que son susceptibles a la fuerza del magnetismo. Hasta aquí, todo claro.
Sin embargo, lo importante es lo que sucede entre los dos materiales que son magnéticos. Aquí es donde interviene el campo magnético, un campo de fuerza invisible que consiste en la disposición de los electrones en el área circundante.
Seguramente habrás visto anteriormente diagramas de campos magnéticos. Lo que seguro que distingues es la naturaleza dipolar de los imanes, el hecho de que los imanes tengan un polo norte y un polo sur, así como las líneas del campo magnético que tendemos a dibujar entre los dipolos.
Estas líneas representan el flujo magnético que sale del polo norte y entra por el sur. Cuanto más juntas estén las líneas, más fuerte será la magnetización. Por cierto, por si no lo sabías, estas líneas nunca se cruzan.
Limaduras de hierro
Una de las mejores formas de ver un campo magnético de verdad es mediante el uso de limaduras de hierro.
Hazte con una barra magnética y un puñado de trocitos de metal: limaduras de hierro, es decir, polvo de hierro.
Deja caer el hierro sobre el imán y observa cómo aparece el campo magnético, con todas las diferentes líneas de fuerza incluidas. De hecho, resulta bastante impresionante.
¿Qué tipos de imanes y magnetismos existen?
No todos los imanes son iguales. Dado que sabemos que existe la fuerza electromagnética, así como los imanes «normales», podemos suponer que también hay más tipos de imanes. Por ejemplo, ya hemos mencionado los imanes de barra.
A los científicos les encanta clasificar las cosas, por lo que resulta fundamental conocer las diferentes categorías que crean para encasillar las cosas.
Diamagnetismo
Empecemos por el diamagnetismo. Se trata de un tipo de magnetismo que prácticamente tiene cualquier cosa todo el tiempo. Sin embargo, no es particularmente «magnético» en el sentido con el que estamos familiarizados convencionalmente.
Más bien, en un material que es «diamagnético», no encontramos electrones sueltos. En presencia de sustancias paramagnéticas o ferromagnéticas, el diagmagnetismo se ve abrumado.
Paramagnetismo
Los materiales paramagnéticos son aquellos que se sienten débilmente atraídos por cualquier campo magnético al que están expuestos. La mayoría de los compuestos químicos son paramagnéticos, porque suelen tener electrones que no están emparejados; esto significa que incluso elementos como el oxígeno son en realidad paramagnéticos, algo que quizá no mucha gente sepa.
En las sustancias paramagnéticas, los electrones no emparejados se alinean con el campo magnético, lo que le proporciona a la sustancia que sea una carga general.
Materiales ferromagnéticos
Los materiales ferromagnéticos son aquellos que conocemos como magnéticos.
Estos materiales también tienen electrones sueltos. Sin embargo, a diferencia de los materiales paramagnéticos, los electrones en los materiales ferromagnéticos tienden a alinearse espontáneamente. Esto significa que no necesitan un campo magnético externo para volverse magnéticos.
Estos materiales son a los que denominamos comúnmente magnéticos, como el hierro (de ahí la denominación de «ferro»), el níquel y el cobalto.
Imanes temporales e imanes permanentes
Estos dos términos aparecen con bastante frecuencia en las conversaciones sobre magnetismo, a pesar de que la diferencia entre ellos sea bastante obvia.
Los imanes permanentes son aquellos que son ferromagnéticos. Estos retienen su potencial magnético incluso después de que no están en presencia de un campo magnético externo.
Los imanes temporales son aquellas sustancias paramagnéticas que requieren una fuerza magnética externa. Por ejemplo, los sujetapapeles, objetos que reaccionan al magnetismo pero que no son magnéticos de por sí.
Por cierto, calentar una sustancia ferromagnética afecta su potencial magnético. La energía del calor crea una volatilidad atómica mucho mayor, lo que significa que los electrones no pueden permanecer alineados.
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¿La Tierra es magnética?
¿Sabías que la Tierra tiene un campo magnético? Esta es la razón por la que decimos que los imanes tienen un polo «norte» y otro, «sur».
Todo el planeta es magnético, razón por la cual funcionan las brújulas. Si coges un puñado de tierra, este no será magnético, pero el tamaño de la tierra produce tal campo magnético, que es el más grande del planeta.
¿Por qué? Nadie está seguro 100 %. Sin embargo, los científicos creen que se debe a las corrientes de convección en el núcleo de la Tierra, que están compuestas principalmente de hierro y níquel. De hecho, este es el origen de las auroras boreales.
¿Has oído hablar de la inducción electromagnética?
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