Conozcamos sobre Campo Magnético

La publicación anterior estuvimos realizando un pequeño paseo por el origen del electromagnetismo, conociendo acerca de donde se produjeron sus primeros hallazgos y por quien, todo el proceso de experimentación llevado a cabo hasta llegar a las teorías que hoy conocemos y estudiamos en la escuela. Continuando con este interesante tema hoy hablaremos un poco sobre el Campo Magnético.

Antes de entrar en este tema es propicio hablar sobre la fuerza, cuando conocimos sobre las interacciones eléctricas mencionamos la fuerza que ejercen las partículas con carga entre sí. Sabemos que dicha fuerza depende de la magnitud de la carga y de la distancia que las separa, tal como lo establece la Ley de Coulomb. No obstante, esta ley no es funcional cuando las cargas se mueven entre sí; para este caso la fuerza también depende de su movimiento, aunque parezca algo complicado, esto refleja que además de existir una fuerza que se llama eléctrica, también hay una fuerza que se origina en el movimiento de partículas cargadas que se le conoce como Fuerza Magnética.

Por otra parte, tenemos los imanes quienes ejercen fuerzas magnéticas entre sí, ya que se atraen y repelen según de qué extremos de imán se encuentren en interacción. Igual que las fuerzas eléctricas, la intensidad de su interacción depende de la distancia que separa los imanes, y mientras que la carga eléctrica es lo más importante en las fuerzas eléctricas, para las fuerzas magnéticas lo son los polos magnéticos.

Si hacemos un ejemplo práctico podemos tomar un imán recto y colgarlo de un hilo, sería una manera fácil y rápida de obtener una brújula. Un extremo, que se le conoce como polo buscara hacia el norte; mientras que el extremo opuesto que buscara hacia el sur; es decir, son el polo norte y el polo sur; en definitiva y como lo conocimos en la publicación anterior todos los imanes tienen un polo norte y uno sur. En nuestra cotidianidad podemos ver esto en los imanes que tenemos para decorar nuestras neveras o refrigeradores, estos tienen bandas delgadas de polos norte y sur alternados. Estos imanes suelen ser lo bastante fuertes como para sujetar hojas de papel, pero son de corto alcance porque sus polos se anulan.

En un imán recto sencillo, los polos se encuentran ubicados en los dos extremos; mientras que en un imán en forma de herradura, es decir, un imán recto que se dobla en U, los polos están en cada extremo como lo podemos ver en la imagen que se presenta a continuación. Cuando el polo norte de un imán se acerca al polo norte de otro imán, los imanes se repelen, mientras que si acercamos el polo norte con el polo sur hay atracción.

Ahora bien, podemos realizar otro ejemplo sencillo y es que si tomamos cierta cantidad de limadura de hierro la colocamos sobre una hoja de papel colocado sobre un imán, entonces podemos observar que la limadura se ordenan rodeando a el imán; el espacio que rodea al imán contiene un Campo Magnético. Las limaduras muestran la forma del campo, al alinearse con las líneas magnéticas que salen de un polo, se esparcen y regresan al otro. La imagen que se presenta se puede ver un ejemplo de ello, como se organizan las líneas del campo magnético.

La dirección del campo fuera de un imán es del polo norte hacia el polo sur, sabiendo que cuando las líneas se encuentren más cercanas es porque el campo magnético es más intenso. Si visualizamos la imagen que se presenta a continuación, podemos darnos cuenta que la concentración de la limadura de hierro en los polos del imán nos dice que la fuerza del campo magnético es mayor en ellos; y si se coloca otro imán, o una brújula pequeña en cualquier lugar del campo, entonces los polos se alinearan con el campo magnético.

Un aspecto que ya hemos mencionado, pero que es importante recordar es que el magnetismo se relaciona estrechamente con la electricidad. De igual forma que una carga eléctrica está rodeada por un campo eléctrico, si ella se mueve también se va a rodear de un campo magnético, esto se debe a las distorsiones del campo eléctrico ocasionadas por el movimiento y fueron explicadas por el científico alemán Albert Einstein en el año de 1905, con la teoría especial de la relatividad, donde estableció que un campo magnético es un subproducto relativista del campo eléctrico. Las partículas que se encuentran cargadas y en movimiento tienen asociados un campo eléctrico y un campo magnético, concluyendo que el movimiento de la carga eléctrica, entonces produce un campo magnético.

Pero sería propicio preguntarnos algo, ya que el movimiento de la carga produce el magnetismo ¿En un imán de barra común donde está el movimiento? La respuesta es algo simple, el movimiento está en los electrones de los átomos que conforman el imán. Dichos electrones se encuentran en constante movimiento, y existen dos clases de movimiento de electrones que contribuyen al magnetismo; los cuales son el espín y el orbital del electrón. Los electrones giran en torno a sus propios ejes, tal como las perinolas y también giran en torno al núcleo atómico; en los imanes comunes lo que más produce magnetismo es el espín de los electrones.

Todo esto nos lleva a pensar que cualquier electrón que gire es un pequeño imán, mientras que un par de electrones que giren en la misma dirección formaran un imán más fuerte. Sin embargo, es importante mencionar que si los electrones giran en direcciones opuestas son antagonistas, ya que los campos magnéticos se anulan y es el principal motivo de que existan materiales no magnéticos. En gran cantidad de átomos los campos se anulan entre sí, esto es porque los electrones giran en direcciones opuestas, pero materiales como el hierro, níquel y cobalto los campos no se anulan por completo; por ejemplo, cada átomo de hierro tiene cuatro electrones, dando como resultado que el magnetismo no se anule gracias al espín. Es por ello que cada átomo de hierro es un imán diminuto, misma situación que ocurre con los átomos de níquel y cobalto, siendo estos materiales con los que se fabrican los imanes más comunes.

Hewitt, P. (2007). Física Conceptual. México: Pearson Educación.

Serway, R & Beichner, R. (2002). Física para Ciencias e Ingeniería. México: McGrawHill.

Zemansky, S. (2009). Física Universitaria Volumen II. México: Pearson Educación.