Conocimiento previo
Para realizar este proyecto se requiere conocimiento previo de los siguientes temas, si aun no has trabajado con lo que se menciona en la siguiente tabla, allí están los links a los post para que puedas dar un repaso adicional o puedas recordar el conocimiento necesario para poder realizar este proyecto.
| Proyecto | Descripción |
|---|---|
| Fundamentos de electricidad y magnetismo | En este artículo se expondrán los temas de fundamentos de electricidad y magnetismo, donde estudiáremos estos fenómenos físicos para poder entender cada uno de los conceptos básicos. |
Magnetismo
Es una fuerza invisible que solo puede detectarse por el efecto de atracción que se produce entre dos o más cuerpos si el efecto es permanente. Estos cuerpos reciben el nombre de imanes y si el efecto es producido por la circulación de una corriente eléctrica por un conductor, ya sea recto o enrollado en forma de bobina se llama electromagnetismo y a este dispositivo se le llama electroimán.[1]
Breve historia
Los fenómenos magnéticos fueron conocidos en la antigua Grecia. Se dice que por primera vez se observaron en la ciudad de Magnesia del Meandro en Asia Menor, de ahí el término magnetismo. Sabían que ciertas piedras atraían el hierro, y que los trozos de hierro atraídos, atraían a su vez a otros. Estos se denominaron imanes naturales.
Existen otras referencias las cuales no vamos a señalar en este post, pero las pueden encontrar el siguiente link, allí explican al detalle sobre en donde se habla y en qué época.
Lo que nos interesa en la historia es hablar de William Gilbert de Colchester quien es el verdadero fundador de la ciencia del magnetismo. Su libro De Magnete fue publicado en 1600 y fue considerado como uno de los trabajos clave de la revolución científica.
Gilbert describe múltiples formas y fenómenos, entre los cuales destaca como la atracción entre el hierro y la magnetita imantada puede ser aumentada armando la magnetita, observó que la atracción se concentra en los extremos de la magnetita. Así detalla cómo puede hacer imanes por medio de tres métodos:
- Tocando objetos imantados.
- Por deformación plástica.
- Fabricando bar ras de hierro, calentando y dejándolas enfriar.
En su libro presenta las teorías y trata de encuadrar el magnetismo en el sistema Copérnico. Uno de sus éxitos fue el de deducir las propiedades de atracción de los polos opuestos y de que la tierra se comporta como un imán enterrado en ella.
Cómo se produce el magnetismo
En los imanes naturales o cuerpos imantados la corriente que origina el magnetismo es el conjunto de todas las corrientes elementales que poseen los electrones girando alrededor de sus núcleos. En la mayoría de las sustancias estos imanes elementales están desordenados, cada uno orientado en una dirección del espacio, por lo que su resultante es nula y no presenta magnetismo.
En ciertas sustancias como la magnetita estos pequeños dominios magnéticos pueden orientarse muy fácilmente, debido a influencias externas, cuando varios dominios elementales magnéticos se orientan en una misma dirección espacial, su resultante ya no es nula, y el cuerpo resulta imantado ejerciendo atracción hacia otros cuerpos.
Los cuerpos cuyos dominios magnéticos son fácilmente orientables o sea fáciles de magnetizar se les llaman paramagnéticos. Aquellos que por lo contrario resultan difíciles o no se pueden imantar se les llama diamagneticos. Existe un grupo de materiales como el hierro, el cobalto, el níquel y ciertos compuestos especiales que son extremadamente magnéticos, dado que el hierro fue el primero que se descubrió con este comportamiento a estos materiales se les conoce como ferromagnéticos.
Naturaleza del magnetismo
El estudio del comportamiento de los imanes pone en manifiesto la existencia en sus zonas extremas los polos en donde la acción magnética es más intensa. Para distinguir los dos polos de un imán recto se les llama polo norte y polo sur; esta referencia geográfica está relacionada con el hecho de que la tierra se comporta como un gran imán.
El principio básico del magnetismo establece que: polos distintos como (norte - sur y sur - norte) se atraen y los polos del mismo tipo (norte - norte y sur - sur) se repelen, la experiencia con los polos indican que los polos de imán terrestre se encuentran próximos a los polos sur y norte geográficos respectivamente.
Características de las fuerzas magnéticas
A diferencia de lo que sucede con una barra de alambre electrizada por frotamiento, la cual atrae hacia sí todo tipo de objetos con la condición de que sean livianos, el imán ordinario solo ejerce fuerza magnética sobre cierto tipo de materiales, en particular sobre el hierro. Este fue uno de los obstáculos que impidieron una aproximación temprana entre el estudio de la electricidad y el magnetismo. Las fuerzas magnéticas son fuerzas de acción a distancia, es decir, se producen sin que exista contacto físico entre los dos imanes.
Esta circunstancia que excitó la imaginación de los filósofos antiguos por su explicación, contribuyó más adelante al desarrollo del concepto de campo de fuerzas o campo magnéticos.
Que es un campo
Es una excitación o espacio imaginario en el cual se hace perceptible un determinado fenómeno, por ejemplo el campo gravitatorio o el campo magnético.
Que es el campo magnético
Es la atracción y repulsión de los polos la cual se debe a una fuerza que actúa alrededor de ellos y es capaz de provocar acciones, pero la fuerza no actúa sobre los polos si no que rodea al imán. A ese espacio donde actúa la fuerza magnética se le llama campo magnético. Cómo el magnetismo es una fuerza que no es visible y solo se puede detectar por los efectos que produce, se suele representar por medio de líneas entre los polos como se muestra en la imagen de naturaleza del magnetismo, a esto se denominan las líneas de fuerza o líneas de campo, las cuales tiene fuerza y movimiento.
Líneas de fuerza
Michael Faraday visualizó en 1840 el campo magnético como una zona de influencia ocupada por infinidad de líneas de fuerza. Cada línea de fuerza es un lazo de energía magnética que tiene una duración definida: parte del polo norte, atraviesa el espacio encerrado por el campo magnético y regresa al polo sur volviendo al polo norte. Estas líneas son siempre continuas y no tiene interrupción; por lo tanto forman un circuito magnético en el imán es decir, lo recorren por fuera y por dentro, dentro del imán las líneas se mueven de sur a norte, su intensidad es mayor en los extremos y disminuye en el centro.
Una característica importante de las líneas magnéticas es que no se cruzan entre sí, van en forma curvada y paralela, es decir, de polo a norte polo a polo sur. Es decir la línea se muestran en la dirección en que se orienta el polo norte de una brújula. En un punto determinado; todo el conjunto de líneas de fuerza recibe el nombre de flujo magnético. Un campo magnético fuerte tiene mas lineas de fuerza que uno débil.
Permeabilidad
La permeabilidad magnética nos indica con qué facilidad atraviesa el campo magnético la materia, o sea si esta es buena conductora o no del campo magnético.
Reluctancias
La reluctancia magnética de un material o circuito magnético es la resistencia que éste posee al paso de un flujo magnético cuando es influenciado por un campo magnético.
Referencias
[1] Cekit, Consultado Noviembre 2019