Magnetismo

1) La magnetita (o piedra imán) es un mineral de hierro constituido por óxido fe-rroso-diférrico (Fe3O4) que debe su nombre de la ciudad griega de Magnesia. Su fuerte magnetismo se debe a un fenómeno de ferromagnetismo: los mo-mentos magnéticos de los distintos cationes de hierro del sistema se encuen¬tran fuertemente acoplados, por interacciones anti ferromagnéticas, pero de forma que en cada celda unidad resulta un momento magnético no compen¬sado. La suma de estos momentos magnéticos no compensados, fuertemente acoplados entre sí, es la responsable de que la magnetita sea un imán.

2) Las ecuaciones de Maxwell son un conjunto de cuatro ecuaciones que des-criben por completo los fenómenos electromagnéticos. La gran contribución de James Clerk Maxwell fue reunir en estas ecuaciones largos años de resultados experi¬mentales, debidos a Coulomb, Gauss, Ampere, Faraday y otros, introdu-ciendo los conceptos de campo y corriente de desplazamiento, y unificando los campos eléc¬tricos y magnéticos en un solo concepto: el campo electromagnéti-co.

Primera ley de Maxwell

La primera describe cómo es el campo eléctrico debido a cargas en reposo; (Ley de Gauss, explica la relación entre el flujo del campo eléctrico y una superficie cerrada).

∇D=ρ

La ley dice que el flujo eléctrico a través de una superficie cerrada es proporcional a la densidad carga que hay en el interior de la superficie. Esta ley puede interpretarse, en electrostática, entendiendo el flujo como una medida del número de líneas de campo que atraviesan la superficie en cuestión. Para una carga puntual, este número es constante si la carga está contenida por la superficie y es nulo si esta fuera (ya que hay el mismo nú¬mero de líneas que entran como que salen). Además, al ser la densidad de líneas propor¬cionales a la magnitud de la carga, resulta que este flujo es proporcional a la carga si está encerrada (o nulo, si no lo está).

Esta ley es más general que la ley de Coulomb, ya que se trata de una ley universal, vá¬lida en situaciones no electrostáticas en las que la ley de Coulomb no es aplicable.

Segunda ley de Maxwell

La segunda traduce en forma matemática la imposibilidad de separar los polos magné-ti¬cos de un imán; (Ley de Gauss para el campo magnético, es equivalente a afirmar que el mono polo magnético no existe).

∇B = 0

Esta ley primordialmente indica que las líneas de los campos magnéticos deben ser ce-rradas. Los campos magnéticos, a diferencia de los eléctricos, no comienzan y ter-minan en cargas diferentes, esto expresa la no existencia del monopolo magnético (un imán con un solo polo magnético). Si en algún momento se demuestra que ∇B≠0, se demostrará la existencia de mono polos magnéticos, y la Ley de Gauss para el campo magnético debe¬ría modificarse para adoptar la forma: ∇B=ρm (donde ρm corresponde-ría a la densidad de monopolos magnéticos).

Tercera ley de Maxwell

La tercera expresa en términos de campos magnéticos y corrientes eléctricas el descu-brimiento de Oersted (Ley de Ampere generalizada)

∇xH = J + ∂D/∂ t

En el caso específico estacionario esta relación se corresponde a la ley de Ampere (∇xH = J). Para campos no estacionarios (los que varían a través del tiempo), Maxwell refor¬muló esta ley añadiéndole el último término, confirmando que un campo eléctrico que va¬ría con el tiempo produce un campo magnético.

Cuarta ley de Maxwell

La cuarta recoge la aportación de Faraday.

∇xE = - ∂B/∂ t

Establece que el voltaje inducido en un circuito cerrado es directamente proporcional a la rapidez con que cambia en el tiempo el flujo magnético que atraviesa una superficie cual¬quiera con el circuito como borde. Además demuestra que un voltaje puede ser generado variando el flujo magnético que atraviesa una superficie dada, esto es la base del funcio¬namiento de los motores eléctricos y los generadores eléctricos.

3) A. Podemos clasificar todas las sustancias, de acuerdo con su comportamiento al ser sometidas a la acción de un campo magnético, en una de estas tres ca-tego¬rías:

• Sustancias paramagnéticas, débilmente atraídas hacia la zona de campo más intenso;

• Sustancias diamagnéticas, débilmente repelidas hacia las regiones de menor campo;

• Sustancias ferromagnéticas, fuertemente atraídas hacia la zona de campo más intenso con fuerzas entre 103 y 106 veces más intensas que las para-mag¬néticas.

B-Los imanes pueden ser: naturales o artificiales, o bien, permanentes o tem-pora¬les. Un imán natural es un mineral con propiedades magnéticas (magneti-ta). Un imán artificial es un cuerpo de material ferromagnético al que se ha co-municado la propiedad del magnetismo. Por ejemplo:

Imanes naturales: magnetita, hierro, cuarzo, magnesita, etc.

Imanes artificiales: imán de heladera, imán en barra, acero dulce, discos rígi-dos, parlante, electroimán, agujas, tijeras, etc.

C-Imanes permanentes: agujas, tijeras, imán de heladera, imán en barra, ace-ro dul¬ce, etc.

Imanes temporales: electroimán, parlantes, discos rígidos, etc.

4) A- Un dipolo magnético es una aproximación que se hace al campo generado por un circuito cuando la distancia al circuito es mucho mayor a las dimensiones del mismo. El campo magnético terrestre también puede ser aproximado por un dipolo magnético, aunque su origen posiblemente sea bastante más complejo.

Un imán en la vida cotidiana, genera líneas de campo, que salen de su polo posi¬tivo y acaban en su polo negativo. Estas líneas indican la posición energé-tica¬mente más favorable en la que se dispondrá otro imán.

B- Ferromagnetismo: es un fenómeno físico en el que se produce ordenamiento magné¬tico de todos los momentos magnéticos de una muestra, en la misma dirección y sentido. Un material ferromagnético es aquel que puede presentar ferromagnetismo. Ha de extenderse por todo un sólido para alcanzar el ferromagnetismo.

Al someter un material ferromagnético a un campo magnético intenso, los dominios tien¬den a alinearse con éste, de forma que aquellos dominios en los que los dipolos están orientados con el mismo sentido y dirección que el campo magnético inductor aumentan su tamaño. Al eliminar el campo, el dominio permanece durante cierto tiem-po.

Paramagnetismo: es la tendencia de los momentos magnéticos libres a alinearse paralelamente a un campo magnético. Si estos momentos magnéticos están fuerte-mente acoplados entre sí, el fenómeno será ferromagnetismo. Cuando no existe nin-gún campo magnético externo, estos momentos magnéticos están orientados al azar.

Los materiales paramagnéticos son materiales atraídos por imanes, pero no se con-vierten en materiales permanentemente magnetizados. Algunos materiales paramag-néticos son: aire, aluminio, magnesio, titanio y wolframio.

Diamagnetismo: es una propiedad de los materiales que consiste en repeler los cam-pos magnéticos. Es lo opuesto a los materiales ferromagnéticos los cuales son atraídos por los campos magnéticos. El fenómeno del diamagnetismo fue descubierto por Sebald Justinus Brugmans que observó en 1778 que el bismuto y el antimonio fueron repelidos por los campos magnéticos. El término diamagnetismo fue acuñado por Mi-chael Faraday en septiembre de 1845, cuando se dio cuenta de que todos los materia-les responden a un campo magnético aplicado.

5) S

6) A- La declinación magnética en un punto de la Tierra es el ángulo compren-dido entre el norte magnético local y el norte verdadero. En otras palabras, es la diferencia entre el norte geográfico y el indicado por una brújula.

B-La declinación magnética no es siempre de igual valor, depende de su ubi-cación puede variar sensiblemente de un lugar a otro. También varía con el transcurso del tiempo, por ejemplo, una brújula colocada en el centro de Padua en 1796 no habría marcado el mismo valor que si en la actualidad se colocara exactamente en el mismo sitio.

También ocurren variaciones diurnas debidas a la radiación solar, y variaciones locales causadas por diferencias geológicas corticales.

C- La declinación magnética en un área dada cambia muy lentamente, según lo alejado que se encuentre de los polos magnéticos. Es posible que cada cien años la velocidad de cambio llegue a ser de 2 a 25 grados. Tal variación, que resulta insignificante para la mayoría de los viajeros, puede ser importante cuando se emprendan estudios de mapas antiguos.

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