Electromagnetismo

Magnetismo

El magnetismo constituye uno de los fenómenos más atractivos y misteriosos conocido desde la antigüedad, en un principio se manifestó por medio de la atracción que ejercían ciertas piedras llamadas imanes sobre algunos materiales específicos como el hierro, el níquel y el cobalto. Hoy día se sabe que toda la materia presenta propiedades magnéticas en determinadas condiciones y existen diferentes tipos de magnetismo y variables magnéticas que lo caracterizan. Se hace referencia aquí a las manifestaciones más elementales de los imanes.

¿Qué es un imán?

Piedra de Hércules fue uno de los nombres que los griegos le dieron a esta piedra misteriosa. Piedra de Magnesia fue otro, debido a la abundancia de este mineral en esta zona del Asia menor; para los latinos el nombre utilizado fue magnes de donde se deriva la palabra magnetismo, palabra utilizada hoy para designar la propiedad del imán de atraer a otros materiales y a todo el conocimiento acerca de ella. Los imanes naturales son piedras de un óxido de hierro llamado Magnetita (Fe 3 O 4 ), que han adquirido la propiedad de atraer a algunos elementos tales como: hierro, cobalto níquel, gadolinium, dysprosium o aleaciones de estos elementos

A estos materiales se les da el nombre de ferromagnéticos y con ello se diferencian de otros materiales con propiedades magnéticas menos fuertes como son los diamagnéticos y paramagnéticos. Fue Guillermo Gilbert quien reunió los conocimientos que su época poseía sobre los fenómenos magnéticos, y agregó a los mismos el valioso caudal de sus propios experimentos, determinando las características más interesantes de los imanes.

La piedra magnetita o imán, es mineral que tiene la propiedad de atraer los objetos de hierro, era conocida por los griegos, romanos y chinos. Cuando se pasa una piedra imán por un pedazo de hierro, éste adquiere a su vez la capacidad de atraer otros pedazos de hierro. Los imanes se presentan en varias formas: circulares, de barra, en forma de casquillo, en forma de cilindro y otras. Los imanes, como las pilas, tienen dos polos, en ellos se llaman polo norte y sur. Alrededor de ellos se crea un área llamada campo magnético. La Tierra también actúa como un imán, porque tiene polo norte y sur. Un imán puede atraer a otro cuando el polo norte de uno de ellos está dirigido al polo sur del otro. Pero, si por el contrario, ambos polos son del mismo tipo, por ejemplo polo sur en ambos, o polo norte, los imanes se repelan y se alejan.

Para saber cuál es el polo norte de un imán, se determina primero con una brújula donde está el norte, se cuelga el imán de barra en una cuerda para que se balancee y cuando se detenga, su polo norte apuntará hacia el norte de la Tierra. Otra manera de hacerlo, es acercándolo a otro imán que si se le conoce los polos, si se rechazan, ese polo es el mismo, si se acercan son polos opuestos.

El imán ejerce una fuerza de atracción sobre objetos de hierro, níquel o cobalto, o con aleaciones metálicas que los contengan, llamada magnetismo. Los imanes exhiben fuerzas que se presentan cuando atraen los objetos. Esas fuerzas magnéticas son más intensas en los extremos del imán que en su centro. La fuerza de un imán disminuye con la distancia. El espacio donde el imán ejerce su fuerza magnética se llama campo magnético, que también lo posee la Tierra generado por sus polos. Cuando un objeto está en el espacio sideral y se acerca demasiado a la Tierra, es atraído por el campo magnético terrestre. Ésta propiedad es aprovechada por los astronautas para regresar de sus vuelos espaciales, sin consumo de energía, porque es la Tierra quien los atrae hacia ella.

El electroimán

Existen imanes naturales como la magnetita, mineral que es magnético, y artificiales como el electroimán. Toda corriente eléctrica produce un campo magnético llamado electromagnetismo. Los científicos basándose en esa propiedad, crearon los electroimanes. El electroimán es un aparato que adquiere la propiedad magnética a través de una pieza de hierro, la cual tiene enrollado alrededor de ella un cable de cobre llamado selenoide, se hace pasar la corriente eléctrica. La imantación desaparece cuando se interrumpe la corriente. Intenta hacer un electroimán.

La observación de los fenómenos terrestres por diferentes inventores, pusieron al servicio de la humanidad este invento para facilitar el trabajo diario puesto que los electroimanes son utilizados para levantar grandes pesos y, a la vez, permiten el funcionamiento de timbres y la mayoría de los electrodomésticos. Así mismo, para satisfacer la necesidad de comunicación entre las personas eliminando la distancia, fue construido el teléfono utilizando el electroimán. También los imanes son utilizados en cornetas de aparatos de sonido, micrófonos, motores eléctricos, radios, lavadoras y otros artefactos. El desarrollo de nuevos materiales magnéticos ha influido notablemente en la revolución de las computadoras. Los imanes grandes y potentes son cruciales en muchas tecnologías modernas. Los trenes de levitación magnética utilizan poderosos imanes para elevarse por encima de los rieles y evitar el rozamiento. En la aplicación de resonancia magnética nuclear, un examen de diagnóstico empleado en medicina, detecta tumores en cualquier parte del cuerpo, se utilizan campos magnéticos de gran intensidad.

El electromagnetismo

El electromagnetismo es una rama de la física que estudia y unifica los fenómenos eléctricos y magnéticos en una sola teoría, cuyos fundamentos fueron sentados por Michael Faraday y formulados por primera vez de modo completo por James Clerk Maxwell. La formulación consiste en cuatro ecuaciones diferenciales vectoriales que relacionan el campo eléctrico, el campo magnético y sus respectivas fuentes materiales (corriente eléctrica, polarización eléctrica y polarización magnética), conocidas como ecuaciones de Maxwell.

El electromagnetismo es una teoría de campos; es decir, las explicaciones y predicciones que provee se basan en magnitudes físicas vectoriales o tensoriales dependientes de la posición en el espacio y del tiempo. El electromagnetismo describe los fenómenos físicos macroscópicos en los cuales intervienen cargas eléctricas en reposo y en movimiento, usando para ello campos eléctricos y magnéticos y sus efectos sobre las sustancias sólidas, líquidas y gaseosas. Por ser una teoría macroscópica, es decir, aplicable sólo a un número muy grande de partículas y a distancias grandes respecto de las dimensiones de éstas, el electromagnetismo no describe los fenómenos atómicos y moleculares, para los que es necesario usar la mecánica cuántica.

El electromagnetismo considerado como fuerza es una de las cuatro fuerzas fundamentales del universo actualmente conocido.

Historia del electromagnetismo

Desde la antigua Grecia se conocían los fenómenos magnéticos y eléctricos pero no es hasta inicios del siglo XVII donde se comienza a realizar experimentos y a llegar a conclusiones científicas de estos fenómenos. Durante estos dos siglos, XVII y XVIII, grandes hombres de ciencia como William Gilbert, Otto von Guericke, Stephen Gray, Benjamin Franklin, Alessandro Volta entre otros estuvieron investigando estos dos fenómenos de manera separada y llegando a conclusiones coherentes con sus experimentos.

A principios del siglo XIX Hans Christian Ørsted encontró evidencia empírica de que los fenómenos magnéticos y eléctricos estaban relacionados. De ahí es que los trabajos de físicos como André-Marie Ampère, William Sturgeon, Joseph Henry, Georg Simon Ohm, Michael Faraday en ese siglo, son unificados por James Clerk Maxwell en 1861 con un conjunto de ecuaciones que describían ambos fenómenos como uno solo, como un fenómeno electromagnético.

Las ahora llamadas ecuaciones de Maxwell demostraban que los campos eléctricos y los campos magnéticos eran manifestaciones de un solo campo electromagnético. Además describía la naturaleza ondulatoria de la luz, mostrándola como una onda electromagnética. Con una sola teoría consistente que describía estos dos fenómenos antes separados, los físicos pudieron realizar varios experimentos prodigiosos e inventos muy útiles como la bombilla eléctrica por Thomas Alva Edison o el generador de corriente alterna por Nikola Tesla. El éxito predicitivo de la teoría de Maxwell y la búsqueda de una interpretación coherente de sus implicaciones, fue lo que llevó a Albert Einstein a formular su teoría de la relatividad que se apoyaba en algunos resultados previos de Hendrik Antoon Lorentz y Henri Poincaré.

En la primera mitad del siglo XX, con el advenimiento de la mecánica cuántica, el electromagnetismo tenía que mejorar su formulación con el objetivo de que fuera coherente con la nueva teoría. Esto se logró en la década de 1940 cuando se completó una teoría cuántica electromagnética o mejor conocida como electrodinámica cuántica.

En la antigüedad la electricidad y el magnetismo se consideraban como dos fuerzas separadas, pero con el paso del tiempo esto fue cambiando debido a la investigación de distintos personajes quienes llegaron a la conclusión de que ambas fuerzas formaban una sola llamada ELECTROMAGNETISMO.

El electromagnetismo es la fuerza de interacción entre partículas cargadas eléctricamente. Esto se refiere a la creación de corrientes eléctricas a partir de un campo magnético y es el responsable de casi todos los fenómenos que ocurren en nuestra vida diaria.

En la vida diaria el electromagnetismo tiene las siguientes aplicaciones:

 Electroimán se utiliza en los timbres, para separar latas y clavos en vertederos y en manipulación de planchas

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