14.1: Imanes Permanentes

A diferencia de las cargas eléctricas (como las observadas cuando el ámbar se frota contra la tela), los objetos magnéticos poseían dos polos de efecto opuesto, denotados “norte” y “sur” después de su autoorientación hacia la tierra. Como encontró Peregrinus, era imposible aislar uno de estos postes por sí mismo cortando un trozo de piedra magnética por la mitad: cada pieza resultante poseía su propio par de postes:

Al igual que las cargas eléctricas, solo se encontraron dos tipos de polos: norte y sur (por analogía, positivo y negativo). Al igual que con las cargas eléctricas, los mismos polos se repelen entre sí, mientras que los polos opuestos se atraen. Esta fuerza, como la causada por la electricidad estática, se extendió de manera invisible sobre el espacio, e incluso podría pasar a través de objetos como el papel y la madera con poco efecto sobre la fuerza.

El filósofo-científico Rene Descartes señaló que este “campo” invisible podría mapearse colocando un imán debajo de una pieza plana de tela o madera y rociando limaduras de hierro en la parte superior. Las limaduras se alinearán con el campo magnético, “mapeando” su forma. El resultado muestra cómo el campo continúa intacto de un polo de un imán al otro:

Al igual que con cualquier tipo de campo (eléctrico, magnético, gravitacional), la cantidad total, o efecto, del campo se denomina flujo, mientras que el “empuje” que hace que el flujo se forme en el espacio se denomina fuerza. Michael Faraday acuñó el término “tubo” para referirse a una cadena de flujo magnético en el espacio (el término “línea” se usa más comúnmente ahora). En efecto, la medición del flujo de campo magnético a menudo se define en términos del número de líneas de flujo, aunque es dudoso que tales campos existan en líneas individuales discretas de valor constante.

Las teorías modernas del magnetismo sostienen que un campo magnético es producido por una carga eléctrica en movimiento, y así se teoriza que el campo magnético de unos llamados imanes “permanentes” como la piedra magnética es el resultado de electrones dentro de los átomos de hierro que giran uniformemente en la misma dirección. El hecho de que los electrones en los átomos de un material estén o no sujetos a este tipo de hilado uniforme viene dictado por la estructura atómica del material (no muy diferente de cómo la conductividad eléctrica es dictada por la unión de electrones en los átomos de un material). Así, sólo ciertos tipos de sustancias reaccionan con campos magnéticos, y aún menos tienen la capacidad de sostener permanentemente un campo magnético.

El hierro es uno de esos tipos de sustancias que se magnetiza fácilmente. Si una pieza de hierro se acerca a un imán permanente, los electrones dentro de los átomos en el hierro orientan sus espines para que coincidan con la fuerza del campo magnético producida por el imán permanente, y el hierro se “magnetiza”. El hierro se magnetizará de tal manera que incorpore las líneas de flujo magnético en su forma, lo que lo atrae hacia el imán permanente, sin importar qué polo del imán permanente se ofrezca al hierro:

El hierro previamente no magnetizado se magnetiza a medida que se acerca al imán permanente. No importa qué polo del imán permanente se extienda hacia el hierro, el hierro magnetizará de tal manera que sea atraído hacia el imán:

Referenciando las propiedades magnéticas naturales del hierro (latín = “ferrum”), un material ferromagnético es aquel que se magnetiza fácilmente (sus átomos constituyentes orientan fácilmente sus espines electrónicos para conformarse a una fuerza de campo magnético externo). Todos los materiales son magnéticos hasta cierto punto, y aquellos que no se consideran ferromagnéticos (fácilmente magnetizados) se clasifican como paramagnéticos (ligeramente magnéticos) o diamagnéticos (tienden a excluir los campos magnéticos). De los dos, los materiales diamagnéticos son los más extraños. En presencia de un campo magnético externo, en realidad se magnetizan ligeramente en la dirección opuesta, ¡para repeler el campo externo!

Si un material ferromagnético tiende a retener su magnetización después de eliminar un campo externo, se dice que tiene buena retencividad. Esto, por supuesto, es una cualidad necesaria para un imán permanente.

Revisar

• La piedra magnética (también llamada magnetita) es un mineral de imán “permanente” natural. Por “permanente”, se entiende que el material mantiene un campo magnético sin ayuda externa. La característica de cualquier material magnético para hacerlo se llama retencividad.
• Los materiales ferromagnéticos se magnetizan fácilmente.
• Los materiales paramagnéticos se magnetizan con más dificultad.
• Los materiales diamagnéticos en realidad tienden a repeler los campos magnéticos externos al magnetizarse en la dirección opuesta.