Diferencia entre revisiones de «Magnetismo»
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[[Archivo:Magnet0873.png|thumb|250px|Líneas de fuerza magnéticas de un imán de barra, producidas por limaduras de hierro sobre papel.]]
El '''magnetismo''' es un fenómeno físico por el que los [[material]]es ejercen [[fuerza]]s de atracción o repulsión sobre otros materiales. Hay algunos materiales conocidos que han presentado propiedades magnéticas detectables fácilmente como el [[níquel]], [[hierro]], [[cobalto]] y sus [[aleación|aleaciones]] que comúnmente se llaman [[Imán (física)|imanes]]. Sin embargo todos los materiales son influenciados, de mayor o menor forma, por la presencia de un [[campo magnético]].
También el magnetismo tiene otras manifestaciones en física, particularmente como uno de los dos componentes de la [[onda electromagnética]], como, por ejemplo, la luz.
== Breve explicación del magnetismo ==
Cada [[electrón]] es por su naturaleza, un pequeño imán (véase [[Momento dipolar magnético]] electrónico). Ordinariamente, innumerables electrones de un material están orientados aleatoriamente en diferentes direcciones, pero en un imán casi todos los electrones tienden a orientarse en la misma dirección, creando una fuerza magnética grande o pequeña dependiendo del número de electrones que estén orientados.
Además del campo magnético intrínseco del electrón, algunas veces hay que contar también con el campo magnético debido al movimiento orbital del electrón alrededor del núcleo. Este efecto es análogo al campo generado por una corriente eléctrica que circula por una bobina (ver [[dipolo magnético]]). De nuevo, en general, el movimiento de los electrones no da lugar a un campo magnético en el material, pero en ciertas condiciones, los movimientos pueden alinearse y producir un campo magnético total medible.
El comportamiento magnético de un material depende de la estructura del material y, particularmente, de la [[configuración electrónica]].
== Historia ==
Los fenómenos magnéticos fueron conocidos por los antiguos griegos. Se dice que por primera vez se observaron en la ciudad de "[[Magnesia]]" en [[Asia Menor]], de ahí el término magnetismo. Sabían que ciertas piedras atraían el hierro y que los trocitos de hierro atraídos, atraían a su vez a otros. Estas se denominaron imanes naturales.{{demostrar}}
El primer filósofo que estudió el fenómeno del magnetismo fue [[Tales de Mileto]], filósofo [[Antigua Grecia|griego]] que vivió entre 625 a. C. y 545 a. C.<ref>{{Cita web| url = http://galileoandeinstein.physics.virginia.edu/more_stuff/E&M_Hist.html | título = Historical Beginnings of Theories of Electricity and Magnetism | fechaacceso = 31/05/2007 | idioma = inglés}}</ref> En China, la primera referencia a este fenómeno se encuentra en un manuscrito del siglo IV a. C. titulado ''Libro del amo del valle del diablo'': «La magnetita atrae al hierro hacia sí o es atraída por éste».<ref>Li Shu-hua, “Origine de la Boussole 11. Aimant et Boussole,” Isis, Vol. 45, No. 2. (Jul., 1954), p.175</ref> La primera mención sobre la atracción de una aguja aparece en un trabajo realizado entre los años [[20]] y [[100]] de nuestra era: «La magnetita atrae a la aguja».
El científico Shen Kua (1031-1095) escribió sobre la [[brújula]] de aguja magnética y mejoró la precisión en la navegación empleando el concepto astronómico del norte absoluto. Hacia el [[siglo XII]] los chinos ya habían desarrollado la técnica lo suficiente como para utilizar la brújula para mejorar la navegación. [[Alexander Neckham]] fue el primer europeo en conseguir desarrollar esta técnica, en [[1187]].
El conocimiento del magnetismo se mantuvo limitado a los imanes, hasta que en [[1820]], [[Hans Christian Ørsted]], profesor de la [[Universidad de Copenhague]], descubrió que un hilo conductor sobre el que circulaba una corriente ejercía una perturbación magnética a su alrededor, que llegaba a poder mover una aguja magnética situada en ese entorno.<ref>[http://www.mailxmail.com/curso/excelencia/historia_fisica/capitulo8.htm Historia de la física]</ref> Muchos otros experimentos siguieron, con [[André-Marie Ampère]], [[Carl Friedrich Gauss]], [[Michael Faraday]] y otros que encontraron vínculos entre el magnetismo y la electricidad. [[James Clerk Maxwell]] sintetizó y explicó estas observaciones en sus [[ecuaciones de Maxwell]]. Unificó el magnetismo y la electricidad en un solo campo, el [[electromagnetismo]]. En 1905, [[Einstein]] usó estas leyes para comprobar su teoría de la [[relatividad especial]],<ref> '' A. Einstein: "On the Electrodynamics of Moving Bodies", June 30, 1905. http://www.fourmilab.ch/etexts/einstein/specrel/www/.'' </ref> en el proceso mostró que la electricidad y el magnetismo estaban fundamentalmente vinculadas.
El electromagnetismo continuó desarrollándose en el siglo XX, siendo incorporado en las teorías más fundamentales, como la [[teoría de campo de gauge]], [[electrodinámica cuántica]], [[teoría electrodébil]] y, finalmente, en el [[modelo estándar]].
== La física del magnetismo ==
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{{AP|campo magnético}}
El fenómeno del magnetismo es ejercido por un [[campo magnético]], p.e. una corriente eléctrica o un dipolo magnético crea un campo magnético, éste al girar imparte una fuerza magnética a otras partículas que están en el campo.
Para una aproximación excelente (pero ignorando algunos efectos cuánticos, véase [[electrodinámica cuántica]]) las ecuaciones de Maxwell (que simplifican la [[ley de Biot-Savart]] en el caso de corriente constante) describen el origen y el comportamiento de los campos que gobiernan esas fuerzas. Por lo tanto el magnetismo se observa siempre que [[carga eléctrica|partículas cargadas]] eléctricamente están en [[movimiento]]. Por ejemplo, del movimiento de [[electrón|electrones]] en una [[corriente eléctrica]] o en casos del movimiento [[orbital atómico|orbital]] de los electrones alrededor del núcleo atómico. Estas también aparecen de un [[dipolo magnético]] intrínseco que aparece de los efectos cuánticos, p.e. del [[spin]] de la mecánica cuántica.
La misma situación que crea campos magnéticos (carga en movimiento en una corriente o en un [[átomo]] y dipolos magnéticos intrínsecos) son también situaciones en que el campo magnético causa sus efectos, creando una [[fuerza]]. Cuando una partícula cargada se mueve a través de un [[campo magnético]] ''B'', se ejerce una fuerza ''F'' dado por el [[producto cruz]]:
:<math>\vec{F} = q \vec{v} \times \vec{B}</math>
donde <math>q\,</math> es la [[carga eléctrica]] de la partícula, <math>\vec{v} \,</math> es el [[vector]] [[velocidad]] de la partícula y <math>\vec{B} \,</math> es el [[campo magnético]]. Debido a que esto es un producto cruz, la fuerza es [[perpendicular]] al movimiento de la partícula y al campo magnético.
La fuerza magnética no realiza [[trabajo mecánico]] en la partícula, esto cambiaría la dirección del movimiento de ésta, pero esto no causa su aumento o disminución de la velocidad. La magnitud de la fuerza es :<math>F = q v B \sin\theta\,</math> donde <math>\theta \,</math> es el ángulo entre los vectores <math>\vec{v} \,</math> y <math>\vec{B} \,</math>.`
Una herramienta para determinar la dirección del vector [[velocidad]] de una carga en movimiento, es siguiendo la ley de la mano derecha (véase [[Regla de la mano derecha]]).
El físico alemán Heinrich Lenz formuló lo que ahora se denomina la [[ley de Lenz]], ésta da una dirección de la fuerza electromotriz (fem) y la corriente resultante de una inducción electromagnética.
=== Dipolos magnéticos ===
{{AP|dipolo magnético}}
Se puede ver una muy común fuente de [[campo magnético]] en la naturaleza, un [[dipolo]]. Éste tiene un "[[polo sur]]" y un "[[polo norte]]", sus nombres se deben a que antes se usaban los magnetos como brújulas, que interactuaban con el [[campo magnético terrestre]], para indicar el norte y el sur del [[globo]].
Un campo magnético contiene [[energía]] y sistemas físicos que se estabilizan con configuraciones de menor energía. Por lo tanto, cuando se encuentra en un campo magnético, un '''dipolo magnético''' tiende a alinearse solo con una polaridad diferente a la del campo, lo que cancela al campo lo máximo posible y disminuye la energía recolectada en el campo al mínimo. Por ejemplo, dos barras magnéticas idénticas pueden estar una a lado de otra normalmente alineadas de norte a sur, resultando en un campo magnético más pequeño y resiste cualquier intento de reorientar todos sus puntos en una misma dirección. La energía requerida para reorientarlos en esa configuración es entonces recolectada en el campo magnético resultante, que es el doble de la magnitud del campo de un magneto individual. (Esto es porque un magneto usado como brújula interactúa con el campo magnético terrestre para indicar Norte y Sur)
Una alternativa formulada, equivalente, que es fácil de aplicar pero ofrece una menor visión, es que un dipolo magnético en un campo magnético experimenta un [[momento de un par de fuerzas]] y una [[fuerza]] que puede ser expresada en términos de un campo y de la magnitud del dipolo (p.e. sería el [[momento magnético dipolar]]). Para ver estas ecuaciones véase [[dipolo magnético]].
=== Dipolos magnéticos atómicos ===
La causa física del magnetismo en los cuerpos, distinto a la [[corriente eléctrica]], es por los dipolos atómicos magnéticos. [[Dipolo]]s magnéticos o momentos magnéticos, en escala atómica resultan de dos tipos diferentes del movimiento de electrones. El primero es el movimiento orbital del electrón sobre su [[núcleo atómico]]; este movimiento puede ser considerado como una corriente de bucles, resultando en el momento dipolar magnético del orbital. La segunda, más fuerte, fuente de momento electrónico magnético es debido a las propiedades cuánticas llamadas momento de [[spin]] del dipolo magnético (aunque la teoría mecánica cuántica actual dice que los electrones no giran físicamente, ni orbitan el núcleo).
El momento magnético general de un átomo es la suma neta de todos los momentos magnéticos de los electrones individuales. Por la tendencia de los dipolos magnéticos a oponerse entre ellos se reduce la energía neta, en un átomo los momentos magnéticos opuestos de algunos pares de electrones se cancelan entre ellos, ambos en un movimiento orbital y en momentos magnéticos de espín. Así, en el caso de un átomo con [[Configuración electrónica|orbitales electrónicos]] o suborbitales electrónicos completamente llenos, el momento magnético normalmente se cancela completamente entre ellos y solo los átomos con orbitales electrónicos semillenos tienen un momento magnético, su fuerza depende del número de electrones impares.
La diferencia en la configuración de los electrones en varios elementos determina la naturaleza y magnitud de los momentos atómicos magnéticos, lo que a su vez determina la diferencia entre las propiedades magnéticas de varios materiales. Existen muchas formas de comportamiento magnético o tipos de magnetismo: el ferromagnetismo, el diamagnetismo y el paramagnetismo; esto se debe precisamente a las propiedades magnéticas de los materiales, por eso se ha estipulado una clasificación respectiva de estos, según su comportamiento ante un campo magnético inducido, como sigue:
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=== Electromagnetos ===
Un electroimán es un imán hecho de alambre eléctrico bobinado en torno a un material magnético, como el hierro. Este tipo de imán es útil en los casos en que un imán debe estar encendido o apagado, por ejemplo, las grandes grúas para levantar chatarra de automóviles.
Para el caso de [[corriente eléctrica]] se desplazan a través de un cable, el campo resultante se dirige de acuerdo con la "mano derecha regla." Si la mano derecha se utiliza como un modelo, y el pulgar de la mano derecha a lo largo del cable de positivo hacia el lado negativo ( "convencional actual", a la inversa de la dirección del movimiento real de los electrones), entonces el campo magnético recapitulación de todo el cable en la dirección indicada por los dedos de la mano derecha. Como puede observarse geométricamente, en caso de un bucle o [[hélice]] de cable está formado de tal manera que el actual es viajar en un [[círculo]], a continuación, todas las líneas de campo en el centro del bucle se dirigen a la misma dirección, lo que arroja un'' 'magnética [[dipolo]] ''' cuya fuerza depende de la actual en todo el bucle, o el actual en la hélice multiplicado por el número de vueltas de alambre. En el caso de ese bucle, si los dedos de la mano derecha se dirigen en la dirección del flujo de corriente convencional (es decir, el positivo y el negativo, la dirección opuesta al flujo real de los electrones), el pulgar apuntará en la dirección correspondiente al polo norte del dipolo.
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=== Magnetos temporales y permanentes ===
== Unidades ==
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