Introducción
Las primeras observaciones de fenómenos magnéticos son muy antiguas. Se cree que fueron realizadas por los griegos en una ciudad de Asia Menor, denominada Magnesia.
Encontraron que en tal región existían ciertas piedras que eran capaz de atraer trozos dehierro. En la actualidad se sabe que dichas «piedras » están constituidas por un óxido de hierro (magnetita), y se denominan Imanes naturales les.
El término magnetismo se usó entonces para designar el conjunto de las propiedades de estos cuerpos, en virtud del nombre de la ciudad donde fueron descubiertos.
Se observó que un trozo de hierro colocado cerca de un imán natural, adquiría sus mismas propiedades.
De esta manera fue posible obtener imanes «n o naturales» (artificiales) de varias formas y tamaños, utilizando trozos o barras de hierro con formas y tamaños diversos.
Con el transcurso del tiempo se fueron descubriendo algunas otras propiedades de los imanes, algunas de las cuales vamos a describir a continuación.
Polos de un imán
Se observó que los trozos de hierro eran atraídos con mayor intensidad por ciertas partes de un imán, las cuales se denominaron sus polos.
Si tomamos, por ejemplo, un imán en forma de barra y distribuimos limaduras de hierro sobre él, notaremos que se acumulan en los extremos de la barra; es decir, las limaduras son atraídas con mayor intensidad por tales extremos.
Por lo tanto, un imán en forma de barra posee dos polos, situados en sus extremos.
Suspendiendo un imán en forma de barra de manera que pueda girar libremente alrededor de su parte central, se observa que siempre se orienta en una misma dirección.
Tal orientación coincide aproximadamente con la dirección Norte-Sur en la Tierra. Esta propiedad de los imanes se empleó en la construcción de las brújulas o agujas magnéticas orientadoras, las cuales hicieron posible la realización de prolongados viajes marítimos desde tiempos muy remotos.
Como usted sabe, estos instrumentos siguen utilizándose ampliamente en la actualidad.
La Tierra es un enorme imán
Durante muchos años, diversos filósofos y científicos trataron de llegar a una explicación del hecho de que un imán (al igual que la aguja magnetizada de una brújula) se orienta en la dirección Norte-Sur de la Tierra.
Pero la explicación que hoy damos por correcta no pudo ser formulada sino hasta el siglo XVII, por el médico inglés William Gilbert, científico a cuyos trabajos en el campo de la Electricidad.
En su obra, titulada D e Magnete y publicada en 1600, Gilbert describe un gran número de propiedades de los imanes que observó experimentalmente, y formula hipótesis que tratan de explicar dichas propiedades.
Una de las ideas principales que presenta en su obra es la de que la orientación natural de una aguja magnética se debe al hecho de que la Tierra se comporta como un enorme imán.
De acuerdo con Gilbert, el polo Norte geográfico de la Tierra también debe ser un polo magnético que atrae al extremo norte de una aguja magnética. De modo similar, el polo Sur geográfico de la Tierra se comporta como un polo magnético que atrae al polo sur de la aguja de una brújula.
Debido a estas fuerzas de atracción, tal aguja (o cualquier otro imán en forma de barra) tiende a orientarse en la dirección Norte-Sur.
Es fácil deducir, de acuerdo con esta explicación, que el polo Norte geográfico de la Tierra viene siendo un polo magnético sur (pues atrae al llamado «polo norte» de la aguja), y el polo Sur geográfico es un polo magnético norte.
Entonces, en lo que respecta a los efectos magnéticos, podemos imaginar a la Tierra representada por un enorme imán.
Inseparabilidad de los polos
Otra interesante propiedad de los imanes consiste en la inseparabilidad de sus polos: experimentalmente se observa que no se puede obtener un polo magnético aislado. Cualquier imán tiene siempre sus dos polos.
El magnetismo se fue desarrollando con el estudio de las propiedades de los imanes, algunas de las cuales describimos en la sección anterior. Entonces no se sospechaba que pudiera existir relación alguna entre los fenómenos magnéticos y los fenómenos eléctricos.
En otras palabras, el estudio del magnetismo y el de la electricidad se consideraban dos ramas de la Física totalmente independientes y distintas una de la otra.
Pero a principios del siglo pasado, un hecho notable determinó un cambio radical en este punto de vista. Tal hecho, observado por el investigador danés Hans Christian Oersted, vino a demostrar que hay una relación íntima entre la electricidad y el magnetismo, contrariamente a lo que hasta entonces se pensaba.
El experimento de Oersted
En 1820, mientras trabajaba en su laboratorio, Oersted montó un circuito eléctrico, y colocó cerca una aguja magnética. Al no haber corriente en el circuito (circuito abierto), la aguja magnética se orientaba en la dirección Norte-Sur, como ya sabemos.
Una de las ramas del circuito (el conductor AB) debe colocarse en forma paralela a la aguja, es decir, también se debe orientar en la dirección Norte-Sur (o N-S).
Al establecer una corriente en el circuito, Oersted observó que la aguja magnética se desviaba, tendiendo a orientarse en dirección perpendicular al conductor AB. Al interrumpir el paso de la corriente, la aguja volvía a su posición inicial, en la dirección N-S.
Estas observaciones realizadas por Oersted demostraron que una corriente eléctrica podía actuar como si fuese un imán, originando desviaciones en una aguja magnética. Así se observó por primera vez que existe una relación estrecha entre la electricidad y el magnetismo: una corriente eléctrica es capaz de producir efectos magnéticos.
Al darse cuenta de la importancia de su descubrimiento, Oersted divulgó el resultado de sus observaciones, que inmediatamente atrajo la atención de importantes científicos de la época. Algunos de ellos comenzaron a trabajar en investigaciones relacionadas con el fenómeno, entre los cuales destaca el trabajo de Ampere.
En poco tiempo, gracias a dichas investigaciones, se comprobó que todo fenómeno magnético era producido por corrientes eléctricas; es decir, se lograba, de manera definitiva, la unificación del magnetismo y la electricidad, originando la rama de la física que actualmente conocemos como Electromagnetismo.
El hecho básico del electromagnetismo
Como resultado de los estudios que acabamos de citar fue posible establecer el principio básico de todos los fenómenos magnéticos: cuando dos cargas eléctricas están en movimiento, entre ellas surge una fuerza que se denomina fuerza magnética.
Ya sabemos que cuando dos cargas eléctricas se encuentran en reposo, entre ellas existe una fuerza denominada electrostática, (ley de Coulomb). Cuando las dos cargas están moviéndose, además de la fuerza electrostática o eléctrica, surge entre ellas una nueva interacción, la fuerza magnética.
Todas las manifestaciones de fenómenos magnéticos se pueden explicar mediante esta fuerza existente entre cargas eléctricas en movimiento. De manera que la desviación en la aguja del experimento de Oersted, se debió a la existencia de dicha fuerza; también ésta es la responsable de la orientación de la aguja magnética en la dilección N-S; la atracción y repulsión entre los polos de los imanes es incluso una consecuencia de esta fuerza magnética, etc.
Concluyendo
Un campo magnético existe en una región del espacio si una carga que se mueve ahí experimenta una fuerza (diferente a la fricción) debida a su movimiento. Es frecuente detectar la presencia de un campo magnético por el efecto que produce sobre la aguja de una brújula (que es un pequeño imán).
- La aguja, en este caso se alinea en la dirección del campo magnético.
- Las líneas de campo magnético trazadas en una región del espacio son mostradas siempre por la dirección hacia la cual apunta una brújula colocada en esa región.
- Un imán tiene un polo norte y un polo sur.
Los polos magnéticos del mismo tipo (norte o sur) se repelen uno al otro, mientras que cuando son distintos se atraen entre sí. Una carga que se mueve a través de un campo magnético experimenta una fuerza, debida al campo, siempre que su vector velocidad no esté a lo largo de una línea de fuerza.
La magnitud de una fuerza (F) sobre una carga que se mueve en un campo magnético depende del producto de cuatro factores:
(1) q, la magnitud de la carga (en C)
(2) v, la magnitud de la velocidad de la carga (en m/s)
(3) B, la Intensidad del campo magnético
(4) sen q, donde q es el ángulo entre las líneas de campo y la velocidad v
En otras palabras, FaqvBsenq.
El campo magnético en un punto dado se representa por un vector B. Su dirección es la del campo magnético. Los nombres dados a B son: la inducción magnética, la densidad de flujo magnético y, coloquialmente, la intensidad de campo magnético.
Fuerza sobre una corriente en un campo magnético: Dado que una corriente es simplemente un flujo de cargas positivas, ésta experimenta una fuerza debida a un campo magnético.
Torca (momento de torsión) sobre una bobina plana en un campo magnético uniforme: La torca t que actúa sobre una bobina de N espiras, la cual lleva una corriente I en un campo magnético externo B es:
t = NIABsenq
Donde A es el área de la bobina, y q es el ángulo entre las líneas de campo y una perpendicular al plano de la bobina.
Fuente: Apuntes de la materia física ll / unideg