Experimentando con la Ciencia

El magnetismo es esencialmente un fenómeno cuántico-relativista muy complejo y su estudio a nivel microscópico puede considerarse como una de las ramas más activas de la física moderna. Sin embargo, los efectos macroscópicos del magnetismo son muy conocidos y todos hemos experimentado alguna vez con las fuerzas de repulsión y atracción que se producen entre dos imanes.

Al hablar de magnetismo es imposible no referirse también al electromagnetismo, que es una rama de la física que estudia y unifica los fenómenos eléctricos y magnéticos a nivel macroscópico, puesto que ambos aparecen íntimamente ligados en la naturaleza. Hoy en día, el electromagnetismo es uno de los pilares más importantes de la industria, puesto que el funcionamiento de muchas máquinas eléctricas se basa en el principio de inducción electromagnética.

La investigación en nuevos materiales con propiedades magnéticas interesantes abre la puerta a nuevas aplicaciones de los efectos magnéticos. Entre estos materiales están los superconductores, que tienen la capacidad de conducir corriente eléctrica con resistencia y pérdida de energía cercanas a cero en determinadas condiciones. La superconductividad permite plantear aplicaciones en las que se aproveche la pérdida de resistencia eléctrica y que requieran generar campos magnéticos muy intensos: trenes de levitación magnética, sistemas de generación de imágenes por Resonancia Magnética Nuclear, fusión por confinamiento magnético, nuevos dispositivos electrónicos...

Podemos clasificar los imanes en dos tipos: permanentes (que se pueden construir a partir de diferentes materiales y mantienen continuamente sus propiedades magnéticas) y electroimanes (construidos a partir de una bobina por la que circula una corriente eléctrica y cuyas propiedades cesan en cuanto lo hace el suministro eléctrico). Todos ellos presentan las siguientes características.

Un imán posee dos tipos de polos, en los que se concentra la actividad magnética.

Los polos del mismo tipo se repelen y de tipo opuesto se atraen. No se ha observado nunca un polo magnético aislado. Cada imán genera su propio campo magnético.

Experimento 1. ¿Cómo visualizar el campo magnético?

Para observar el campo magnético que crean diferentes tipos de imanes, utilizamos placas de Petri rellenas de polvo de hierro. Sólo es necesario introducir una cantidad de polvo muy pequeña dentro de cada placa y sellarla con celo o Parafilm® para que el polvo no salga al exterior. Es necesario agitar un poco la placa para que el polvo se reparta por su superficie. Si se acerca un imán por la parte inferior de la placa, se pueden observar líneas de campo magnético.

Experimento 2. Imanes de nevera

Los imanes de nevera tienen una estructura interna similar a la de varios imanes de herradura colocados uno al lado de otro, de tal forma que la cara magnética de los imanes de nevera presenta una sucesión de polos norte y sur. Su estructura interna explica sus propiedades: se pegan en la nevera, pero, sin embargo, no pueden atraer un clavo de hierro; sólo presentan una cara magnética; no son atraídos por un imán lineal…

Toma un imán de nevera y córtalo en dos trozos. También puedes tratar de encontrar dos imanes de nevera idénticos. Enfrenta entre sí dos caras magnéticas, de tal forma que se conserve la orientación relativa original entre los dos trozos. Trata de desplazar ahora un imán sobre otro. Prueba en un sentido y en el que forma 90º con el primero. En uno de estos movimientos notarás que los imanes se desplazan “a saltos”. Esto se debe a que los imanes se mueven automáticamente hasta que se enfrentan polos opuestos de las bandas que los forman. Al intentar desplazar los dos imanes se producirán nuevos saltos hasta las nuevas posiciones en la que los polos opuestos vuelvan a enfrentarse. Si miras atentamente la parte magnética de estos imanes, te darás cuenta de que, aunque tenuemente, eres capaz de distinguir bandas paralelas, que se corresponden con los diferentes polos magnéticos.

Si giras ahora 90º uno de los trozos del imán de nevera del experimento anterior observarás que los imanes no se pegan, debido a que hay zonas en las que coinciden polos opuestos y otras en las que se enfrentan polos iguales.

Motores homopolares

Experimento de Oersted

Hemos repetido la experiencia realizada por el físico danés Hans Christian Oersted (1777-1851), quien encontró que una brújula se desviaba cuando se encontraba próxima a un hilo conductor por el que pasaba una corriente eléctrica. Esta desviación implica la existencia de un campo magnético en la región vecina al conductor.

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