¿Cómo sucede la imantación?: conceptos base del fenómeno

La imantación o también denominada magnetización o imanación,  viene a ser un proceso a partir del cual los momentos dipolares magnéticos de un material con características determinadas para ello, se alinean. Es un proceso que se lleva a cabo para crear propiedades magnéticas a una barra de acero o de hierro, es sencillamente trasladar las propiedades de imán a un elemento que las recibe, aportándole propiedades magnéticas ha dicho material o elemento, atrayendo luego este a otros objetos como si fuese un imán

Pero, ¿qué es un imán?

Un imán es un mineral que se da por la combinación de oxigeno con un radical simple o compuesto en el primer grado de oxidación y de un sesquióxido de hierro que tiene como propiedad fundamental atraer metales como hierro, el níquel, el cobalto, debido a que se crea a su alrededor un campo magnético.

El material o imán tiene dos polos magnéticos diferentes o que  se oponen, estos los llamaríamos el norte y el sur, por llamarlos de una forma coloquial o popular y como consecuencia de su orientación hacia los extremos del planeta tierra.

¿Por qué se atraen los Materiales?

Cuando ocurre un acercamiento de los polos de un imán, se produce una especie de repulsión automática, ya que la atracción se genera entre los polos opuestos. Estos materiales convertidos en imán, suelen tener forma de barra estando los polos en los extremos o también pueden tener forma clásica de herradura.

Este fenómeno del magnetismo puede tomar muchas formas, puede ser una corriente eléctrica en un conductor o partículas que se mueven a través del espacio, o bien el movimiento de un electrón en un orbital atómico.  Los cuerpos se encuentran conformados por tres partículas: los protones, los electrones y los neutrones. Los electrones son naturalmente imanes y es así, que en los cuerpos estos elementos están dispersos en toda su extensión y pueden ejercer su acción y efecto de manera natural.

¿Acaso todos los materiales tienen esta propiedad?

Según los experimentos realizados, la mayor parte de los materiales con los que interactuamos tienen en mayor o menor grado la posibilidad de atraer o tener atracción magnética, por supuesto dentro de esta gran gama de materiales, los metales disponen de una cuota mayor y efectiva que  por ejemplo, el que tiene un material plástico.

Hay materiales como el hierro, el cobalto, el níquel que tienen propiedades magnéticas muy marcadas, si acercamos estos a un imán, veremos que inmediatamente la parte metálica se unirá a él, esa es la demostración más sencilla que podamos conocer. Todos los materiales tienen propiedades magnéticas hasta cierto punto. Al colocar la materia en un campo no homogéneo, esta es atraída o repelida en la dirección del gradiente de dicho campo. Dicha propiedad se caracteriza por la susceptibilidad magnética de la materia dependiendo del grado de magnetización que exista.

Esta magnetización va a depender del tamaño de los momentos dipolares de los átomos en una sustancia y del grado en que los momentos dipolares están alineados entre sí. Acá  podemos mencionar el hierro, el cual tiene o exhibe propiedades magnéticas muy marcadas, debido a la alineación de los momentos magnéticos de sus átomos dentro de ciertas regiones llamadas “Dominios”.

Existe una aleación de Boro, hierro y neodimio, (NdFeB), que  tienen sus dominios alineados y se utilizan para hacer imanes permanentes. El fuerte campo magnético producido por un imán típico de tres milímetros de espesor de este material es comparable a un electroimán hecho de un bucle de cobre que lleva una corriente de varios miles de amperios. En comparación, la corriente en una bombilla de luz típica es de 0,5 amperios.

Momento Magnético

La magnetización M de un cuerpo es causada por corrientes eléctricas circulantes o por momentos magnéticos atómicos elementales, y se define como el momento magnético por unidad de volumen de tales corrientes o momentos. En el sistema de unidades mks (SI), M se mide en webers por metro cuadrado.

Por otra parte, es necesario conocer el efecto que tiene la magnetización sobre las propiedades físicas de las sustancias, entre las cuales podemos mencionar: la resistencia eléctrica, el calor específico y la tensión elástica.

Campo magnético

Lo que evidencia que existe un campo magnético, es la fuerza que se ejerce sobre esas cargas que están en movimiento, dicha fuerza desvía las partículas sin cambiar su velocidad.

Esto lo podemos observar por ejemplo en el torque en  una aguja de una brújula que actúa para alinear la aguja con el campo magnético de la tierra, dicha aguja es una pieza delgada de hierro que se ha magnetizado. A un extremo se le suele llamar el polo norte y el otro extremo polo sur, luego la fuerza entre ambos polos es atractiva, en tanto que la fuerza entre polos similares es repulsiva.

Características del campo magnético

Dicho campo magnético se puede denominar Densidad de Flujo Magnético o Inducción Magnética, y siempre estará simbolizado por la letra B. Una propiedad fundamental de un campo magnético es que su flujo a través de cualquier superficie cerrada se desvanece. (Una superficie cerrada es aquella que rodea completamente un volumen.) Esto se expresa matemáticamente por div B = 0 y puede entenderse físicamente en términos de las líneas de campo que representan B.

Los campos magnéticos se miden en unidades de tesla (T). (Otra unidad de medida comúnmente utilizada para B es el gauss, aunque ya no se considera una unidad estándar. Un gauss equivale a 10-4 teslas).

En este sentido, un campo magnético  es bastante diferente de un campo eléctrico. Las líneas del campo eléctrico pueden comenzar y terminar con una carga.

La fuente más común de campos magnéticos es el circuito de corriente eléctrica. Puede ser una corriente eléctrica en un conductor circular o el movimiento de un electrón en órbita en un átomo. Asociado a ambos tipos de bucles de corriente hay un momento dipolar magnético, cuyo valor es iA, el producto de la corriente iy el área del bucle A.

Además, los electrones, protones y neutrones en los átomos tienen un dipolo magnético asociado con su giro intrínseco; tales momentos dipolares magnéticos representan otra fuente importante de campos magnéticos.

Una partícula con un momento dipolar magnético a menudo se denomina dipolo magnético. (Un dipolo magnético puede considerarse como un pequeño imán de barra. Tiene el mismo campo magnético que ese imán y se comporta de la misma manera en campos magnéticos externos).

Cuando se lo coloca en un campo magnético externo, un dipolo magnético puede estar sujeto a un par que tiende a alinearlo con el campo; si el campo externo no es uniforme, el dipolo también puede estar sujeto a una fuerza.

Métodos de Imantación

Contacto Directo:

Es el más empleado, simplemente se frota uno de los extremos del material, bien sea hierro o acero con uno de los polos del imán, mientras se frota el otro extremo con el otro polo. Si bien es cierto que esto se demuestra fácilmente, también debemos conocer que los diferentes materiales magnéticos requieren diferentes energías de magnetización, por lo que es importante conocer la cantidad de energía requerida para saturar completamente los imanes durante este proceso.

Inducción:

Se acerca barras de acero o hierro muy pequeñas a un imán bastante potente, luego se enrolla un cable sobre un pedazo de hierro, lo que llamamos “bobina”, este procedimiento generara un fenómeno conocido como electroimán, atrayendo las pequeñas partículas al imán. Es necesario aclarar que el fenómeno de atracción se produce solamente mientras se traslada la corriente eléctrica.

Estas líneas siempre se cierran sobre sí mismas, de modo que si entran en un cierto volumen en algún momento, también deben dejar ese volumen. En este sentido, un campo magnético es bastante diferente de un campo eléctrico. Las líneas del campo eléctrico pueden comenzar y terminar con una carga.


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