Magnetismo

Trabajo realizado por los alumnos de 5to Bio. con la ayuda y colaboración del Profesor del area Fabián Mats.


1) Busca bibliografía:
a) Averiguar como funciona el campo magnético terrestre ¿Podes decir a qué se debe este campo?

Para poder explicar con mayor claridad el campo magnético terrestre, tendremos que explicar con posterioridad el campo magnético.
El campo magnético es una propiedad del espacio por la cual una carga eléctrica puntual(o q) que se desplaza a una velocidad(o V), sufre los efectos de una fuerza perpendicular y proporcional a la velocidad, y a una propiedad del campo, llamada inducción magnética, en ese punto:
La existencia de un campo magnético se pone en evidencia por la propiedad localizada en el espacio de orientar un magnetómetro (laminilla de acero imantado que puede girar libremente). La aguja de una brújula, que pone en evidencia la existencia del campo magnético terrestre, puede ser considerada un magnetómetro.
Una barra imantada o un cable que transporta corriente pueden influir en otros materiales magnéticos sin tocarlos físicamente porque los objetos magnéticos producen un campo magnético. Los campos magnéticos suelen representarse mediante líneas de flujo magnético. En cualquier punto, la dirección del campo magnético es igual a la dirección de las líneas de flujo, y la intensidad del campo es inversamente proporcional al espacio entre las líneas de flujo.
En el caso de una barra imantada, las líneas de flujo salen de un extremo y se curvan para llegar al otro extremo; estas líneas pueden considerarse como bucles cerrados, con una parte del bucle dentro del imán y otra fuera.
En los extremos del imán, donde las líneas de flujo están más próximas, el campo magnético es más intenso; en los lados del imán, donde las líneas de flujo están más separadas, el campo magnético es más débil.

El campo magnético terrestre es una teoría que muestra como un fluido conductor en movimiento (como por ejemplo, lo es el magma terrestre) puede generar y mantener un campo magnético como el de la Tierra. Por ser de clase variable el campo magnético tiende a ser de género adyacente esto quiere decir que por no pertenecer a un ángulo trascendente obtuso la variación del campo no está perfectamente determinada por un patrón común.

b) ¿Qué consecuencia produce este campo en el funcionamiento de la Tierra?

La Tierra se encuentra en una zona (en la cual se mueve) que está influenciada por el campo magnético solar, pero el propio campo magnético terrestre crea como una burbuja, la magnetosfera terrestre, dentro del anterior. Dicha burbuja tiene una capa límite entre su influencia y la solar (magnetopausa) que es aproximadamente esférica hacia el Sol, y alargada hacia el sistema solar externo, acercándose a la superficie terrestre en los polos magnéticos terrestres. La interacción en constante evolución entre ambos campos magnéticos y las partículas cargadas provenientes del Sol produce fenómenos como las auroras (boreales o australes) y la interferencia en las comunicaciones por ondas electromagnéticas, así como alteraciones en los satélites artificiales en órbita.

2) Piensa y realiza:

a) ¿Qué tipo de campo de fuerza rodea a una carga eléctrica en reposo? ¿Y a una en movimiento?
b) ¿Por qué podemos hacer que el Hierro se comporte como un imán, mas no la madera?
c) ¿Por qué aumenta la intensidad del campo magnético en el interior de una bobina que transporta corriente si le introducimos un trozo de hierro?
d) Un campo magnético puede desviar un haz de electrones, pero no puede realizar trabajo sobre ellos para acelerarlos ¿Por qué?
e) ¿En que dirección, respecto a un campo magnético debe viajar una partícula cargada a fin de que la fuerza magnética que se ejerce sobre ella sea la intensidad máxima?
f) Las palomas tienen en el cráneo imanes de magnetita de múltiples dominios que están conectados al cerebro por medio de una gran cantidad de nervios ¿Cómo permite esto que la paloma se oriente?

a) El campo que rodea a una carga en reposo es el campo eléctrico, que es una cualidad del entorno que rodea a una carga eléctrica, modelado conforme a un espacio vectorial que relaciona los puntos que se hallan en ese sector con un vector conocido como intensidad de campo eléctrico.
En el grafico se nos dice que "F" es igual a "q" que simboliza la carga eléctrica por "E" la intensidad del campo eléctrico, entonces se cumple:
Esta definición indica que el campo no es directamente medible, sino a través de la medición de la fuerza actuante sobre alguna carga. La idea de campo eléctrico fue propuesta por Michael Faraday al demostrar el principio de inducción electromagnética en el año 1831.
El campo que rodea a una carga en movimiento es un campo electromagnético, el cual es un campo físico, de tipo tensorial, que afecta a partículas con carga eléctrica.
Fijado un sistema de referencia podemos descomponer convencionalmente el campo electromagnético en una parte eléctrica y en una parte magnética. Sin embargo, un observador en movimiento relativo respecto a ese sistema de referencia medirá efectos eléctricos y magnéticos diferentes, lo cual ilustra la relatividad de lo que llamamos parte eléctrica y parte magnética del campo electromagnético. Como consecuencia de lo anterior tenemos que ni el "vector" campo eléctrico ni el "vector" de inducción magnética se comportan genuinamente como magnitudes físicas de tipo vectorial, sino que juntos constituyen un tensor para el que sí existen leyes de transformación físicamente esperables.


b) En algunos materiales, a los que se llama materiales magnéticos, se observa que sus átomos o iones se comportan como si fuesen pequeños imanes que interactúan entre
sí. En estos casos se dice que los átomos tienen un momento magnético diferente de cero, el cual se caracteriza por su magnitud y la dirección en la que está orientado. En lo
sucesivo, a estos pequeños imanes se denominan espines magnéticos o simplemente espines.
Pero no todos estos materiales se comportan de la misma manera, debido a que sus propiedades magnéticas dependen de dos factores.
Éstos son: la magnitud de sus espines individuales, y la orientación relativa de éstos: Si los espines no tuviesen ninguna interacción, ya sea entre ellos o con sus alrededores, entonces cada uno de ellos podría apuntar en cualquier dirección, puesto que no tendría preferencia alguna. Sin embargo, éste no es en general el caso: la orientación que tomará cada uno de ellos dependerá del balance de varios factores que pueden resumirse en factores internos y externos.
Como su nombre lo indica, los factores internos dependen de las características intrínsecas de cada material, esto es, del tipo de interacciones entre los espines. Por otro lado, los factores externos son los que están relacionados con el ambiente, es decir, que dependen de la interacción del sistema con sus alrededores. Como ejemplo de factores
externos tenemos la posible existencia de un campo magnético producido por una fuente ajena al material, y por otro lado, de manera muy importante, la temperatura ambiental,
ya que el medio ambiente funciona como una fuente de calor y agitación para el material.
Un ejemplo típico de un material magnético, que todos conocemos, es el de los imanes permanentes.
El hierro es un material ferromagnético y, según algunas teorías, está constituido por un conjunto de dominios magnéticos (pequeños cristales de hierro) que se encuentran
ordenados al azar. Si conseguimos que esos dominios se orienten todos en la misma dirección, el objeto de hierro se habrá magnetizado. Es lo que ocurre cuando juntamos un clavo con un imán. Al separarlos el clavo ha quedado magnetizado y se comporta también como un imán.
MADERA:
Un imán atrae ciertos materiales que, para simplificar, llamaremos "piezas de hierro". Las fuerzas "magnéticas" atractivas se ejercen a distancia (sin contacto), en vacío o a través de materiales como cobre, aluminio, plomo, vidrio, ladrillo, madera y plástico (brevemente, "materiales no magnéticos").

c) La intensidad de campo magnético, está relacionada con la inducción magnética a través de una constante que depende del medio y que se llama permeabilidad magnética.
Resulta: La constante permeabilidad magnética da una idea de lo buen o mal conductor del magnetismo que es un cuerpo.
Las sustancias paramagnéticas tienen una permeabilidad mayor que la del aire, y las diamagnéticas, menor. Esto implica que, para un mismo valor del campo, un material paramagnético tendrá mayor inducción magnética (y por consiguiente, para una superficie dada, mayor flujo) que otra diamagnética, por tener mayor permeabilidad.
Como sucede en otros campos de fuerza, el campo magnético queda definido matemáticamente si se conoce el valor que toma en cada punto una magnitud vectorial que recibe el nombre de intensidad de campo. La intensidad del campo magnético, a veces denominada inducción magnética, se representa por la letra B y es un vector tal que en cada punto coincide en dirección y sentido con los de la línea de fuerza magnética correspondiente. Las brújulas, al alinearse a lo largo de las líneas de fuerza del campo magnético, indican la dirección y el sentido de la intensidad del campo B.
La obtención de una expresión para B se deriva de la observación experimental de lo que le sucede a una carga q en movimiento en presencia de un campo magnético. Si la carga estuviera en reposo no se apreciaría ninguna fuerza mutua; sin embargo, si la carga q se mueve dentro del campo creado por un imán se observa cómo su trayectoria se curva, lo cual indica que una fuerza magnética (Fm) se está ejerciendo sobre ella.

d) Al producirse corriente eléctrica, se produce el movimiento de los electrones, esto crea una fuerza magnética, que produce que el polo magnético se desplaza, y que este haz de electrones se desvié hacia el espacio mediante los campos magnéticos pero luego vuelve a su lugar, aquí vemos que se produce un desvió de la dirección pero no ejerce un trabajo sobre ellas

e) Según la teoría del campo magnético, una carga eléctrica puntual de valor q que se desplaza a una velocidad , sufre los efectos de una fuerza perpendicular y proporcional a la velocidad, y a una propiedad del campo, llamada inducción magnética, en ese punto. Al analizar esta teoría, podemos observar que una partícula cargada toma una dirección perpendicular al igual de que la fuerza, así llega a ejercer la intensidad máxima.

f) A partir del siglo XIX, se establecieron estudios con aves. Se observo que poseían una especie de brújula magnética, esta podría ser la primera de que disponen las crías sin experiencia migratoria; las demás brújulas (solar, estelar, o basada en la polarización de la luz), se constituyen durante la experiencia de vuelo. Se descubre que las aves tienen cristales de magnetita en el cráneo, entre el hueso y la duramadre, y sugirieron que podían jugar un papel en la detección del campo magnético. Dado que la intensidad del campo varía con las zonas geográficas, podría ser que indicara la posición y permitiera que el ave estableciera un mapa magnético de navegación.Los experimentos sugieren que los cristales de magnetita presentes en la cabeza, no sólo indican la posición del pájaro (mapa de navegación) sino que también juegan un papel en la dirección a tomar (brújula). Una hipótesis seductora propuesta por los autores supone que ambos sistemas, uno dependiente de la luz y el otro de la magnetita, son dos componentes complementarios de un mismo sistema de orientación.Según un grupo de investigadores, las palomas mensajeras sólo recurren a la brújula interna de magnetita cuando carecen de otras pistas de navegación: cuando no hay ni sol, ni luna, ni estrellas.
En 1979, el grupo de Walcott comprobó, diseccionando palomas con instrumentos no magnéticos que estos animales tenían material magnético en la cabeza y el cuello. La mayoría del material magnético se encontraba localizado en un tejido entre el cráneo y la dura, en una pequeña estructura de color negro situada entre el encéfalo y el cráneo. Cada paloma tenía un momento dipolar magnético remanente de 10-8 - 10-9 Am2 que desaparecía a 575ºC indicando que era Fe3O4, es decir, magnetita. Otro grupo encontró que había material genético y sensibilidad magnética en el cuello de palomas y cuervos migratorios, aunque no lo encontró en la cabeza. La sensibilidad de las aves a cambios del campo magnético puede ser tan baja como 0.1-0.2 T (el campo magnético terrestre es de 50 T).