¿Qué es el Magnetismo?
El magnetismo es un fenómeno físico por el que los materiales ejercen fuerzas de atracción o repulsión sobre otros materiales. Aunque todos los materiales son influidos en mayor o menor medida por la presencia de un campo magnético, algunos presentan propiedades magnéticas fácilmente detectables. Este fenómeno también tiene otras manifestaciones, como la luz.
Cada electrón actúa como un pequeño imán y, en ciertos materiales, tienden a orientarse en la misma dirección, creando una fuerza magnética considerable. Además del campo magnético intrínseco del electrón, a veces hay que considerar el campo magnético generado por su movimiento orbital alrededor del núcleo.
Los Imanes y sus Propiedades
Un imán es toda sustancia que posee la propiedad de atraer el hierro y otros materiales ferromagnéticos. Generalmente, tienen una forma geométrica regular y alargada.
Tipos de Imanes
- Imanes naturales: La magnetita (un óxido de hierro) es un potente imán natural capaz de atraer todas las sustancias magnéticas. Se consideran sustancias magnéticas aquellas que son atraídas por la magnetita.
- Imanes artificiales permanentes: Son sustancias magnéticas que, al ser frotadas con magnetita o sometidas a otros procesos de imantación, se convierten en imanes y conservan su propiedad de atracción durante mucho tiempo.
- Imanes artificiales temporales (electroimanes): Son aquellos que producen un campo magnético únicamente cuando circula a través de ellos una corriente eléctrica.
El Concepto de Dipolo Magnético
Una fuente común de campo magnético es el dipolo magnético, que posee un polo sur y un polo norte. Estos nombres se originaron por su uso en brújulas, que interactúan con el campo magnético terrestre. Un campo magnético contiene energía, y los sistemas físicos tienden a estabilizarse en configuraciones de menor energía. Por ello, un dipolo magnético tiende a alinearse con una polaridad opuesta a la del campo externo, lo que cancela el campo tanto como sea posible y disminuye la energía total del sistema. Una fórmula alternativa, fácil de aplicar pero que ofrece una menor visión conceptual, 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 del campo y de la magnitud del dipolo.
Dipolos Magnéticos Atómicos: El Origen del Magnetismo
La causa fundamental del magnetismo a nivel microscópico reside en los dipolos magnéticos atómicos. Estos se originan a partir de dos tipos diferentes de movimiento de los electrones:
- El movimiento orbital del electrón alrededor del núcleo, que puede ser considerado como una corriente en bucle.
- Una propiedad cuántica intrínseca del electrón llamada momento de espín (spin) del dipolo magnético, que es la contribución más fuerte.
El momento magnético total de un átomo es la suma neta de todos los momentos magnéticos de sus electrones individuales. En muchos átomos, los momentos magnéticos de los pares de electrones se cancelan entre sí, tanto en su movimiento orbital como en sus momentos de espín. Sin embargo, un átomo con orbitales electrónicos semillenos (es decir, con electrones no apareados) tendrá un momento magnético neto. La fuerza de este momento magnético depende del número de electrones impares. Por lo tanto, la diferencia en la configuración electrónica de los átomos determina la naturaleza y la magnitud de sus momentos magnéticos.