• UN POUCO DE HISTORIA
• O IMÁN. POLOS MAGNÉTICOS
• O COMPÁS. MAGNETISMO TERRESTRE
• O EXPERIMENTO DE OERSTED
• O ELECTROIMÁN
• O EXPERIMENTO DE AMPÈRE
• O EXPERIMENTO DE FARADAY
• AS FORZAS DA NATUREZA

UN POUCO DE HISTORIA

Na Grecia antiga descubriuse un mineral con propiedades sorprendentes, as pedras deste mineral atráense entre si, e atraían a algúns metais como o ferro. Como se descubriu nas proximidades da cidade de Magnesia de Tesalia, en Grecia, recibiu o nome de magnetita, de fórmula Fe₃O₄. E a propiedade que tiña para atraer aos metais do tipo do ferro denominouse magnetismo. Estes materiais con estas propiedades magnéticas tamén os coñecemos como imáns. Hai imáns naturais como a magnetita e imáns artificiais como os que atopamos en calquera ferraxería. 

Probablemente xogaches algunha vez xa cun imán. Son frecuentes en xoguetes. Os xastres sempre tiñan un a man para recoller os alfinetes que se lle caían. Pero quizais o compás sexa o obxecto máis ligado ao imán que se coñece. En realidade é só unha agulla imantada que vira libremente sobre o seu eixo. Facilitou enormemente a navegación, e aínda hoxe é imprescindible para os mariños e exploradores.

O IMÁN. POLOS MAGNÉTICOS

Os imáns son obxectos con propiedades magnéticas. Poden ser naturais, como a magnetita, ou artificiais. 

Os imáns caracterízanse por atraer a diversos metais como o ferro, ou as súas aliaxes con níquel, cobalto, volframio e outros metais. 

Os imáns sempre presentan dous polos. Cando poñemos en contacto dous imáns observamos que sempre se atraen polas mesmas partes. Nun imán podemos distinguir dous polos que son esas partes que se poñen en contacto cando se atraen. Un dos polos chamarase norte e outro dos polos chamarase sur. Sempre que dous imáns atráense faino o polo norte dun co polo sur do outro. Se forzamos a que dous polos iguais únanse notamos como se repelen tentando separarse. 

Como saber se un polo é o norte ou o sur? Podémolo pescudar de dúas formas. Por exemplo, se colocamos o imán sobre unha cortiza, e este sobre auga, observamos que o imán se move ata orientarse co magnetismo terrestre. O extremo que apunta ao norte xeográfico é o polo norte do imán, e o extremo que apunta ao sur xeográfico é o polo sur do imán. Como ves estamos a utilizar o noso imán como compás. Outra forma de coñecer os polos é achegando un compás ao imán, o polo norte do compás indicaranos onde está o polo sur do imán, e o polo sur do compás indicaranos o polo norte do imán.

Podemos pensar que se partimos un imán pola parte intermedia dos polos obteríanse dous imáns cun só polo, pero isto non é posible, sempre que se parte un imán obtéñense dous imáns con dous polos, norte e sur.

Como podemos fabricar un imán? Un imán non só pode atraer a un anaco de aceiro, senón que se está en contacto con el pódeo converter noutro imán. Para conseguilo fregaremos por exemplo unha agulla de aceiro cun imán, farémolo sempre no mesmo sentido. Podemos comprobar que a agulla se converteuse nun imán achegándolle un compás.

O COMPÁS, MAGNETISMO TERRESTRE

William Gilbert (1544-1603) foi médico inglés e un dos primeiros estudosos do magnetismo.

William Gilbert (1544-1603)

Descubriu que a Terra é un imán xigante. Tamén descubriu que un imán pode perder as súas propiedades magnéticas quentándoo, así como que un imán pode aumentar o seu magnetismo rozándoo con outro imán, o que se coñece como imantación por influencia.

O magnetismo da Terra débese ao núcleo de ferro e níquel que hai no seu interior. Este imán terrestre permite que nos orientemos na Terra grazas aos imáns. Para iso os imáns débense de poder mover libremente. O compás é simplemente unha agulla imantada que se pode mover libremente. O polo norte do compás oriéntase cara ao polo norte xeográfico. Pero entón que polo magnético hai no norte xeográfico? Ten que ser o polo sur magnético. 

O magnetismo da Terra protéxenos da radiación solar e dos raios cósmicos coma se dun escudo protector de tratase. O marabilloso fenómeno da auroras boreais prodúcese ao desviar o campo magnético terrestre as partículas cargadas que emite o vento solar cara aos polos.

Coa agulla que imantamos antes podemos construír un compás colocándoa nun soporte flotante , e este sobre auga, para facilitar o seu movemento. Observaremos que sempre nos indica o norte.

Os imáns crean unha zona que os rodea onde se poden poñer de manifesto interaccións magnéticas, esta zona coñécese como campo magnético. As interaccións magnéticas son máis intensas nos polos que no resto do imán. O campo magnético podémolo visualizar achegando limaduras de ferro ao imán e observaremos que estas se orientan formando liñas que están máis xuntas nas proximidades dos polos.

EXERCICIOS PARA PRACTICAR

O EXPERIMENTO DE OERSTED

Os fenómenos magnéticos teñen certas similitudes cos fenómenos eléctricos. Por exemplo as cargas de distinto signo atráense, como o fan os polos norte e sur de dous imáns, e as cargas iguais repélense como o fan os polos iguais de dous imáns. Tamén se comprobou que a forza entre dous polos decrece co cadrado da distancia, como o fai a forza eléctrica. Parece que deben ter algunha relación, pero hai unha diferenza importante entre as forzas eléctricas e magnéticas, xa que é posible illar as cargas positivas e negativas, pero non podemos illar os polos dun imán, sempre aparecen a pares, se partimos un imán sempre obtemos dous imáns cos seus dous polos norte e sur. 

A relación entre fenómenos eléctricos e magnéticos iníciase cun experimento realizado polo danés Hans Christian Oersted (1777-1851) en 1820.

Hans Christian Oersted (1777-1851)

Observou que se se achegaba unha agulla imantada a un condutor polo que pasa unha corrente a agulla desviábase da súa posición de equilibrio. Tamén observou que ao invertir o sentido da corrente tamén se invertía a desviación da agulla.
 

Se a agulla imantada oriéntase en función de que pase ou non corrente significa que a corrente eléctrica debe crear un campo magnético que interacciona coa agulla. Quedaba demostrada a relación entre a interacción magnética e a corrente eléctrica.

O ELECTROIMÁN

Se dispoñemos un condutor eléctrico en forma circular, o que se coñece como unha espira, e facemos pasar unha corrente polo obtemos unha interacción magnética semellante á dun imán, cun polo norte nun lado da espira e un polo sur no contrario. Se enrolamos un condutor sobre un tubo, non teremos unha espira senón moitas, ao facer pasar unha corrente polo condutor o campo magnético que se crea no seu interior multiplícase polo número de espiras. Se colocamos un núcleo de ferro no interior do tubo creamos o que se chama un electroimán. O imán que se crea é temporal, depende de que circule ou non corrente polo circuíto.

Os electroimáns teñen aplicación en moitos aparellos e máquinas como: motores eléctricos, dinamos, alternadores, guindastres, timbres, freos electromagnéticos, etc.

EXERCICIOS PARA PRACTICAR

O EXPERIMENTO DE AMPÈRE

Se no experimento de Oersted vimos que unha corrente interaccionaba cun imán é porque a corrente eléctrica crea un campo magnético. Isto fixo pensar a André-Marie Ampère (1775-1836) que dous fíos condutores polos que pasase corrente tamén debían de interaccionar. E en efecto fano.
 

André-Marie Ampère (1775-1836)

Ampère entendía que os fenómenos magnéticos debíanse a interaccións entre correntes eléctricas, é dicir, o magnetismo débese á electricidade en movemento. Cría que as propiedades magnéticas das substancias eran debidas a correntes que circulaban polo seu interior a nivel molecular. Estas teorías non foron recoñecidas no seu tempo e tardarían en ser aceptadas.

As correntes moleculares sabemos hoxe que se deben ao movemento dos electróns ao redor do núcleo atómico. Os átomos teñen, por tanto, minúsculos imáns elementais que se denominan dipolos magnéticos.

O EXPERIMENTO DE FARADAY

Se a corrente eléctrica que circula por un condutor creaba un campo magnético, podemos entón pensar que un campo magnético podería crear unha corrente eléctrica. Isto mesmo foi descuberto por Michael Faraday (1791-1867) en 1831.

Michael Faraday (1791-1867)

Comprobou que ao mover un imán dentro dunha espira creábase unha corrente dentro da mesma. A corrente que se produce no circuíto chámase corrente inducida, e o fenómeno polo que se induce unha corrente empregando un imán coñécese como indución electromagnética.

Faraday enrolou dous solenoides de arame ao redor dun aro de ferro, se facía pasar corrente por un solenoide outra corrente creábase temporalmente no outro solenoide. Observou que se se move un imán a través dunha espira de arame créase unha corrente no arame. Un campo magnético variable xera un campo eléctrico. Os seus descubrimentos permitiron descubrir a dinamo eléctrica, precursora dos actuais xeradores e motores eléctricos.

Está claro que a interacción eléctrica e magnética están intimamente relacionadas, son as caras dunha mesma moeda, en realidade explícanse actualmente por unha mesma interacción electromagnética. Esta unificación debémoslla ao escocés James Clerk Maxwell (1831-1879).

James Clerk Maxwell (1831-1879)

A súa teoría do electromagnetismo proposta en 1873, é sen dúbida a obra máis importante da física do século XIX. Tamén a el debémoslle a comprensión da luz como unha onda electromagnética, e a primeira fotografía en cor.

EXERCICIOS PARA PRACTICAR

AS FORZAS DA NATUREZA

Toda a física podémola explicar a partir de catro interaccións ou forzas fundamentais.

Cales son estas?

• Forza gravitatoria
• Forza electromagnética
• Forza nuclear forte
• Forza nuclear feble

O curso pasado xa estudamos algo da forza gravitatoria, e neste curso da forza electromagnética. As demais estudaralas en cursos posteriores de física. Estas forzas son moi diferentes. As dúas primeiras teñen efectos que observamos frecuentemente a nivel macroscópico, pero as forzas nucleares só se observan ás pequenas distancias do núcleo atómico. 

A forza gravitatoria é a máis débil, é debida á masa dos corpos e en presenza de grandes masas é moi apreciable, é a responsable do peso dos corpos e de manter a estrutura do Universo. No mundo microscópico das moléculas e átomos é tan débil que podemos prescindir dela.

A forza electromagnética é moito máis intensa que a forza gravitatoria, pero non sempre observamos os seus efectos, debido a que están producidas por cargas positivas e negativas, e os seus efectos contrarréstanse. É a responsable de manter a estrutura da materia, presentando atraccións e repulsiones de alcance infinito. É a responsable do comportamento dos electróns nos átomos, e da formación das moléculas e substancias cristalinas.

A forza nuclear forte, é a responsable da estabilidade dos núcleos atómicos, mantén unidos aos protóns e neutróns no núcleo atómico. É atractiva pero non ten un alcance superior a 10^-15m. É a forza fundamental máis intensa que existe.

A forza nuclear feble, é a responsable dalgúns fenómenos radioactivos, é dun alcance moi pequeno 10^-17 m, e moito máis débil que a interacción nuclear forte.

EXERCICIOS PARA PRACTICAR