EFECTOS DEL MAGNETISMO El magnetismo o energía magnética es un fenómeno físico por el cual los objetos ejercen fuerzas de atracción o repulsión sobre otros materiales. Hay algunos materiales conocidos que han presentado propiedades magnéticas detectables fácilmente como el níquel, hierro, cobalto y sus aleaciones que comúnmente se llaman imanes. Sin embargo todos los materiales son influidos, de mayor o menor forma, por la presencia de un campo magnético. Cada electrón es, por su naturaleza, un pequeño imán (véase momento dipolar magnético electrónico). Ordinariamente, innumerables electrones de un material están orientados aleatoriamente en diferentes direcciones, pero en un imán casi todos los electrones tienden a orientarse en la misma dirección, creando una fuerza magnética grande o pequeña dependiendo del número de electrones que estén orientados. El fenómeno del magnetismo es ejercido por un campo magnético, por ejemplo, una corriente eléctrica o un dipolo magnético crea un campo magnético, éste al girar imparte una fuerza magnética a otras partículas que están en el campo. Para una aproximación excelente (pero ignorando algunos efectos cuánticos, véase electrodinámica cuántica) las ecuaciones de Maxwell (que simplifican la ley de Biot-Savarten el caso de corriente constante) describen el origen y el comportamiento de los campos que gobiernan esas fuerzas. Por lo tanto el magnetismo se observa siempre quepartículas cargadas eléctricamente están en movimiento. Por ejemplo, del movimiento de electrones en una corriente eléctrica o en casos del movimiento orbital de los electrones alrededor del núcleo atómico. Estas también aparecen de un dipolo magnético intrínseco que aparece de los efectos cuánticos, por ejemplo del spin de la mecánica cuántica. Un movimiento de carga eléctrica es la causa subyacente a todo magnetismo. Por esa razón, una corriente eléctrica, al ser un movimiento de carga, produce un campo magnético. Cuanto mayor es la corriente, más fuerte es el campo magnético que produce. Si la corriente pasa por un alambre, la forma del campo magnético depende de la configuración del alambre. Un alambre simple y recto que lleva una corriente, por ejemplo, está rodeado por un campo magnéticocilíndrico. Dos alambres rectos portadores de corriente puestos en paralelo se atraen entre sí cuando las corrientes pasan en el mismo sentido, y se repelen cuando aquéllas fluyen en sentido opuesto. La fuerza de atracción o repulsión varía de acuerdo con la magnitud de la corriente, o sea que, midiendo esa fuerza, se puede averiguar la corriente. Ése es el principio del equilibrado de corriente, instrumento fundamental de la medición de las corrientes. Una de las aplicaciones más útiles de este efecto es el solenoide, consistente en un tramo de alambre aislado enrollado en tomo a un cilindro. Produce un campo
magnético que, dentro de él, es sumamente uniforme, tanto en intensidad como en sentido. En conjunto, el campo magnético de un solenoide recuerda al de un imán recto y se comporta de un modo similar; como si tuviese un polo norte en un extremo y un polo sur en el otro. Si, por ejemplo, colgamos suelto un solenoide cargado de corriente, se alinea automáticamente con el campo magnético de la Tierra.
FENÓMENO ELÉCTRICO POR FROTAMIENTO La electrostática es la rama de la Física que analiza los efectos mutuos que se producen entre los cuerpos como consecuencia de su carga eléctrica, es decir, el estudio de las cargas eléctricas en equilibrio. La carga eléctrica es la propiedad de la materia responsable de los fenómenos electrostáticos, cuyos efectos aparecen en forma de atracciones y repulsiones entre los cuerpos que la poseen. Históricamente, la electrostática fue la rama del electromagnetismo que primero se desarrolló. En la carga por fricción se transfiere gran cantidad de electrones porque la fricción aumenta el contacto de un material con el otro. Los electrones más internos de un átomo están fuertemente unidos al núcleo, de carga opuesta, pero los más externos de muchos átomos están unidos muy débilmente y pueden desalojarse con facilidad. La fuerza que retiene a los electrones exteriores en el átomo varia de una sustancia a otra. Por ejemplo los electrones son retenidos con mayor fuerza en la resina que en la lana, y si se frota una torta de resina con un tejido de lana bien seco, se transfieren los electrones de la lana a la resina. Por consiguiente la torta de resina queda con un exceso de electrones y se carga negativamente. A su vez, el tejido de lana queda con una deficiencia de electrones y adquiere una carga positiva. Los átomos con deficiencia de electrones son iones, iones positivos porque, al perder electrones (que tienen carga negativa), su carga neta resulta positiva. Cuando las condiciones son propicias, al frotar dos objetos entre sí, estos adquieren una carga eléctrica; es decir, se electrizan. La electrización es uno de los fenómenos que estudia la electrostática, la cual trata sobre los fenómenos relacionados con cargas eléctricas en reposo. Los fenómenos eléctricos han sido estudiados por el hombre desde la antigüedad, se le atribuye a Tales de Mileto el descubrimiento de la electrificación por frotamiento entre un trozo de ámbar y un trozo de piel; pero no son éstos los únicos materiales que pueden adquirir una carga eléctrica. En un clima seco, al
frotar un pedazo de plástico en el cabello se escucha un chasquido y se observan pequeñas chispas, las cuales son diminutas descargas eléctricas. Benjamín Franklin, mediante sus experimentos en electrostática, demostró que cualquier material que se encuentre con carga eléctrica es capaz de ejercer una atracción sobre pequeños pedazos de papel; y estableció que al frotar dos cuerpos uno de ellos se electriza positivamente, en tanto que el otro se electriza negativamente. De estos razonamientos dedujo que existen dos tipos de cargas eléctricas, las que llamó positivas (vítreas) y negativas (resinosas). Toda la materia está formada por moléculas, las cuales, a su vez, se componen de átomos, y éstos están constituidos por partículas subatómicas que poseen carga eléctrica; así, los protones contienen una carga positiva, mientras que los electrones la poseen negativa. Un átomo en condiciones normales es eléctricamente neutro, ya que posee la misma cantidad de cargas positivas y negativas. Cuando se provoca un desequilibrio en las cargas de un átomo se produce un ion, si el átomo pierde una o algunas de sus cargas positivas adquiere carga negativa, si contrariamente el átomo pierde electrones quedará con un número mayor de cargas positivas, por lo que formará un ion positivo. Resumiendo lo anterior, un ion se forma cuando un átomo presenta desigualdad entre el número de cargas eléctricas, esto es, cuando está electrizado. El frotamiento, el contacto y la inducción son tres de las formas más empleadas para electrizar un cuerpo. La electrización por frotamiento se obtiene cuando dos cuerpos de diferente material son frotados entre sí; por ejemplo: cuando se frota una varilla de vidrio en un pedazo de seda. La electricidad estática se usa habitualmente en xerografía en la que un pigmento en polvo (tinta seca o toner) se fija en las áreas cargadas previamente, lo que hace visible la imagen impresa. En electrónica, la electricidad estática puede causar daños a los componentes, por lo que los operarios han de tomar medidas para descargar la electricidad estática que pudieran haber adquirido. Esto puede ocurrir a una persona por frotamiento de las suelas de los zapatos (de materiales como la goma) contra suelos de tela o alfombras, o por frotamiento de su vestimenta contra una silla de plástico. Las tensiones generadas así serán más altas en los días con baja humedad relativa ambiente. Hoy las alfombras y las sillas se hacen con materiales que generen poca electricidad por frotamiento. En los talleres de reparación o en fábricas de
artefactos electrónicos se tiene el cuidado de evitar la generación o de descargar estas cargas electrostáticas. Se denomina electrización al efecto de ganar o perder cargas eléctricas, normalmente electrones, producido por un cuerpo eléctricamente neutro. 1. Por contacto: Se puede cargar un cuerpo neutro con solo tocarlo con otro previamente cargado. En este caso, ambos quedan con el mismo tipo de carga, es decir, si se toca un cuerpo neutro con otro con carga positiva, el primero debe quedar con carga positiva. 2. Por frotamiento: Al frotar dos cuerpos eléctricamente neutros (número de electrones igual al número de protones), ambos se cargan, uno con carga positiva y el otro con carga negativa. Ejemplos de fenómenos electrostáticos 1. Poniendo muy próximos dos péndulos eléctricos tocados con vidrio frotado, se observa una repulsión mutua; si los dos se han tocado con resina frotada, la repulsión se origina análogamente; si uno de los dos péndulos se ha puesto en contacto con resina frotada y el otro con vidrio, se produce una atracción mutua. 2. Cuando frotamos una barra de vidrio con un paño. Lo que hemos hecho es arrancar cargas negativas de la barra que han quedado atrapadas en el paño, por lo que la barra inicialmente neutra ha quedado con defecto de cargas negativas (cargada positivamente) y el paño con un exceso de cargas negativas, en el sistema total vidrio-paño, la carga eléctrica no se ha modificado, únicamente se ha redistribuido. 3. Cuando caminas por alfombra y tocas el pivote de la puerta metálico. Sientes una descarga eléctrica. 4. Cuando te peinas puedes recoger pedacitos de papel con el peine. MAGNETISMO
FROTAMIENTO
