Fuerza magnética de atracción y repulsión

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En física, el magnetismo es una de las fuerzas mediante las cuales los materiales y las partículas cargadas en movimiento ejercen fuerzas o momentos de atracción y repulsión sobre otros materiales o partículas cargadas. Algunos materiales muy conocidos que presentan propiedades magnéticas fácilmente detectables (denominados imanes) son el níquel, el hierro, el cobalto, el gadolinio y sus aleaciones; sin embargo, todos los materiales se ven afectados, en mayor o menor medida, por la presencia de un campo magnético. Las sustancias que se ven afectadas de forma insignificante por los campos magnéticos se conocen como sustancias no magnéticas. Entre ellas se incluyen el cobre, el aluminio, el agua y los gases.

El magnetismo también tiene otras definiciones y descripciones en física, sobre todo como uno de los dos componentes de las ondas electromagnéticas, como la luz.

Al igual que cuando los griegos de la Antigüedad descubrieron las primeras piedras magnéticas naturales, o imanes naturales, tú has estado observando una propiedad de la materia denominada magnetismo. El magnetismo es la fuerza de atracción o repulsión que se da en un material. Algunos materiales, como el hierro, el acero, el níquel o la magnetita, presentan esta fuerza, mientras que la mayoría de los demás materiales no la presentan.

El origen del magnetismo es un concepto muy complejo. De hecho, hay algunos detalles sobre el magnetismo a escala atómica sobre los que los científicos aún no se ponen totalmente de acuerdo. Para empezar a comprender de dónde surge el magnetismo y por qué algunos materiales pueden magnetizarse mientras que otros no, es necesario conocer bastante bien la teoría cuántica. La teoría cuántica es el estudio de los saltos de un nivel de energía a otro en relación con la estructura y el comportamiento de los átomos. Sin embargo, explicar la teoría cuántica va mucho más allá del alcance de este material, por lo que este tema se reservará para las clases de química y física de secundaria y universidad. No obstante, es posible explicar los principios científicos básicos del magnetismo, aunque se hagan algunas generalizaciones y simplificaciones.

En primer lugar, debes recordar que toda la materia está compuesta por átomos. Los átomos tienen un centro con carga positiva llamado núcleo. El núcleo contiene uno o más protones y neutrones, y alrededor de él orbitan una o más partículas con carga negativa llamadas electrones. Lo que has observado es una animación simplificada del centro de un átomo. Deberías haber llegado a la conclusión de que los electrones giran sobre sí mismos mientras orbitan alrededor del núcleo (que contiene protones y neutrones), de forma muy similar a como gira la Tierra mientras orbita alrededor del Sol. A medida que los electrones giran y orbitan alrededor del núcleo, producen un campo magnético. A. M. Ampère fue el primero en plantear, a principios del siglo XIX, la teoría de que los campos magnéticos se debían a corrientes eléctricas que circulaban continuamente dentro del átomo. La intuición de Ampère fue realmente asombrosa, teniendo en cuenta que a principios del siglo XIX no se sabía con certeza si los átomos existían y que el electrón no se descubriría hasta 75 años después.

¿Qué es un campo magnético y cómo se genera?

Un campo magnético describe un volumen de espacio en el que se produce un cambio de energía. Más adelante verás una forma sencilla de detectar un campo magnético con una brújula. Tal y como sugirió Ampère, se produce un campo magnético siempre que una carga eléctrica está en movimiento. El espín y la órbita del núcleo de un átomo producen un campo magnético, al igual que la corriente eléctrica que circula por un cable. La dirección del espín y de la órbita determina la dirección del campo magnético. La intensidad de este campo se denomina momento magnético.

El movimiento de una carga eléctrica que genera un campo magnético es un concepto fundamental para comprender el magnetismo. El momento magnético de un átomo puede deberse al espín del electrón —que es el movimiento orbital del electrón— y a un cambio en el movimiento orbital de los electrones provocado por un campo magnético aplicado.

• Imanes de barra con carcasa de plástico — MAG-002