¿Cómo Funcionan los Imanes?

Puede que muchos de nosotros sepamos los conceptos básicos de los imanes y el magnetismo – los imanes atraen metales específicos y tienen dos extremos o polos: el norte y el sur. Los polos opuestos se atraen mientras que los polos del mismo tipo se repelen. Los imanes y los campos magnéticos están estrechamente relacionados, y el magnetismo, junto con la gravedad y las fuerzas atómicas, es una de las cuatro fuerzas fundamentales del universo.

Para empezar a saber como funcionan los imanes, lo primero que debemos saber es una definición básica de lo que son. Los imanes son objetos que producen campos magnéticos y atraen metales como el hierro, el níquel y el cobalto. Las líneas de fuerza del campo magnético abandonan el imán por su polo norte y entra por su polo sur.

Los imanes permanentes crean su propio campo magnético de forma continua. Los imanes temporales los producen en presencia de un campo magnético, y por un corto espacio de tiempo mientras abandona el campo. Los electroimanes producen campos magnéticos solo cuando la electricidad pasa por sus cables bobinados.

Hasta hace poco, todos los imanes estaban hechos de elementos de metal o aleaciones. Estos materiales producen imanes de diferente potencia. Algunos ejemplos son los imanes de cerámica, como son los que usamos en los frigoríficos y en algunos experimentos elementales cuando estamos en el colegio, y usan óxido de hierro en un compuesto de cerámica. Muchos de estos imanes de cerámica, no son particularmente fuertes. Los imanes de álnico están hechos de aluminio, níquel y cobalto.

Son más fuertes que los de cerámica, pero no tan potentes como aquellos que incorporan una clase de elementos llamados metales terrestres. Los imanes de cobalto de samario combinan el cobalto con algunos el metal terrestre samario. En recientes años, los científicos han descubierto los imanes de plástico, los cuales son flexibles y moldeables. Sin embargo, algunos solo trabajan a temperaturas muy bajas, y otros solo pueden actuar sobre materiales muy ligeros, como virutas de metal.

Fabricación de imanes

Muchos de los dispositivos electrónicos de hoy en día, requieren imanes para funcionar. Esta dependencia en los imanes es relativamente reciente, principalmente porque muchos dispositivos modernos necesitan imanes más fuertes de los que se encuentran en la naturaleza. La piedra de imán (Lodestone), es una de las formas de imán natural más potentes, y el cual puede atraer pequeños objetos como grapas y clips metálicos.

Frotando repetidamente piedra de imán por un alfiler en una dirección, magnetiza el alfiler. Se alinearía el mismo en una dirección norte-sur cuando fuera suspendido. Eventualmente, el científico William Gilbert explicó que el alineamiento norte-sur de un alfiler era debido que la tierra actúa como un enorme imán con sus polos norte y sur.

Los procesos físicos que magnetizan muchos de los imanes que existen son muy similares. Se basa en regiones microscópicas conocidas como dominios magnéticos, los cuales son parte de la estructura física de los ferro magnetos, como el hierro, el cobalto o el níquel.

Cada dominio es esencialmente un pequeño y contenido imán con un polo sur y un polo norte. En un material ferro magnetizado no imantado, cada uno de los polos apunta a una dirección aleatoria. Los dominios magnéticos que están orientados en direcciones opuestas se cancelan entre si, por lo que los materiales no producen un campo magnético.

Por otro lado, en los imanes, la mayoría de los dominios magnéticos apuntan en la misma dirección. En lugar de anularse unos a otros, los campos magnéticos microscópicos se combinan para crear un campo magnético más grande. Cuantos más dominios apuntan en la misma dirección, más fuerte será el campo. Cada dominio magnético se extiende desde su polo norte hasta el polo sur en el dominio frente a el.

Esto explica que cuando se parte un imán por la mitad, se crean dos imanes más pequeños. También explica porque los polos opuestos se atraen – los campos magnéticos dejan el polo norte de un imán y entran de forma natural por el polo sur, esencialmente creado un imán más grande. Los polos iguales se repelen porque las líneas de fuerza viajan en direcciones opuestas, enfrentándose en lugar de moverse juntos.

Como hacer un imán

Para hacer un imán, todo lo que se tiene que hacer es animar a los dominios magnéticos en un trozo de metal, para que apunten en la misma dirección. Eso es lo que pasa cuando frotas un alfiler con un imán – la exposición al campo magnético incita a que los dominios se alineen. Otras maneras de alinear dominios magnéticos en una pieza de metal incluyen: Emplazando un potente campo magnético en una dirección norte sur, sosteniéndolo en una dirección norte sur y repetidamente golpeándolo con un martillo, alineando ambos puntos, y por último, haciendo pasar una corriente eléctrica  a través de el . Dos de estos métodos están entre las teorías de los científicos, sobre como las piedras de imán se forman.

Otras teorizan sobre como piezas de magnetita se volvieron imanes cuando se formó la tierra. Los dominios se alinearon con el campo magnético de la tierra mientras que el óxido de hierro era flexible.

El método más común de hacer imanes hoy en día, es emplazar metal en un campo magnético. El campo ejerce una fuerza sobre el material, animando a que los dominios se alineen. Hay un ligero retraso, llamado histéresis, entre la aplicación del cambio y el cambio de dominios – lleva un rato que los dominios comiencen a moverse. Esto es lo ocurre:

• El dominio magnético rota, permitiendo que se alineen por las líneas norte-sur del campo magnético.
• Los dominios que ya se han alineado en dirección norte sur se vuelven más grandes, al mismo tiempo que los dominios de alrededor se vuelven más pequeños.
• Las paredes de los dominios entre los dominios vecinos, físicamente se mueven para acomodarse al crecimiento del dominio. En un campo fuerte, algunas de las paredes desaparecen completamente.

La potencia del imán resultante depende de la cantidad de fuerza usada para mover los dominios. Su permanencia depende de lo difícil que puede resultar animar a los dominios para que se alineen. Los materiales que son difíciles de magnetizar generalmente retienen su magnetismo por periodos más largos, mientras que los materiales que son fáciles de imantar normalmente vuelven a su estado no magnético.

Puedes reducir la potencia de un imán o desmagnetizarlo completamente exponiéndolo a un campo magnético que está alineado en la dirección opuesta. También se puede desmagnetizar un material calentándolo sobre su punto de curie – también llamado temperatura de curie – en el cual pierde su magnetismo. El calor distorsiona el material y excita las partículas de magneto, causando que los dominios se salgan de la alineación.