Cortar una barra magnética por la mitad no quitará sus polos. Solo producirá dos imanes, cada uno con un polo norte que será atraído por el polo sur del otro imán, y viceversa.
Es esta propiedad básica de atracción la que hace que los imanes sean útiles para tantos propósitos, desde sostener una invitación a una fiesta en el refrigerador hasta hacer imágenes médicas.
Pero, ¿cómo surgen estos polos? ¿Por qué un imán tiene un polo norte y un polo sur?
Los imanes son «uno de los misterios más profundos de la física», dijo. Greg Bobinger (Se abre en una nueva pestaña)Director del Laboratorio Nacional de Alto Campo Magnético en Tallahassee, Florida. mientras La gente ha estado usando imanes durante miles de años. (Se abre en una nueva pestaña)Los científicos todavía están aprendiendo cosas nuevas sobre cómo funcionan.
La respuesta básica a por qué los imanes tienen polos radica en el comportamiento de los electrones. Toda la materia, incluidos los imanes, está formada por átomos. en cada maízEl núcleo está rodeado por uno o más electrones cargados negativamente. Cada uno de estos electrones genera su propio pequeño campo magnético, al que los científicos se refieren como «espín». Si suficientes de estos pequeños campos magnéticos apuntan en la misma dirección, el material mismo se vuelve paramagnético.
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El «giro» de un electrón es algo así como un concepto abstracto, dijo Boebinger a WordsSideKick.com. Técnicamente, nadie ha visto nunca un espín de electrones; es demasiado pequeño para verlo con un microscopio. Pero los físicos saben que los electrones tienen un campo magnético porque lo han medido. Y una de las formas en que se puede generar este campo es si el electrón está girando. Invierta la dirección de rotación y el campo magnético se invertirá.
cuando sea posible, Los electrones se aparearán de modo que su espín se cancele. (Se abre en una nueva pestaña), lo que hace que el magnetismo neto de un átomo sea cero. Pero en algunos elementos, como el hierro, esto no puede suceder. La cantidad de electrones y la forma en que se colocan alrededor del núcleo significa que cada átomo de hierro tendrá un electrón no apareado que genera un pequeño campo magnético.
En un material no magnético, estos campos magnéticos individuales apuntan en diferentes direcciones aleatorias. En este caso, en su mayoría se cancelan entre sí, por lo que el material generalmente no es magnético. Pero bajo las condiciones adecuadas, los pequeños campos magnéticos subatómicos pueden alinearse en la misma dirección. Uno podría pensar en esto como la diferencia entre una multitud de personas caminando y todos organizándose y mirando en la misma dirección. La combinación de estos campos magnéticos muy pequeños crea un campo magnético más grande, por lo que el material se convierte en un imán.
Muchos imanes que se utilizan en la vida cotidiana, como los imanes de nevera, se conocen como imanes permanentes. En estos materiales, los campos magnéticos de muchos átomos en el material se alinearon permanentemente por una fuerza externa, como ser colocados dentro de un campo magnético más poderoso.
A menudo, este campo magnético más poderoso es generado por la electricidad. La electricidad y el magnetismo están fundamentalmente relacionados, porque los campos magnéticos son generados por el movimiento de cargas eléctricas. Es por eso que el electrón que gira contiene un campo magnético. Pero los científicos también pueden aprovechar la electricidad para crear imanes muy potentes. Paulo Veracín (Se abre en una nueva pestaña), científico sénior del Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley en California. Pasar suficiente corriente a través de una bobina de alambre genera un campo magnético muy fuerte que dura mientras fluye la corriente. Estos electroimanes se usan a menudo en la investigación física, dijo Veracin a WordsSideKick.com. También se utiliza en instrumentos médicos como las máquinas de imágenes por resonancia magnética (IRM).
La Tierra también tiene su propio campo magnético, que es lo que hace que la aguja de la brújula funcione. Los científicos han definido el polo norte de un imán como la punta que apunta al polo norte de la Tierra si el imán gira libremente. Pero técnicamente, explicó Boebinger, esto significa que el polo norte magnético de la Tierra es en realidad un polo sur magnético, ya que los polos opuestos se atraen.
En términos físicos, las líneas del campo magnético fluyen hacia afuera desde el polo norte de un imán hacia su polo sur, formando un circuito cerrado.
Los físicos también han encontrado otras disposiciones para los polos magnéticos, Incluido el cuatriciclo (Se abre en una nueva pestaña), donde un grupo de polos magnéticos norte y sur están dispuestos en un cuadrado. Un objetivo sigue siendo difícil de alcanzar, dijo Veracin: nadie ha encontrado aún un monopolio magnético.
Los electrones y los protones son unipolares: cada uno tiene una sola carga eléctrica, positiva o negativa. Pero los electrones (y otras partículas también) tienen polos magnéticos. Debido a que son partículas fundamentales, no se pueden descomponer más. Esta diferencia entre la forma en que las partículas se comportan eléctrica y magnéticamente ha intrigado a muchos físicos y, para algunos, encontrar una partícula con un solo polo magnético es el santo grial. Su descubrimiento desafiaría las leyes de la física tal como las entendemos actualmente.
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