Magnetisme

El magnetisme o energia magnètica és un fenomen natural pel qual els objectes eixercixen forçes d'atracció o repulsió sobre atres materials. Hi ha alguns materials coneguts que han segut propietats magnètiques detectables fàcilment com el níquel, ferro, cobalt i les seues aleacions que comunment es diuen imans. No obstant tots els materials estan influïts, de major o menor forma, per la presència d'un camp magnètic.

El magnetisme es dona particularment en els cables de electromatisació. Llínees de força magnètiques d'un iman de barra, produïdes per llimadures de ferro sobre paper.

El magnetisme també té atres manifestacions en física, particularment com un dels 2 components de la radiació electromagnètica, com per eixemple, la llum.

Etimologia

• Pedres «Magnesia i Magneto» (de magnesiano, magnetisme, magnetisar) del gr. magnees (terra, metal i òxit) procedents de magnesia ciutat de Tesalia.
• «Imant», del grec, adamas, adamantes (diamant, acer) de «a» (privativa, prefix de contrarietat o de negació) i damaoo (cremar). Figo. pedra dura que no es pot o no es deguera cremar, calfar, puix els grecs varen deure conéixer que la calor destruïx el magnetisme.
• Del llatí manes, -tisis, iman.
• Estes pedres eren també conegudes des d'antic com a «pedres calamites» nomenades vulgarment en Europa «yman» o «magnat, hematites siderita i heraclion».

Vore també: Magnesia del Meandre i Magnesia del Sipilos

Breu explicació del magnetisme

Cada electró és, per la seua naturalea, un chicotet iman (vore moment dipolar magnètic electrònic). Ordinàriament, innumerables electrons d'un material estan orientats aleatòreament en diferents direccions, pero en un iman casi tots els electrons tendixen a orientar-se en la mateixa direcció, creant una força magnètica gran o chicoteta depenent del número d'electrons que estiguen orientats.

Ademés del camp magnètic intrínsec de l'electró, algunes voltes cal contar també en el camp magnètic pel moviment orbital de l'electró al voltant del núcleu. Este efecte és anàlec al camp generat per una corrent elèctrica que circula per una bobina (vore dipol magnètic). De nou, en general el moviment dels electrons no dona lloc a un camp magnètic en el material, pero en certes condicions els moviments poden alinear-se i produir un camp magnètic total mesurable.

El comportament magnètic d'un material depén de l'estructura del material i, particularment, de la configuració electrònica.

Història

Els fenomens magnètics varen ser coneguts pels antics grecs. Es diu que per primera volta es varen observar en la ciutat de Magnesia del Meandre en Àsia Menor, d'ahí el terme magnetisme. Sabien que certes pedres atreen el ferro, i que els trocets de ferro atrets atreen a la seua volta a uns atres. Estes es varen denominar imans naturals.

El primer filòsof que va estudiar el fenomen del magnetisme va ser Tales de Mileto, filòsof grec que va viure entre 625 a.C. i 545 a.C. En China, la primera referencia a este fenómeno se encuentra en un manuscrito del siglo IV a. C. titulado Libro del amo del valle del diablo: «La magnetita atrae al hierro hacia sí o es atraída por este».

La primera menció sobre l'atracció d'una agulla apareix en un treball realisat entre els anys 20 i 100 de la nostra era: «La magnetita atrau a l'agulla».

El científic Shen Kua (1031-1095) va escriure sobre la brúixola d'agulla magnètica i va millorar la precisió en la navegació amprant el concepte astronòmic del nort absolut. Cap al sigle XII els chinencs ya havien desenrollat la tècnica prou com per a utilisar la brúixola per a millorar la navegació. Alexander Neckam va ser el primer europeu en conseguir desenrollar esta tècnica en l'any 1187.

Peter Peregrinus de Maricourt, va ser un estudiós francés del sigle XIII que va realisar experiments sobre magnetisme i va escriure el primer tractat existent per a les propietats dels imans. El seu treball es destaca per la primera discussió detallada d'una brúixola. El cosmògraf espanyol Martín Cortés de Albacar, format en Saragossa i en l'escola de pilots de Cadis, va descobrir i va situar el pol magnètic en Groenlandia en 1551 per als navegants espanyols i anglesos (el seu llibre va ser traduït i reimprés en Anglaterra) facilitant aixina considerablement la navegació. Galileo Galilei i el seu amic Francesco Sagredo es varen interessar en el magnetisme engastant un bon tros de roca magnètica de més de quilo i mig en un bell artilugi de fusta; la magnetita es disponia de tal manera que, a modo d'iman, atrea una bola de ferro de casi quatre quilos de pes; pero la falta d'aplicacions pràctiques i econòmiques de l'invent va desalenar més experimentació per part d'estos destacats científics italians.En 1600 el mege i físic William Gilbert va publicar en Londres la seua obra De magnete,magneticisque corporibus, et de magne magnete tellure; Physiologia noua, plurimis & argumentis, & experimentis demostrata ("Sobre l'iman i els cossos magnètics i sobre el gran iman la Terra"), per a abreviar citat com De magnete, que va establir les bases de l'estudi profunt del magnetisme consignant les característiques i tipologies dels imans i realisant tot tipo d'experiments cuidadosadament descrits. Va observar que la màxima atracció eixercida pels imans sobre els trossos de ferro es realisava sempre en les zones anomenades "pols" de l'iman. Va classificar els materials en conductorés i aïllants i va idear el primer electroscopi. Va descobrir la imantació per influència i va anar el primer en apercebre que l'imantació del ferro es pert en calfar-ho al roig. Va estudiar l'inclinament d'una agulla magnètica concloent que la Terra es comporta com un gran iman.

El coneiximent del magnetisme es va mantindre llimitat als imans fins que en l'any 1820 Hans Christian Ørsted, professor de l'Universitat de Copenhague, va descobrir que un fil conductor sobre el que circulava una corrent que eixercia un destorbament magnètic al seu entorn, que aplegava a poder moure una agulla magnètica situada en eixe entorn Molts atres experiments varen seguir en André-Marie Ampère, Carl Friedrich Gauss, Michael Faraday i uns atres que varen trobar vínculs entre el magnetisme i l'electricitat. James Clerk Maxwell va sintetisar i va explicar estes observacions en les seues equacions de Maxwell. Va unificar el magnetisme i l'electricitat en un sol camp, el electromagnetisme. En l'any 1905, Einstein va usar estes lleis per a comprovar la seua teoria de la relativitat especial, en el procés va mostrar que l'electricitat i el magnetisme estaven fonamentalment vinculades.

La física del magnetisme

Campos i forces magnètiques

Artícul principal → camp magnètic.

El fenomen del magnetisme és eixercit per un camp magnètic, per eixemple, una corrent elèctrica o un dipol magnètic crea un camp magnètic, este en girar impartix una força magnètica a atres partícules que estan en el camp.

Per a una aproximació excelent (pero ignorant alguns efectes quàntics, vejau electrodinàmica quàntica) les equacions de Maxwell (que simplifiquen la llei de Biot-Savart en el cas de corrent constant) descriuen l'orige i el comportament dels camps que governen eixes forces. Per lo tant el magnetisme s'observa sempre que partícules carregades elèctricament estan en moviment. Per eixemple, del moviment de electrons en una corrent elèctrica o en casos del moviment orbital dels electrons al voltant del núcleu atòmic. Estes també apareixen d'un dipol magnètic intrínsec que apareix dels efectes quàntics, per eixemple del spin de la mecànica quàntica.

Llei de Lorentz

La mateixa situació que crea camps magnètics (càrrega en moviment en una corrent o en un àtom i dipols magnètics intrínsecs) són també situacions en que el camp magnètic causa els seus efectes creant una força. Quan una partícula carregada es mou a través d'un camp magnètic B, s'eixercix una força F donat pel producte creu:

<math>\vec{F} = q (\vec{v} \times \vec{B})</math>

a on <math>q\,</math> és la càrrega elèctrica de la partícula, <math>\vec{v} \,</math> és el vector velocitat de la partícula i <math>\vec{B} \,</math> és el camp magnètic. Degut a que açò és un producte creu, la força és perpendicular al moviment de la partícula i al camp magnètic.

La força magnètica no realisa treball mecànic en la partícula, canvia la direcció del moviment d'esta, pero açò no causa el seu aument o disminució de la velocitat. La magnitut de la força és :<math>F = q v B sen\theta\,</math> donde <math>\theta \,</math> és el àngul entre els vectors <math>\vec{v} \,</math> y <math>\vec{B} \,</math>.

Una ferramenta per a determinar la direcció del vector velocitat d'una càrrega en moviment, és seguint la llei de la mà dreta (vore regla de la mà dreta).

El físic alemà Heinrich Lenz va formular lo que ara es denomina la llei de Lenz, esta dona una direcció de la força electromotris (fem) i la corrent resultant d'una inducció electromagnètica.

• Est artícul fon creat a partir de la traducció de l'artícul es.wikipedia.org/wiki/Magnetismo de la Wikipedia en espanyol, baix llicència Creative Commons-BY-SA.