M A G N E T I S M O T E R R E S T R E

El magnetismo es uno de los fenómenos más particulares de nuestro querido planeta

Tierra, sobretodo considerando que la Tierra misma es un imán gigantesco. En este

artículo hablaremos sobre el magnetismo terrestre: ¿qué es? ¿cómo se comporta?

Nuestro planeta crea su propio campo magnético gracias a las corrientes eléctricas que

son creadas por el núcleo de hierro-niquel líquido, y como dijimos anteriormente la

Tierra es como un imán gigantesco con dos polos: un polo Norte y uno Sur; aunque,

como sabrán, estos polos magnéticos no están alineados con los polos geográficos. Las

diferencias son:

Polo Norte Geográfico: es definido por la latitud 90º y es el axis por el que la Tierra

hace el movimiento de rotación.

Polo Norte Magnético: este polo es donde el campo magnético de la Tierra apunta

verticalmente hacia abajo.

Polo Sur Magnético: se encuentra cercano a la costa de Adélie, en la Antártida, a

unos 2600 kilómetros del Polo Sur Geográfico

Por ejemplo, las agujas de las brújulas se guían en la dirección de las líneas de campos

magnéticos, las cuales son diferentes a las del Polo Norte Geográfico como pudimos

ver anteriormente. Algo curioso que tiene que ver con el sistema de brújulas es que la

aguja de las mismas está magnetizada con la punta norte pintada roja, y es atraída por

el polo norte magnético; por lo que si hablamos puramente de lo magnético, el polo

norte magnético es un polo sur que atrae a las agujas. Lo llamamos "polo norte"

simplemente porque está cercano al norte geográfico.

Por otro lado, el fenómeno del magnetismo terrestre también crea variadas

curiosidades que tienen que ver con nuestro planeta. Una de las más impresionantes

es la de las auroras boreales, las cuales no existirían si no fuera por las partículas del

espacio atraídas por nuestra querida y magnética Tierra.

M A T E R I A L E S M A G N É T I C O S

Los campos creados por los materiales magnéticos surgen de dos fuentes atómicas: los

momentos angulares orbitales y de espín de los electrones, que al estar en movimiento

continuo en el material experimentan fuerzas ante un campo magnético aplicado.

Por lo tanto, las características magnéticas de un material pueden cambiar por

aleación con otros elementos, donde se modifican por las interacciones atómicas. Por

ejemplo, un material no magnético como el aluminio puede comportarse como un

material magnético en materiales como alnico (aluminio-níquel-cobalto) o manganeso-

aluminio-carbono. También puede adquirir estas propiedades mediante trabajo

mecánico u otra fuente de tensiones que modifique la geometría de la red cristalina.

Materiales paramagnéticos

Los materiales paramagnéticos se caracterizan por átomos con un momento magnético

neto, que tienden a alinearse paralelo a un campo aplicado. Las características

esenciales del paramagnetismo son:

° Los materiales paramagnéticos se magnetizan débilmente en el mismo sentido que el

campo magnético aplicado. Resulta así que aparece una fuerza de atracción sobre el

cuerpo respecto del campo aplicado.

°La susceptibilidad magnética es positiva y pequeña y la permeabilidad relativa es

entonces ligeramente mayor que 1.

°La intensidad de la respuesta es muy pequeña, y los efectos son prácticamente

imposibles de detectar excepto a temperaturas extremadamente bajas o campos

aplicados muy intensos.

Materiales diamagnéticos

El diamagnetismo es un efecto universal porque se basa en la interacción entre el

campo aplicado y los electrones móviles del material.

Los materiales diamagnéticos se magnetizan débilmente en el sentido opuesto al del

campo magnético aplicado. Resulta así que aparece una fuerza de repulsión sobre el

cuerpo respecto el campo aplicado. 

Ejemplos de materiales diamagnéticos son el cobre y el helio.

Materiales ferromagnéticos

En los materiales ferromagnéticos los momentos magnéticos individuales de grandes

grupos de átomos o moléculas se mantienen lineados entre sí debido a un fuerte

acoplamiento, aún en ausencia de campo exterior. 

Los materiales ferromagnéticos se magnetizan fuertemente en el mismo sentido que el

campo magnético aplicado. Resulta así que aparece una fuerza de atracción sobre el

cuerpo respecto del campo aplicado. La susceptibilidad magnética es positiva y grande

y la permeabilidad relativa es entonces mucho mayor que 1.

Materiales ferrimagnéticos

Los materiales ferrimagnéticos son similares a los antiferromagnéticos, salvo que las

especies de átomos alternados son diferentes (por ejemplo, por la existencia de dos

subredes cristalinas entrelazadas) y tienen momentos magnéticos diferentes. Existe

entonces una magnetización neta, que puede ser en casos muy intensa.

T E O R I A D E L O S D O M I N I O S

Un dominio magnético es una región dentro de un material magnético que

tiene magnetización uniforme. Esto significa que los momentos magnéticos de

los átomos individuales están alineados uno con el otro y que apuntan en la

misma dirección. Cuando se enfría por debajo de una temperatura llamada

temperatura de Curie, la magnetización de una pieza de material

ferromagnético divide espontáneamente en muchas regiones pequeñas

llamadas dominios magnéticos. La magnetización dentro de cada dominio

apunta en una dirección uniforme, pero la magnetización de diferentes

dominios puede apuntar en diferentes direcciones. Estructura de dominio

magnético es responsable del comportamiento magnético de los materiales

ferromagnéticos como hierro, níquel, cobalto y sus aleaciones, etc ferritas,

tales como la formación de imanes permanentes. Las regiones que separan los

dominios magnéticos se llaman paredes de dominio, en donde la

magnetización gira coherentemente a partir de la dirección en un dominio a

que en el siguiente dominio. El estudio de los dominios magnéticos se llama

micromagnetics.

Teoría del dominio magnético fue desarrollado por el físico francés Pierre-Ernest Weiss quien en 1906 sugirió la existencia de los dominios magnéticos en materiales ferromagnéticos. Sugirió que gran número de momentos magnéticos atómicos estaban alineados en paralelo. La dirección de alineación varía de dominio a dominio de una manera más o menos aleatoria aunque cierta eje cristalográfico puede ser preferido por los momentos magnéticos, llamado ejes fáciles. Weiss todavía tenía que explicar el motivo de la alineación espontánea de los momentos atómicos dentro de un material ferromagnético, y se le ocurrió el llamado campo medio Weiss: se supone que un momento magnético en un material determinado experimenta un campo magnético muy alto eficaz debido a la magnetización de sus vecinos. En la teoría original de Weiss el campo media fue proporcional a la magnetización M mayor, de modo que

donde es el campo media constante. Sin embargo, esto no es aplicable a ferromagnetos debido a la variación de la magnetización de dominio a dominio. En este caso, el campo de interacción es

¿Dónde está la magnetización de saturación a 0K.

Más tarde, la teoría cuántica ha permitido entender el origen microscópico del campo Weiss. La interacción de intercambio entre los espines localizados favoreció un paralelo o un estado anti-paralela de los momentos magnéticos vecino

Estructura de dominio

¿POR QUÉ SE FORMAN DOMINIOS

La razón de una pieza de material magnético, tal como hierro divide espontáneamente en dominios separados, en lugar de existir en un estado con la magnetización en la misma dirección a través del material, es para minimizar su energía interna. Un gran región de material ferromagnético con una magnetización constante a lo largo creará un gran campo magnético que se extiende en el espacio fuera de sí mismo. Esto requiere una gran cantidad de energía magnetostática almacenada en el campo. Para reducir esta energía, la muestra se puede dividir en dos dominios, con la magnetización en direcciones opuestas en cada dominio. Las líneas de campo magnético pasan en bucles en direcciones opuestas a través de cada dominio, la reducción del campo fuera el material. Para reducir la energía del campo aún más, cada uno de estos dominios puede dividir también, lo que resulta en dominios más pequeños paralelos con magnetización en direcciones alternas, con cantidades más pequeñas de campo fuera el material.

La estructura de dominio de los materiales magnéticos reales no se forma normalmente por el proceso de grandes dominios dividir en otros más pequeños, como se describe aquí. Cuando se enfría la muestra por debajo de la temperatura de Curie, por ejemplo, aparece simplemente la configuración del dominio de equilibrio. Sin embargo, la descripción de los dominios de escisión se utiliza a menudo para revelar las ventajas y desventajas de energía en la formación de dominio.

TEORIAS SOBRE L FORMACION DEL MAGNETISMO TERRESTRE

Descubrimiento del Campo Magnético Terrestre (CMT)

William Gilbert

La capacidad de la magnetita para atraer trozos de hierro es mencionada por los Chinos cientos de años antes de Cristo. En el siglo XI ya se utilizaban brújulas para navegar. En 1600, el inglés William Gilbert publicó su famoso libro "De Magnete ". En él se consideraba la Tierra como un gigantesco imán esférico. Con Gilbert comienza la ciencia del magnetismo.

Carl F. Gauss

En 1838, el alemán Carl Friedreich Gauss publica su "Teoría general del magnetismo" y demuestra como casi todo el campo magnético observado en la superficie terrestre es originado en el interior de la tierra.

Origen del Campo Magnético Terrestre: Teoría de la dinamo.

La "Teoría de la dinamo" sostiene que el campo magnético terrestre es generado, principalmente, por corrientes eléctricas debidas al movimiento de iones de los metales fundidos en el interior de la tierra, en concreto, en una región conocida como Núcleo Externo (2900 km – 5100 km).La Tierra se comporta como un imán gigantesco con sus respectivos polos magnéticos.El campo magnético terrestre varía, en dirección e intensidad, muy lentamente con los años (variación secular). Como consecuencia de esto, los polos magnéticos van cambiando de posición.La radiación solar influye en el campo magnético terrestre provocando lavariación diurna y las tormentas magnéticas 

Líneas del campo magnético terrestre

Los componentes del Campo Magnético Terrestre.El campo magnético terrestre es una magnitud vectorial y como tal se caracteriza por su módulo, por su dirección y por su sentido. A este vector lo denominamos fuerza o intensidad total, F. Equivale a la suma vectorial de sus tres componentes cartesianas (X, Y, Z).La composición de X e Y da lugar a la componente horizontal, H.El ángulo que forma H con el eje X (dirección del Norte Geográfico) se denomina "Declinación", D.El ángulo que forma H con el eje Z se denomina "Inclinación", I.La unidad de medida de la intensidad de la fuerza F y de sus componentes se denomina Tesla (T). Esta unidad es demasiado grande para la medida del CMT. Por ello se utiliza un submúltiplo, el nanotesla, nT (1nT=10-9 Tesla).La magnitud de F es del orden de 30.000 nT en el Ecuador y 60.000 nT en los Polos, siendo su dirección prácticamente horizontal en el Ecuador y vertical en los Polos.Componentes magnéticas

D= Declinación; Y= Componente Este-Oeste; I= Inclinación; Z= Intensidad vertical; H= Intensidad horizontal; F= Intensidad total; X= Componente Norte-Sur; N= Norte geográfico; S= Sur; E= Este; W= Oeste

Nacimiento de los observatorios: la declinación en la navegación.Una brújula apunta en la dirección del Polo Norte magnético que, en la actualidad, no coincide con el Norte Geográfico (su diferencia, en grados, nos lleva a la declinación magnética).El valor de la declinación  varía lentamente con el tiempo y depende la posición en la que se mida.En la antigüedad, los marinos determinaban el rumbo observando las estrellas. Sin embargo, esto proporcionaba un control limitado solo a las horas nocturnas y siempre condicionado a que la meteorología permitiese ver las estrellas.

Brújula antigua

Un control continuo solo lo posibilitaba la brújula pero, para evitar errores en el rumbo, era necesario el uso de cartas actualizadas con los valores de la declinación para cada región del océano. En la actualidad, este método se utilizaría caso de fallo de los modernos sistemas electrónicos de navegación.

I N D U C C I O N M A G N E T I C A

Cuando movemos un imán permanente por el interior de una bobina solenoide formada por un enrollado de alambre de cobre con núcleo de aire, el campo magnético del imán provoca en las espiras del alambre la aparición de una fuerza electromotriz (FEM) o flujo de corriente de electrones. Este fenómeno se conoce como “inducción magnética”. La existencia de ese flujo de electrones o corriente eléctrica circulando por las espiras del alambre se puede comprobar instalando un galvanómetro (G) en el circuito de la bobina solenoide, tal como se muestra a continuación.

Cuando movemos un imán permanente por el interior de las espiras de alambre de cobre de una bobina.solenoide, se induce una fuerza electromotriz (FEM) o flujo de corriente eléctrica producida por el campo.magnético que movemos manualmente. Por medio de un instrumento denominado galvanómetro (G).conectado al circuito de la bobina solenoide, se puede comprobar la existencia de esa fuerza.electromotriz o corriente eléctrica circulando por las espiras del alambre de cobre. El galvanómetro.constituye un instrumento destinado a medir corrientes eléctricas de muy poca tensión e intensidad.

En la ilustración de la izquierda se puede apreciar que al introducir un imán permanente por el interior de la bobina solenoide (A), con el polo norte (N) hacia abajo, la aguja del galvanómetro (G) se desvía hacía la derecha. Pero si invertimos la polaridad del imán e introducimos su polo sur dentro de las espiras de la bobina, tal como se puede observar en la parte derecha de la misma ilustración, veremos que la aguja se desvía hacia el lado contrario, debido a que el sentido del movimiento del flujo de electrones por el alambre de cobre cambia al invertirse la polaridad del imán.

Si dejamos de mover el imán no se producirá inducción magnética alguna y la aguja del galvanómetro se detiene en “0”, indicando que tampoco hay flujo de corriente. Eso demuestra que para que exista inducción magnética y se genere una fuerza electromotriz (FEM) o corriente eléctrica en el enrollado de una bobina, no sólo se precisa la existencia de un campo magnético, sino que éste se encuentre en movimiento, para lo cual será necesario que el imán se desplace continuamente por el interior del enrollado de la bobina.

Si a continuación sustituimos el galvanómetro en el circuito de la bobina (A) e instalamos en su lugar otra bobina solenoide (B) y movemos de nuevo el imán por el interior de (A), se creará un campo “electromagnético” en (B), provocado por la corriente eléctrica que fluye ahora por las espiras de esa segunda bobina.

La generación de la corriente eléctrica o fuerza electromotriz que se produce.por “inducción magnética” cuando movemos un imán por el interior de la.bobina solenoide (A), provoca la circulación de corriente eléctrica por la.bobina (B) y la aparición a su alrededor de un “campo electromagnético”.durante todo el tiempo que mantengamos moviendo el imán por el interior de.la bobina (A).

B O B I N A Y S O L E N O I D E

El principio basico es el mismo

imaginate un vehiculo que fucione con un solenoide en lugar de una bobina,de donde

sacaria el alto voltaje un solenoide para alimentar la chispa en las bujias.... 

Ahora por otro lado, imaginate una bobina tratando de funcionar como switch de

apertura de una cajuela..... 

creo que es muy obvio.... 

la bobina es cualquier deba-nado (enrollado por así decirlo) de un conductor de cobre

(cable) lateralmente aislado. y que en algunos casos por medio de componentes

electronicos (un campo de diodos por ejemplo )te puede generar pulsos de alto voltaje

(citando como ejemplo una bobina para uso automotriz). 

ahora un solenoide se refiere a un tipo en particular de enrollar un cable (este puede

ser bobinado o no) 

otra diferencia seria que al colocar un nucleo de hierro en la parte interna del enrollado

la fuerza electromagnetica genera un movimiento electromecánico... un claro ejemplo

son como te lo mancione anteriormente un solenoide para apertura de puertas o

cajuelas, valvulas industriales para control de paso de fluidos o gases,las cuales son

operadas a distancia por medio de pulsos electricos. 

De modo que en teoría el principio basico de la bobina y el solenoide son basicamente

iguales, ambas funcionan por medio de un enrollado de cobre pero con elementos

adicionales funcionan de diferente manera el solenoide con el nucleo de hierro para

movimientos ELECTROMECANICOS. 

y la bobina por medio de un campo de diodos para generar pulso magneticos de alto

voltaje.. espero te halla servido..

T R A N S F O R M A D O R

Se denomina transformador a un dispositivo eléctrico que permite aumentar o

disminuir la tensión en un circuito eléctrico de corriente alterna, manteniendo

la potencia. La potencia que ingresa al equipo, en el caso de un transformador ideal

(esto es, sin pérdidas), es igual a la que se obtiene a la salida. Las máquinas reales

presentan un pequeño porcentaje de pérdidas, dependiendo de su diseño y tamaño,

entre otros factores.

El transformador es un dispositivo que convierte la energía eléctrica alterna de un

cierto nivel de tensión, en energía alterna de otro nivel de tensión, basándose en el

fenómeno de la inducción electromagnética. Está constituido por dos o más bobinas de

material conductor, devanadas sobre un núcleo cerrado de material ferromagnético,

pero aisladas entre sí eléctricamente. La única conexión entre las bobinas la constituye

el flujo magnético común que se establece en el núcleo. El núcleo, generalmente, es

fabricado bien sea de hierro o de láminas apiladas de acero eléctrico, aleación

apropiada para optimizar el flujo magnético. Las bobinas o devanados se

denominan primario y secundario según correspondan a la entrada o salida del sistema

en cuestión, respectivamente. También existen transformadores con más devanados;

en este caso, puede existir un devanado "terciario", de menor tensión que el

secundario.

Símbolo electrónico

Transformador