Magnetic: A Complete Guide to Magnetic Force and Fields

O magnetismo é unha clase de fenómenos físicos que están mediados por campos magnéticos. As correntes eléctricas e os momentos magnéticos fundamentais das partículas elementais orixinan un campo magnético, que actúa sobre outras correntes e momentos magnéticos.

Todos os materiais están influenciados en certa medida por un campo magnético. O efecto máis familiar é sobre os imáns permanentes, que teñen momentos magnéticos persistentes causados ​​polo ferromagnetismo.

O poder da forza magnética

A forza magnética é a forza que se exerce sobre unha partícula cargada que se move nun campo magnético. É unha forza que é perpendicular á velocidade da partícula cargada e ao campo magnético. Esta forza descríbese pola ecuación da forza de Lorentz, que indica que a forza (F) que actúa sobre unha carga (q) que se move cunha velocidade (v) nun campo magnético (B) vén dada pola ecuación F = qvBsinθ, onde θ é o ángulo entre a velocidade da carga e o campo magnético.

Como se relaciona a forza magnética coa corrente eléctrica?

A forza magnética está moi relacionada coa corrente eléctrica. Cando unha corrente eléctrica atravesa un fío, crea un campo magnético arredor do fío. Este campo magnético pode exercer unha forza sobre outros obxectos na súa presenza. A magnitude e a dirección da forza dependen da forza e da dirección do campo magnético.

Que materiais están influenciados pola forza magnética?

A forza magnética pode influír nun gran número de materiais, incluíndo:

• Materiais magnéticos como ferro, aceiro e níquel
• Materiais condutores como cobre e aluminio
• Electróns móbiles nun condutor
• Partículas cargadas nun plasma

Exemplos de forza magnética en acción

Algúns exemplos de forza magnética en acción inclúen:

• Imáns que se atraen ou se repelen
• Adhesivos que se pegan á neveira ou á porta porque están provistos dun imán
• Unha vara de aceiro que se tira cara a un imán forte
• Un fío que transporta unha corrente eléctrica que se desvía nun campo magnético
• O movemento constante da agulla dunha brúxula debido ao campo magnético terrestre

Como se describe a forza magnética?

A forza magnética descríbese usando unidades de newtons (N) e teslas (T). O tesla é a unidade de intensidade do campo magnético, e defínese como a forza que actúa sobre un fío que transporta unha corrente dun amperio colocado nun campo magnético uniforme dun tesla. A forza magnética que actúa sobre un obxecto é igual ao produto da intensidade do campo magnético e a carga do obxecto.

Que tipo de campos están relacionados coa forza magnética?

A forza magnética está relacionada cos campos electromagnéticos. Un campo electromagnético é un tipo de campo que se crea pola presenza de cargas e correntes eléctricas. O campo magnético é un compoñente do campo electromagnético, e créase polo movemento de cargas eléctricas.

Todos os obxectos experimentan forza magnética?

Non todos os obxectos experimentan forza magnética. Só os obxectos que teñan unha carga neta ou que levan corrente eléctrica experimentarán forza magnética. Os obxectos que non teñen carga neta e non transportan corrente eléctrica non experimentarán forza magnética.

Cal é a relación entre a forza magnética e as superficies condutoras?

Cando se coloca unha superficie condutora nun campo magnético, os electróns da superficie experimentarán unha forza debida ao campo magnético. Esta forza fará que os electróns se movan, o que creará unha corrente na superficie. A corrente, á súa vez, creará un campo magnético que interactuará co campo magnético orixinal, facendo que a superficie experimente unha forza.

Cal é a relación entre a forza magnética e a magnitude da velocidade dun obxecto?

A forza magnética que actúa sobre un obxecto é proporcional á magnitude da velocidade do obxecto. Canto máis rápido se mova un obxecto, máis forte será a forza magnética.

A fascinante historia dos imáns

• A palabra "imán" provén da palabra latina "magnes", que fai referencia a un tipo especial de rocha atopada en Turquía no monte Ida.
• Os antigos chineses descubriron os lodestones, que son imáns naturais feitos de óxido de ferro, hai máis de 2,000 anos.
• O científico inglés William Gilbert confirmou observacións anteriores sobre as propiedades dos imáns a finais do século XVI, incluída a existencia de polos magnéticos.
• O científico holandés Christian Oersted descubriu a relación entre electricidade e magnetismo en 1820.
• O físico francés Andre Ampere ampliou o traballo de Oersted, estudando a relación entre electricidade e magnetismo e desenvolvendo o concepto de campo magnético.

Desenvolvemento de imáns permanentes

• Nos primeiros anos do magnetismo, os investigadores estaban interesados ​​en producir imáns máis fortes e poderosos.
• Na década de 1930, os investigadores de Sumitomo desenvolveron unha aliaxe de ferro, aluminio e níquel que producía un imán cunha densidade de enerxía máis alta que calquera material anterior.
• Na década de 1980, investigadores da Academia de Ciencias de Moscova introduciron un novo tipo de imán feito dun composto de neodimio, ferro e boro (NdFeB), que é o imán máis forte tecnoloxicamente dispoñible na actualidade.
• Os imáns modernos poden producir campos magnéticos con intensidades de ata 52 mega-Gauss-oersteds (MGOe), o que é enorme en comparación cos 0.5 MGOe producidos polos lodestones.

O papel dos imáns na produción de enerxía

• Os imáns xogan un papel crucial na xeración de electricidade, especialmente na produción de enerxía a partir de aeroxeradores e presas hidroeléctricas.
• Os imáns tamén se usan nos motores eléctricos, que se atopan en todo, desde coches ata electrodomésticos.
• O interese polos imáns xorde da súa capacidade para producir un campo magnético, que se pode utilizar para xerar enerxía eléctrica.

O futuro dos imáns

• Os científicos están estudando novos materiais e desenvolvementos no magnetismo, incluíndo o uso de metais e aliaxes de terras raras.
• O neoimán é un novo tipo de imán que é máis forte que calquera imán anterior e ten o potencial de revolucionar o campo do magnetismo.
• A medida que a nosa comprensión dos imáns siga ampliando, estes desempeñarán un papel cada vez máis importante nas sociedades tecnoloxicamente avanzadas.

Explorando o fascinante mundo do magnetismo

O magnetismo é unha propiedade que posúen certos materiais, que lles permite atraer ou repeler outros materiais. Os tipos de magnetismo inclúen:

• Diamagnetismo: este tipo de magnetismo está presente en todos os materiais e é causado polo movemento dos electróns no material. Cando un material se coloca nun campo magnético, os electróns do material producirán unha corrente eléctrica que se opón ao campo magnético. Isto dá lugar a un feble efecto de repulsión, que normalmente non se nota.

• Paramagnetismo: este tipo de magnetismo tamén está presente en todos os materiais, pero é moito máis débil que o diamagnetismo. Nos materiais paramagnéticos, os momentos magnéticos dos electróns non están aliñados, pero poden estar aliñados por un campo magnético externo. Isto fai que o material sexa débilmente atraído polo campo magnético.

• Ferromagnetismo: este tipo de magnetismo é o máis familiar e é o que a maioría da xente pensa cando escoita a palabra "imán". Os materiais ferromagnéticos son moi atraídos polos imáns e poden manter as súas propiedades magnéticas mesmo despois de que se elimine o campo magnético externo. Isto débese a que os momentos magnéticos dos electróns do material están aliñados na mesma dirección, producindo un campo magnético forte.

A ciencia detrás do magnetismo

O magnetismo prodúcese polo movemento de cargas eléctricas, como os electróns, nun material. O campo magnético producido por estas cargas pódese describir como un conxunto de liñas que forman un campo magnético. A intensidade do campo magnético varía dependendo do número de cargas presentes e do grao en que están aliñadas.

A estrutura dun material tamén xoga un papel nas súas propiedades magnéticas. Nos materiais ferromagnéticos, por exemplo, os momentos magnéticos das moléculas están aliñados na mesma dirección, producindo un campo magnético forte. Nos materiais diamagnéticos, os momentos magnéticos están orientados aleatoriamente, o que resulta nun efecto de repulsión débil.

A importancia de comprender o magnetismo

O magnetismo é unha propiedade importante da materia que ten moitas aplicacións prácticas. Algunhas das formas en que se usa o magnetismo inclúen:

• Motores e xeradores eléctricos: estes dispositivos utilizan campos magnéticos para producir movemento ou xerar electricidade.

• Almacenamento magnético: os campos magnéticos úsanse para almacenar datos en discos duros e outros tipos de medios de almacenamento magnéticos.

• Imaxe médica: a resonancia magnética (MRI) utiliza campos magnéticos para producir imaxes detalladas do corpo.

• Levitación magnética: os campos magnéticos pódense usar para levitar obxectos, o que ten aplicacións no transporte e na fabricación.

Comprender o magnetismo tamén é importante para os científicos e enxeñeiros que traballan con materiais. Ao comprender as propiedades magnéticas dun material, poden deseñar materiais con propiedades magnéticas específicas para diferentes aplicacións.

Exploración dos campos magnéticos nos materiais

A intensidade dun campo magnético defínese en unidades de amperios por metro (A/m). A intensidade do campo magnético está relacionada coa densidade do fluxo magnético, que é o número de liñas de campo magnético que pasan por unha determinada área. A dirección do campo magnético está definida por un vector, que apunta na dirección da forza magnética sobre unha carga positiva que se move no campo.

O papel dos condutores nos campos magnéticos

Os materiais que conducen a electricidade, como o cobre ou o aluminio, poden verse afectados polos campos magnéticos. Cando unha corrente eléctrica circula por un condutor, prodúcese un campo magnético que é perpendicular á dirección do fluxo de corrente. Isto coñécese como regra da man dereita, onde o polgar apunta na dirección do fluxo de corrente e os dedos se enroscan na dirección do campo magnético.

Os tipos específicos de materiais magnéticos

Hai dous tipos específicos de materiais magnéticos: ferromagnéticos e paramagnéticos. Os materiais ferromagnéticos, como o ferro, o níquel e o cobalto, teñen un campo magnético forte e poden ser magnetizados. Os materiais paramagnéticos, como o aluminio e o platino, teñen un campo magnético débil e non se magnetizan facilmente.

O electroimán: un poderoso dispositivo impulsado pola electricidade

Un electroimán é un tipo de imán que se crea facendo pasar unha corrente eléctrica a través dun cable. O fío adoita estar envolto arredor dun núcleo feito de ferro ou outro material magnético. O principio detrás dun electroimán é que cando unha corrente eléctrica flúe a través dun fío, crea un campo magnético ao redor do fío. Ao envolver o fío nunha bobina, o campo magnético é reforzado e o imán resultante é moito máis forte que un imán permanente normal.

Como se controlan os electroimáns?

A forza dun electroimán pódese controlar facilmente cambiando a cantidade de corrente eléctrica que o atravesa. Ao aumentar ou diminuír a cantidade de corrente, o campo magnético pódese debilitar ou fortalecer. Os polos dun electroimán poden incluso invertirse invertendo o fluxo de electricidade. Isto fai que os electroimáns sexan moi útiles nunha ampla gama de aplicacións.

Cales son algúns experimentos divertidos con electroimáns?

Se che interesa a ciencia detrás dos electroimáns, hai moitos experimentos divertidos que podes probar na casa. Aquí tes algunhas ideas:

• Crea un electroimán sinxelo envolvendo un fío arredor dun cravo e conectándoo a unha batería. Mira cantos clips podes coller co teu electroimán.
• Construír un motor sinxelo utilizando un electroimán e unha batería. Ao cambiar a polaridade da batería, podes facer que o motor xire na dirección oposta.
• Usa un electroimán para crear un xerador sinxelo. Ao xirar unha bobina de fío dentro dun campo magnético, pode xerar unha pequena cantidade de electricidade.

En xeral, a existencia de electroimáns debe a súa utilidade a que se pode controlar facilmente pola electricidade, polo que é un compoñente vital en moitos dispositivos e aplicacións.

Dipolos magnéticos: os bloques de construción do magnetismo

Os dipolos magnéticos son os bloques básicos do magnetismo. Son a unidade máis pequena do magnetismo e están compostos por pequenos imáns chamados electróns. Estes electróns están presentes nas moléculas dun material e teñen a capacidade de crear un campo magnético. Un dipolo magnético é simplemente un bucle de corrente que está composto por cargas positivas e negativas.

A función dos dipolos magnéticos

Os dipolos magnéticos xogan un papel activo na estrutura e función de moitos compostos. Adoitan estar presentes no fío e circuíto típicos, e a súa presenza está directamente relacionada coa intensidade do campo magnético. A intensidade do campo magnético vén dada pola área do bucle e a corrente que circula por el.

A importancia dos dipolos magnéticos na ciencia médica

Os dipolos magnéticos teñen moita importancia na ciencia médica. Utilízanse para crear pequenos imáns que se poden usar para diagnosticar e tratar varias condicións médicas. O uso de dipolos magnéticos na ciencia médica chámase imaxe de resonancia magnética (MRI). A resonancia magnética é unha técnica médica sólida e segura que utiliza dipolos magnéticos para crear imaxes do interior do corpo.

Conclusión

Entón, magnético significa algo que atrae ou repele un imán. É unha forza que está relacionada coa electricidade e o magnetismo. Podes usalo para gardar cousas nunha neveira ou facer unha brúxula apuntando cara ao norte. Entón, non teñas medo de usalo! Non é tan complicado como parece. Só lembra as regras e estarás ben.

Son Joost Nusselder, o fundador de Tools Doctor, comerciante de contidos e pai. Encántame probar equipos novos e, xunto co meu equipo, estou creando artigos de blog en profundidade desde 2016 para axudar aos lectores fieis con ferramentas e consellos de elaboración.