Escuela › Magnetismo › 15–16 años
El magnetismo: dominios, electroimanes y el campo terrestre
El ferromagnetismo y los dominios, la temperatura de Curie, por qué los polos van en parejas, los electroimanes y el campo terrestre que se desplaza y se invierte. Con una investigación sobre un electroimán variando la intensidad y el número de espiras.
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Todo imán tiene un polo norte y un polo sur; los polos iguales se repelen y los distintos se atraen. Los polos magnéticos no se pueden aislar: si cortas un imán, cada trozo tiene los dos polos, hasta llegar a los átomos individuales.[1]
El hierro, el cobalto, el níquel y el gadolinio son ferromagnéticos. En su interior hay dominios, pequeñas regiones que se comportan como diminutos imanes de barra. En un trozo sin imantar, los dominios apuntan en direcciones al azar; un campo externo los alinea y los hace crecer, y calentar y enfriar, o dar golpecitos, puede fijar esa alineación. Por encima de la temperatura de Curie (1043 K para el hierro) un material ferromagnético no puede imantarse en absoluto.[2]
La corriente eléctrica produce campos magnéticos; de hecho, la carga en movimiento es el origen de todo magnetismo. Una bobina por la que pasa corriente es un electroimán: un imán temporal cuya fuerza aumenta con la intensidad de la corriente y el número de espiras, y que un núcleo de hierro refuerza mucho.[2]
La Tierra se comporta como un enorme imán de barra. Su polo magnético cercano al Polo Norte geográfico es en realidad un polo sur magnético: por eso el extremo de la brújula que busca el norte apunta hacia él. El campo se genera sobre todo en el núcleo externo fundido de hierro y níquel, donde el metal en movimiento y la rotación de la Tierra mantienen corrientes eléctricas: es la geodinamo.[1][3]
El campo no es fijo. La declinación, el ángulo entre el norte magnético y el norte geográfico, varía de un lugar a otro, y el polo norte magnético se desplaza actualmente unos 55 km al año. El campo también se ha invertido muchas veces, de forma irregular; la última inversión fue hace unos 750 000–780 000 años.[4]
La magnetosfera protege la atmósfera de la erosión del viento solar. Las auroras se producen por electrones energéticos que llueven desde ella hacia la alta atmósfera.[3]
Pruébalo: ¿De qué depende la fuerza de un electroimán?
Necesitas
- Una barra de hierro o un clavo grande como núcleo
- Cable de cobre aislado (unos 3 m)
- Una fuente de corriente continua de baja tensión (máx. 6 V) o un portapilas
- Un amperímetro y una resistencia variable (reóstato)
- Un montón de clips pequeños idénticos (o una pequeña masa de acero y un dinamómetro)
Seguridad
Solo baja tensión (máx. 6 V). Las bobinas y las resistencias se calientan: desconecta entre medidas y no dejes nunca el circuito encendido. No cortocircuites la fuente.
Qué hay que hacer
- Enrolla 20 espiras en el núcleo. Conecta la bobina, el amperímetro y el reóstato en serie con la fuente.
- Ajusta la intensidad a 0,5 A. Cuenta cuántos clips levanta el núcleo. Desconecta entre medidas.
- Repite a 1,0 A, 1,5 A y 2,0 A con 20 espiras.
- Ahora mantén la intensidad en 1,0 A y prueba 10, 20, 30 y 40 espiras.
- Representa los clips levantados frente a la intensidad y frente al número de espiras. Describe las tendencias.
- Quita el núcleo y repite una medida. Compara.
¿Qué pasa y por qué?
El campo de una bobina aumenta tanto con la intensidad como con el número de espiras, así que se levantan más clips. El núcleo de hierro se imanta con la bobina (sus dominios se alinean con el campo) y añade un campo propio mucho más fuerte; por eso el imán se debilita tanto al quitar el núcleo. Con intensidades altas el núcleo empieza a saturarse (casi todos los dominios están alineados), y la gráfica puede aplanarse.[2]
Juega: ¿Verdadero o falso?
¿La afirmación es verdadera o falsa? Usa lo que sabes sobre dominios, polos y el campo terrestre.
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Cuestionario
Otras edades: 6–7 años · 10–11 años