La imantación o imanación es una cantidad vectorial que también se conoce como vector intensidad de magnetización. Se denota como M y se define como el momento magnético m por unidad de volumen V. Matemáticamente se expresa del siguiente modo:
M = dm / dV
Las unidades de M en el Sistema Internacional de Unidades SI son ampere/metro, las mismas que las del campo magnético H. La notación en letra negrita es para señalar que se trata de vectores y no de escalares.
Ahora bien, el momento magnético de un material o sustancia es la manifestación del movimiento de las cargas eléctricas en el interior átomo, fundamentalmente el del electrón.
En principio, el electrón dentro del átomo puede imaginarse como un diminuto circuito cerrado de corriente, mientras describe una órbita circular alrededor del núcleo. En realidad el electrón no se comporta de esta forma de acuerdo al modelo mecano-cuántico del átomo, pero coincide con este en cuanto se refiere al efecto magnético.
Además, el electrón posee un efecto espín, análogo a una rotación sobre sí mismo. Este segundo movimiento produce una contribución aún más importante al magnetismo total del átomo.
Cuando un material se coloca dentro de un campo magnético externo, los momentos magnéticos de ambas contribuciones se alinean y crean un campo magnético en el interior del material.
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Métodos de imantación
Imantar un material significa conferirle propiedades magnéticas, ya sea de forma temporal o definitivamente. Pero el material debe responder adecuadamente al magnetismo para que esto suceda, y no todos los materiales lo hacen.
En función de sus propiedades magnéticas y la respuesta que tienen ante un campo magnético externo como el de un imán, los materiales se clasifican en tres grandes grupos:
-Diamagnéticos
-Paramagnéticos
-Ferromagnéticos
Todos los materiales son diamagnéticos, cuya respuesta consiste en una débil repulsión cuando se colocan en medio de un campo magnético externo.
Por su parte el paramagnetismo es propio de algunas sustancias, que experimentan una atracción no muy intensa ante un campo externo.
Sin embargo los materiales ferromagnéticos son los que tienen la respuesta magnética más intensa de entre todos. La magnetita es un óxido de hierro que es un imán natural conocido desde la antigua Grecia.
Los métodos de imantación que se describirán a continuación hacen uso de materiales con buena respuesta magnética para lograr los efectos deseados. Pero a nivel de nanopartículas, es posible incluso imantar el oro, un metal que habitualmente no tiene una notable respuesta magnética.
¿Cómo magnetizar un objeto ferromagnético?
Salvo que el material sea un imán natural, como un trozo de magnetita, en general se encuentra desimanado o desimantado. Esto da lugar a otra clasificación de los materiales magnéticos:
–Duros, que son los imanes permanentes.
–Blandos o dulces, que si bien no son imanes permanentes, tienen buena respuesta magnética.
–Semiduros, poseedores de propiedades intermedias entre los anteriores.
La respuesta magnética de los materiales ferromagnéticos se debe a que en su interior se disponen los dominios magnéticos, regiones con vectores de magnetización dispuestos al azar.
Esto da como resultado que los vectores de magnetización se cancelen y la magnetización neta sea nula. Por tal motivo, para crear una imantación, es preciso que los vectores de imantación queden alineados, ya sea en forma permanente o al menos durante un tiempo. De esta forma el material queda magnetizado.
Hay varias formas de lograr esto, por ejemplo mediante imantación por inducción, contacto, frotación, enfriamiento y hasta golpeando al objeto, tal como se detalla seguidamente.
Ejemplos
El método de imantación seleccionado depende del material y de los objetivos del procedimiento.
Los imanes artificiales se pueden crear para una gran variedad de funciones. En la actualidad los imanes se magnetizan a nivel industrial, siguiendo un proceso muy cuidadoso.
Imantación por inducción
Mediante este método, el material a magnetizar se coloca en medio de un campo magnético intenso, como el de un electroimán potente. De esta manera los dominios y sus respectivas magnetizaciones se alinean inmediatamente con el campo externo. Y el resultado es que el material queda magnetizado.
Dependiendo del material, este puede retener la magnetización así obtenida de modo permanente, o puede perderla en cuanto el campo externo desaparezca.
Magnetización por frotamiento
Este método requiere del frotamiento de un extremo del material a magnetizar con el polo de un imán. Debe hacerse en una misma dirección, para que de esta manera el área frotada adquiera la polaridad contraria.
Así se crea un efecto magnético, de tal forma que en el otro extremo del material, se crea un polo magnético contrario, dando como resultado que la sustancia quede imantada.
Imantación por contacto
En la imantación por contacto, el objeto a magnetizar debe ponerse en contacto directo con el imán, para que adquiera la magnetización de éste. La alineación de los dominios en el objeto a magnetizar se produce como un efecto cascada, llegado del extremo en contacto al otro extremo rápidamente.
Un ejemplo típico de la magnetización por contacto es adherir un clip a imán permanente, y este quedará magnetizado, atrayendo a otros clips hasta formar una cadena. También funciona con monedas de níquel, clavos y pedacitos de hierro.
Pero una vez que se retira el primer clip, clavo o moneda del imán, la imantación de los demás desaparece, a menos que se trate de un imán verdaderamente potente, capaz de producir una imantación permanente.
Método eléctrico para imantar
El material a imantar se envuelve en alambre conductor por el cual se hace pasar una corriente eléctrica. La corriente eléctrica no es otra cosa que carga en movimiento que produce un campo magnético. Este campo se encarga de imantar al material colocado en su interior y el efecto es el de aumentar enormemente el campo resultante.
Los imanes así creados pueden activarse y desactivarse a voluntad, con solo desconectar el circuito, además de que la potencia del imán se puede modificar haciendo pasar más o menos corriente. Se les denomina electroimanes y con ellos se pueden mover fácilmente objetos pesados o separar materiales magnéticos de no magnéticos.
Imantación por un golpe
Se puede imantar una barra de hierro o incluso un archivero de metal al golpearlo en el interior de en un campo magnético. En algunas localidades, el campo magnético terrestre es lo bastante intenso como para lograr este efecto. Una barra de hierro que se golpee contra el piso verticalmente, puede quedar magnetizada gracias a que el campo magnético de la Tierra tiene una componente vertical.
La imantación se comprueba con una brújula que se coloca en la parte superior de la barra. Para un archivero es suficiente con abrir y cerrar los cajones con suficiente decisión.
Un golpe también puede desimantar un imán, ya que destruye el orden de los dominios magnéticos en el interior del material. El calor también tiene el mismo efecto.
Magnetización por enfriamiento
Hay sustancias como las lavas basálticas en el interior de la Tierra, que al enfriarse en presencia de un campo magnético, retienen la magnetización de dicho campo. Examinando este tipo de sustancias se encuentra evidencia de que el campo magnético terrestre ha cambiado su orientación desde que la Tierra se creó.
Referencias
- Figueroa, D. (2005). Serie: Física para Ciencias e Ingeniería. Volumen 6. Electromagnetismo. Editado por Douglas Figueroa (USB).
- Hewitt, Paul. 2012. Conceptual Physical Science. 5th. Ed. Pearson.
- Kirkpatrick, L. 2007. Física: Una mirada al mundo. 6ta Edición abreviada. Cengage Learning
- Luna, M. ¿Sabías que el oro puede ser un imán? Recuperado de: elmundo.es.
- Tillery, B. 2012. Physical Science. McGraw Hill.