Los imanes parecen misteriosos. Las fuerzas invisibles juntan los materiales magnéticos o, con la solapa de un imán, los separan. Cuanto más fuertes son los imanes, más fuerte es la atracción o repulsión. y, por supuesto, la tierra misma es un imán. Mientras que algunos imanes están hechos de acero, existen otros tipos de imanes.
definiendo imanes y magnetismo
Cualquier objeto que produce un campo magnético e interactúa con otros campos magnéticos es un imán. los imanes tienen un extremo o polo positivo y un extremo o polo negativo. las líneas del campo magnético se mueven desde el polo positivo (también llamado polo norte) al polo negativo (sur). El magnetismo se refiere a la interacción entre dos imanes. los opuestos se atraen, por lo que el polo positivo de un imán y el polo negativo de otro imán se atraen entre sí.
tipos de imanes
Existen tres tipos generales de imanes: imanes permanentes, imanes temporales y electroimanes. Los imanes permanentes conservan su calidad magnética durante largos períodos de tiempo. Los imanes temporales pierden su magnetismo rápidamente. Los electroimanes utilizan corriente eléctrica para generar un campo magnético.
magnetos permanentes
Los imanes permanentes mantienen sus propiedades magnéticas durante largos períodos de tiempo. los cambios en los imanes permanentes dependen de la fuerza del imán y de la composición del imán. los cambios generalmente ocurren debido a cambios en la temperatura (generalmente aumentando la temperatura). los imanes calentados a su temperatura curada pierden permanentemente su propiedad magnética porque los átomos se desplazan fuera de la configuración que causa el efecto magnético. La temperatura de curie, llamada así por el descubridor pierre curie, varía según el material magnético.
La magnetita, un imán permanente de origen natural, es un imán débil. Los imanes permanentes más fuertes son los imanes alnico, neodimio hierro boro, samario-cobalto y cerámica o ferrita. todos estos imanes cumplen con los requisitos de la definición de imán permanente.
magnetita
La magnetita, también llamada piedra imán, proporcionó agujas de brújula de exploradores que van desde cazadores de jade chinos hasta viajeros del mundo. El mineral magnetita se forma cuando el hierro se calienta en una atmósfera con poco oxígeno, dando como resultado el compuesto de óxido de hierro fe 3 o 4 . Las astillas de magnetita sirven de compás. Las brújulas se remontan a aproximadamente 250 aC en China, donde se les llamaba punteros del sur.
imanes de aleación alnico
los imanes alnico son imanes de uso común hechos de un compuesto de 35 por ciento de aluminio (al), 35 por ciento de níquel (ni) y 15 por ciento de cobalto (co) con 7 por ciento de aluminio (al), 4 por ciento de cobre (cu) y 4 por ciento de titanio ( ti). estos imanes se desarrollaron en la década de 1930 y se hicieron populares en la década de 1940. la temperatura tiene menos efecto en los imanes alnico que otros imanes creados artificialmente. sin embargo, los imanes alnico se pueden desmagnetizar más fácilmente, por lo que los imanes de barra y herradura alnico deben almacenarse correctamente para que no se desmagneticen.
Los imanes alnico se utilizan de muchas maneras, especialmente en sistemas de audio como altavoces y micrófonos. Las ventajas de los imanes alnico incluyen alta resistencia a la corrosión, alta resistencia física (no se rompen, rompen o rompen fácilmente) y alta resistencia a la temperatura (hasta 540 grados centígrados). Las desventajas incluyen un tirón magnético más débil que otros imanes artificiales.
imanes de cerámica (ferrita)
En la década de 1950 se desarrolló un nuevo grupo de imanes. Las ferritas hexagonales duras, también llamadas imanes de cerámica, pueden cortarse en rebanadas más finas y exponerse a campos desmagnetizadores de bajo nivel sin perder sus propiedades magnéticas. También son baratos de hacer. La estructura de ferrita hexagonal molecular se produce tanto en óxido de bario aleado con óxido de hierro (bao ∙ 6fe 2 o 3 )y óxido de estroncio aleado con óxido de hierro (sro fe 6fe 2 o 3 ). La ferrita de estroncio (SR) tiene propiedades magnéticas ligeramente mejores. Los imanes permanentes más utilizados son los imanes de ferrita (cerámica). Además del costo, las ventajas de los imanes cerámicos incluyen tener una buena resistencia a la desmagnetización y una alta resistencia a la corrosión. Sin embargo, son quebradizas y se rompen fácilmente.
Imanes de samario-cobalto
Los imanes de samario-cobalto se desarrollaron en 1967. Estos imanes, con una composición molecular de smco 5 , se convirtieron en los primeros imanes permanentes comerciales de tierras raras y metales de transición. en 1976 se desarrolló una aleación de samario cobalto con oligoelementos (hierro, cobre y circón), con una estructura molecular de sm 2 (co, fe, cu, zr) 17 . estos imanes tienen un gran potencial de uso en aplicaciones de temperaturas más altas, hasta aproximadamente 500 c, pero el alto costo de los materiales limita el uso de este tipo de imán. El samario es raro incluso entre los elementos de las tierras raras, y el cobalto se clasifica como un metal estratégico, por lo que los suministros se controlan.
Los imanes de samario-cobalto funcionan bien en condiciones húmedas. Otras ventajas incluyen alta resistencia al calor, resistencia a bajas temperaturas (-273 c) y alta resistencia a la corrosión. Como los imanes de cerámica, sin embargo, los imanes de samario-cobalto son frágiles. Son, como se dijo, más caros.
imanes de boro de hierro de neodimio
Los imanes de neodimio hierro boro (ndfeb o plumín) se inventaron en 1983. Estos imanes contienen 70 por ciento de hierro, 5 por ciento de boro y 25 por ciento de neodimio, un elemento de tierras raras. Los imanes de plumilla se corroen rápidamente, por lo que reciben un recubrimiento protector, generalmente níquel, durante el proceso de producción. Se pueden usar recubrimientos de aluminio, zinc o resina epoxi en lugar de níquel.
Si bien los imanes de punta son los imanes permanentes más fuertes que se conocen, también tienen la temperatura más baja, aproximadamente 350 c (algunas fuentes dicen que tan bajo como 80 c), de otros imanes permanentes. Esta baja temperatura curie limita su uso industrial. Los imanes de neodimio y hierro boro se han convertido en una parte esencial de la electrónica doméstica, incluidos los teléfonos celulares y las computadoras. Los imanes de neodimio y boro de hierro también se utilizan en las máquinas de imágenes de resonancia magnética (IRM).
Las ventajas de los imanes de plumilla incluyen una relación potencia-peso (hasta 1.300 veces), alta resistencia a la desmagnetización a temperaturas cómodas para el hombre y rentabilidad. las desventajas incluyen la pérdida de magnetismo a temperaturas de curie más bajas, baja resistencia a la corrosión (si la placa está dañada) y fragilidad (puede romperse, agrietarse o astillarse en colisiones repentinas con otros imanes o metales) (vea los recursos para frutas magnéticas, una actividad que utiliza imanes de punta) .)
imanes temporales
Los imanes temporales consisten en lo que se llaman materiales de hierro blando. hierro blando significa que los átomos y los electrones pueden alinearse dentro del hierro, comportándose como un imán durante un tiempo. La lista de metales magnéticos incluye clavos, clips y otros materiales que contienen hierro. los imanes temporales se convierten en imanes cuando se exponen o se colocan dentro de un campo magnético. por ejemplo, una aguja frotada por un imán se convierte en un imán temporal porque el imán hace que los electrones se alineen dentro de la aguja. Si el campo magnético o la exposición al imán es lo suficientemente fuerte, los hierros blandos pueden convertirse en imanes permanentes, al menos hasta que el calor, el impacto o el tiempo provoquen que los átomos pierdan su alineación.
electroimanes
El tercer tipo de imán ocurre cuando la electricidad pasa a través de un cable. envolver el cable alrededor de un núcleo de hierro suave amplifica la fuerza del campo magnético. aumentando la electricidad aumenta la fuerza del campo magnético. Cuando la electricidad fluye a través del cable, el imán funciona. Detiene el flujo de electrones y colapsa el campo magnético. (ver recursos para una simulación de electromagnetismo phet.)
el imán más grande del mundo
El imán más grande del mundo es, de hecho, la tierra. El núcleo interno sólido de hierro-níquel de la Tierra que gira en el núcleo externo de hierro-níquel líquido se comporta como una dinamo, generando un campo magnético. el débil campo magnético actúa como una barra imantada inclinada a aproximadamente 11 grados desde el eje de la tierra. El extremo norte de este campo magnético es el polo sur de la barra magnética. dado que los campos magnéticos opuestos se atraen entre sí, el extremo norte de una brújula magnética apunta al extremo sur del campo magnético terrestre ubicado cerca del polo norte (para decirlo de otra manera, el polo magnético sur de la tierra está ubicado cerca del polo norte geográfico , aunque a menudo verá ese polo magnético sur etiquetado como el polo magnético norte).
El campo magnético de la tierra genera la magnetosfera que rodea la tierra. La interacción del viento solar con la magnetosfera hace que las luces del norte y del sur, conocidas como aurora boreal y aurora australis.
El campo magnético de la tierra también impacta los minerales de hierro en los flujos de lava. Los minerales de hierro en la lava se alinean con el campo magnético de la tierra. estos minerales alineados se "congelan" en su lugar a medida que la lava se enfría. los estudios de alineaciones magnéticas en flujos de basalto a ambos lados de la cresta del Atlántico medio proporcionan evidencia no solo de las reversiones del campo magnético terrestre sino también de la teoría de la tectónica de placas.