Magnetismo y campos magnéticos

Hablemos un poco de imanes y de campos  magnéticos. Justo aquí tenemos una imagen   de lo que hoy llamaríamos un imán, donde vemos  estos clavos de metal atraídos por la piedra,   cuyo nombre moderno es magnetita. Los seres  humanos conocen la magnetita desde hace miles   de años, de hecho el nombre proviene de la Antigua  Grecia: la tribu de los Magnetes se estableció en   dos áreas que actualmente conocemos como Magnesia.  A estos lugares a menudo se les atribuye el origen   del nombre de magnetita, y dependiendo del  enfoque histórico que veamos, fue en alguna   de las dos Magnesias donde los antiguos griegos  pudieron encontrar mucha magnetita; y también   se encontró magnesio, aunque en realidad este  elemento no está relacionado con la magnetita,   pero también de ahí deriva su nombre. Sin embargo,  la magnetita no sólo era una cosa interesante que   atraía metal, obviamente también se observaron  otras propiedades. Por ejemplo, si tenemos   dos piezas de magnetita magnetizada -ojo, en  realidad no toda la magnetita está magnetizada-,   para que se magnetice algo interesante tiene que  sucederle. Hasta ahora creemos que en realidad   son los rayos, las descargas eléctricas, lo  que magnetiza de forma natural. Entonces,   si tenemos dos piezas de magnetita  magnetizada, la orientación es importante:   si tienen una orientación se van a atraer entre  sí, pero si tienen otra orientación, es decir,   si giramos esta magnetita, entonces ahora se van  a repeler. Y esta noción de orientación, es decir,   de que podría existir algo de polaridad, hace  que la magnetita sea algo más que sólo una cosa   interesante que observar. En la antigua dinastía  de Han, en China, hace aproximadamente 2000 años,   se inventó la primera brújula. Se dieron cuenta  de que si tomas un poco de magnetita magnetizada,   cuyo nombre histórico es piedra imán, y  dejas que se mueva libremente, por ejemplo,   colgándola de una cuerda o haciéndola flotar en un  poco de agua tranquila, tal vez en un recipiente,   se orientará de manera consistente apuntando a la  misma dirección; por lo tanto, se puede utilizar   en cosas como la navegación, lo cual hicieron  los chinos hace aproximadamente mil años. Y   esto nos ayudó a darnos cuenta de que la Tierra  misma actúa como un imán, y la Tierra, igual que   un imán pequeño, tiene lados diferentes, de ahí  proviene la convención de los polos Norte y Sur de   un imán. Ahora, seguramente tienes una pregunta en  mente desde la primera vez que conociste un imán:   si tenemos una pieza de metal por acá, la cual no  está tocando el imán -y en un video futuro podemos   hablar de lo que significa tocar a un nivel  microscópico-, pero si tenemos un clavo por   acá que no está tocando al imán, existe una fuerza  que actúa a distancia sobre este clavo, entonces,   ¿cómo sabe ese clavo que debe ser atraído  hacia ese imán? No tiene ojos, no tiene oídos,   no dice "Ahí hay un imán, me voy a mover de alguna  forma hacia él", sino que hay algo en esta región   del espacio que está interactuando con este clavo.  O si pensamos en dos imanes, ¿cómo es que un imán   sabe la orientación del otro, ya sea para atraerse  o para repelerse? Es más, ¿cómo saben siquiera que   hay otro imán? Y justo aquí es donde resulta útil  el concepto de Campo magnético, que fue presentado   por Michael Faraday en el siglo XIX como un  marco de referencia para pensar esta fuerza   a distancia. No nos dice exactamente qué es, pero  nos da una forma de predecir y pensar sobre lo que   está sucediendo. Una forma de visualizar un campo  magnético es tomar un imán, o podemos decir una   piedra imán en barra, y colocarla debajo de una  hoja de papel, después si esparcimos limaduras   de metal encima de la hoja de papel, observamos  algo parecido a esto. De hecho, te invito a que   lo hagas y observes esto por tu cuenta. Podemos  ver que hay líneas que conectan el polo Norte   con el Sur de esta forma, y podemos dibujar  estas líneas de campo para hacerlas aún más   claras de esta forma. La noción de estas líneas  de campo fue introducida por Michael Faraday,   quien dijo: "Bien, existe esta cosa llamada campo  que nos dice qué le puede ocurrir a algo que esté   interactuando con el imán. Puede ser otro imán  o una pieza de metal en cada punto del espacio   alrededor de él". Así que, por ejemplo, si ponemos  una pequeña barra de piedra imán por aquí, su polo   Norte repelerá el polo Norte del imán más grande,  mientras que su polo Sur sí será atraído hacia él.   Entonces podemos poner un imán que se pueda mover  libremente, o podemos poner una brújula para ver   su orientación, es decir, hacia qué dirección  apuntará la brújula. Y podemos ver que apuntará   en dirección de estas líneas de campo, mientras  que si lo ponemos por acá y dejamos que se mueva   libremente, entonces se orientará de esta forma,  donde éste sería su polo Norte y este su polo   Sur. Si colocamos otro por aquí y lo dejamos  moverse libremente, pensemos, por ejemplo,   en una brújula, entonces tendrá esta orientación,  donde este será el polo Sur y este el polo Norte.   Así que todo esto nos ayuda a trazar las líneas  de campo y también a conocer la dirección. Y   por convención decimos que la dirección va del  polo Norte al polo Sur, y lo que dijo Faraday   es que esto no sólo indica la dirección del campo  magnético, además habla de la magnitud dependiendo   de la densidad de estas líneas de campo. Por  ejemplo, el campo magnético es más fuerte aquí,   en esta unidad de área que acabo de marcar las  líneas de campo son más densas, mientras que por   acá sería más débil, hay menos líneas de campo.  Ahora, otra cosa impresionante sobre los imanes   y su polaridad que la gente ha notado desde la  Antigüedad es que, al menos inicialmente pensarías   que si esto tiene un polo Norte y un polo Sur,  entonces tal vez podría separarlos, es decir,   si separamos esto por la mitad, entonces podremos  pensar que tendríamos un imán con sólo polo Norte   y un imán con sólo polo Sur. Pero esto no es lo  que sucede: cuando separas un imán por la mitad,   en su lugar tendremos dos imanes, cada uno con  sus propios polos Norte y Sur, y podríamos seguir   haciendo esto. Los primeros científicos siguieron  cortándolos, y dijeron que podría no haber ningún   límite en cuanto a la cantidad de veces que se  puedan cortar. Obviamente si llegas a un punto   en el que ya no puedes cortar más porque no se  conservarían las propiedades de la magnetita,   ya estás a un nivel molecular. Y en videos futuros  veremos cómo incluso a un nivel molecular todavía   se puede tener un imán diminuto con polaridad.  Ahora, otra cosa realmente interesante sobre   los imanes es la conexión entre el magnetismo  y la electricidad. Se ha observado que si tomas   un cable portador de corriente y la corriente  va del extremo positivo al negativo, es decir,   si va en esta dirección y lo haces pasar a través  de una hoja de papel que tenga limaduras de metal   encima, entonces, parecerá que se forman líneas  de campo, líneas de campo magnético, y resulta   que interactúa con los imanes. Este es un campo  magnético que se forma debido a una corriente   eléctrica, y ésta es la pista más importante  de que el fenómeno eléctrico y magnético están   relacionados entre sí. Y esta relación nos permite  construir cosas como motores eléctricos o generar   electricidad a partir de turbinas eólicas  o hidráulicas. Y aunque esto está fuera del   alcance de este video, te daré una pequeña  pista de cómo están conectadas estas cosas:   sabemos que las cosas están formadas por átomos,  que están formados por partículas como electrones   y protones, que a su vez están cargados, y  sabemos que una corriente eléctrica se basa   en el movimiento de partículas cargadas que,  cuando algo no es magnético, digamos una pieza   de magnetita no magnética, todas estas cargas  se mueven de manera más caótica. Sin embargo,   si algo le sucede, por ejemplo, si le cae un rayo  esto puede alinear la forma en que se mueven las   cargas para que actúen en sincronía y así tener un  campo magnético más coherente. Con esto en mente,   lo dejaré por aquí; ya me estoy adelantando un  poco. Pero creo que es realmente interesante   apreciar cómo encajan todas estas piezas  de rompecabezas que vemos en la naturaleza.