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Física de bachillerato
Curso: Física de bachillerato > Unidad 2
Lección 3: Campos eléctricos y magnéticosMagnetismo y campos magnéticos
Las fuerzas a distancia se deben a campos (gravitacionales, eléctricos y magnéticos) que penetran el espacio y pueden transferir energía a través del espacio. Los imanes o las corrientes eléctricas producen campos magnéticos; las cargas eléctricas o los campos magnéticos variables producen campos eléctricos. Creado por Sal Khan.
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Transcripción del video
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.