Energía Magnética
Definición:
Hay algunos materiales conocidos que tienen propiedades magnéticas fácilmente detectables, como el níquel, el hierro, el cobalto y sus aleaciones, comúnmente llamados imanes. Sin embargo, todos los materiales están influenciados, en mayor o menor medida, por la presencia de un campo magnético.
El magnetismo ocurre particularmente en los cables de electromagnetización. Líneas magnéticas de una barra magnética, producidas por virutas de hierro sobre papel. El magnetismo también tiene otras manifestaciones en la física, particularmente como uno de los dos componentes de la radiación electromagnética, como la luz.
Historia de la energía magnética
Los fenómenos magnéticos eran conocidos en la antigua Grecia. Dicen que por primera vez fueron observados en la ciudad de Magnesia del Mendro en Asia Menor, de ahí el término magnetismo. Sabían que ciertas piedras atraían el hierro y que las piezas de hierro atraían a otros. Estos fueron llamados imanes naturales.
El primer filósofo en estudiar el fenómeno del magnetismo fue Thales de Mileto, un filósofo griego que vivió entre los años 625 a.C. y 545 a.C. En China, la primera referencia a este fenómeno se encuentra en un manuscrito del siglo IV a.C. C. titulado Libro del maestro del valle del diablo: «La magnetita atrae el hierro hacia sí o es atraída por él». La primera mención se refiere a la atracción de una aguja que aparece en un trabajo realizado entre 20 y 100 años de nuestra era: «La magnetita atrae a la aguja».
El científico Shen Kua (1031-1095) escribió sobre la aguja de la brújula magnética y mejoró la precisión de la navegación utilizando el concepto astronómico del norte absoluto. En el siglo XII, los chinos ya habían desarrollado suficiente técnica para utilizar la brújula para mejorar la navegación. Alexander Neckam fue el primer europeo en desarrollar esta técnica en 1187.
Peter Peregrinus de Maricourt, fue un erudito francés del siglo XIII que realizó experimentos sobre el magnetismo y escribió el primer tratado existente sobre las propiedades de los imanes. Su trabajo es destacado por la primera discusión detallada de una brújula. El cosmógrafo español Martín Cortés de Albacar se formó en Zaragoza y la escuela de pilotos gaditana descubrió y colocó el polo magnético en Groenlandia en 1551 para marineros españoles e ingleses (su libro fue traducido y ampliamente reproducido en Inglaterra) facilitando considerablemente la navegación. Galileo Galilei y su amigo Francesco Sagredo se interesaron por el magnetismo, estableciendo un buen pedazo de roca magnética de más de un kilo y medio de peso en un hermoso artilugio de madera; la magnetita estaba dispuesta de tal manera que, como un imán, atraía una bola de hierro de casi cuatro kilos de peso; pero la falta de aplicaciones prácticas y económicas del invento desalentó nuevos experimentos de estos importantes científicos italianos. En 1600, el médico y físico William Gilbert publicó en Londres su obra De magnete, magnisque corporibus, e de magno magnete tellure; Phusiologia Noua, plurimis & argumentis, & Experimentis demostrata («Sobre el imán y los cuerpos magnéticos y sobre el Gran Imán de la Tierra»), que sentó las bases para el estudio profundo del magnetismo al consignar las características y los tipos de imanes y realizar todo tipo de experimentos cuidadosamente descritos. Observó que la máxima atracción ejercida por los imanes sobre las piezas de hierro siempre ocurría en las áreas llamadas «polos» del imán. Clasificó los materiales en conductores y aisladores y creó el primer electroscopio. Descubrió la magnetización por influencia y fue el primero en darse cuenta de que la magnetización del hierro se pierde al calentarlo a rojo. Estudió la inclinación de una aguja magnética y concluyó que la Tierra se comporta como un gran imán.
El conocimiento del magnetismo permaneció limitado a los imanes hasta que, en 1820, Hans Christian Orsted, profesor de la Universidad de Copenhague, descubrió que un hilo común en el que una corriente circulaba ejercía una perturbación magnética a su alrededor, que podía mover una aguja magnética situada en ese entorno. Muchos otros experimentos siguieron a André-Marie Ampere, Carl Friedrich Gauss, Michael Faraday y otros que encontraron conexiones entre el magnetismo y la electricidad. James Clerk Maxwell sintetizó y explicó estas observaciones en sus ecuaciones de Maxwell. Magnetismo unificado y electricidad en un solo campo, electromagnetismo. En 1905, Einstein utilizó estas leyes para probar su teoría de la relatividad restringida, en el proceso demostró que la electricidad y el magnetismo estaban fundamentalmente vinculados.
Leyes de Coulomb
La fórmula para calcular la energía magnética es aplicable a través de la ley de Coulomb
f = k M. M. M. M.
Donde f = fuerza magnética; k = culombio constante;
M y M = masas magnéticas situadas en este espacio o campo magnético.
La energía magnética terrestre y la de los imanes naturales o artificiales se manifiestan con máxima intensidad concentrados en dos puntos determinados de la Tierra y de los imanes, llamados polos magnéticos, que se distinguen con los apodos de Polo Norte y Polo Sur. La fuerza de atracción que se observa entre los polos del nombre opuesto de dos imanes o la repulsión entre los polos del mismo nombre es la manifestación más obvia de la energía magnética.
Puede haber un ejemplo o manifestación de un imán con un objeto que lo atrae, como un clavo u otro material que lo atrae como fuerza de gravedad.
Conceptos básicos de la energía magnética
Fuerzas magnéticas
La fuerza magnética entre imanes y/o electroimanes es un efecto residual de la fuerza magnética entre cargas en movimiento. Esto se debe a que dentro de los imanes convencionales hay microcorrientes que macroscópicamente dan lugar a líneas de campo magnético cerrado que salen del material y vuelven a entrar en él. Los puntos de entrada forman un polo y los puntos de salida al otro polo.
Magnetismo
El fenómeno del magnetismo se conoce desde hace miles de años. Las manifestaciones conocidas más antiguas son las que corresponden, en primer lugar, a imanes, que se encuentran naturalmente en forma de algunos depósitos minerales, como la magnetita.
Más tarde, probablemente los chinos descubrieron el magnetismo terrestre, produciendo como resultado tecnológico la invención de la brújula y su posterior aplicación a la navegación marítima. El estudio sistemático de los fenómenos magnéticos comenzó hace algunos siglos y Gauss fue uno de los investigadores que hizo importantes contribuciones. En el siglo pasado, Oersted (hacia 1820) descubrió que las corrientes eléctricas dan lugar a efectos magnéticos, en particular, la corriente eléctrica que fluye en un conductor produce un efecto totalmente equivalente al producido por un imán, siendo capaz de atraer objetos de hierro, desinflar una brújula, etc…
¿Cómo se produce la energía magnética?
Como consecuencia de las corrientes eléctricas producidas bajo tierra como consecuencia de la diferente actividad del calor solar en la superficie de la Tierra. Se produce como consecuencia de las corrientes eléctricas producidas bajo tierra como consecuencia de la diferente actividad del calor solar en la superficie terrestre.
En la electrónica, la energía magnética es una parte importante del funcionamiento de los transformadores e inductores. En los transformadores, la energía magnética es el canal a través del cual se transfiere la energía eléctrica del devanado primario al secundario, incluso si no hay conexión eléctrica directa. En los inductores, la energía magnética se almacena temporalmente en el campo magnético del inductor, para ser distribuida más tarde (donde el «tiempo posterior» puede ser sólo nanosegundos más tarde).
La energía magnética también es parte de la operación de motores eléctricos, actuadores solenoides, algunos tipos de disyuntores, etc.
Ejemplos de energía magnética
- El polo norte con respecto a la brújula.
- El imán es atraído por el hierro.
- El triángulo de las Bermudas enloquece la brújula y causa interferencias con la mayoría de las radios y dispositivos electrónicos.
- El tren bala de Japón, la misma carga siempre se repele y este principio se utiliza para evitar la fricción, básicamente flotando y alcanzando una velocidad enorme.
Generador de energía magnética
El generador de energía magnética es un dispositivo a partir del cual, a partir de la repulsión de imágenes, se genera energía eléctrica renovable. El objetivo principal de este dispositivo es independizarnos del consumo de energía eléctrica procedente de fuentes contaminantes, o mejor dicho, de aquellos que no tienen un rendimiento tan constante a lo largo del año.
La condición principal es utilizar materiales reutilizados, de modo que el coste de su creación sea muy bajo y así proteger más el medio ambiente. (La reutilización es el segundo paso hacia la reducción de residuos)
Tipos de materiales magnéticos
Existen varios tipos de comportamiento de los materiales magnéticos, siendo los principales el ferromagnetismo, el diamagnetismo y el paramagnetismo.
Materiales diamagnéticos:
En los materiales diamagnéticos, la disposición de los electrones de cada átomo es tal que hay una cancelación global de los efectos magnéticos. Sin embargo, si el material se introduce en un campo inducido, la sustancia adquiere una magnetización débil y en la dirección opuesta al campo inductor. Si una barra de material diamagnético se coloca dentro de un campo magnético uniforme e intenso, se coloca a través de ella.
Materiales paramagnéticos:
Los materiales paramagnéticos no exhiben la cancelación global de los efectos magnéticos, por lo que cada átomo que los constituye actúa como un pequeño imán. Sin embargo, la orientación de estos imanes es generalmente arbitraria y el efecto global se cancela. Del mismo modo, si el material paramagnético está sujeto a la acción de un campo magnético inductivo, el campo magnético inducido en esa sustancia se orienta en la dirección del inductor de campo magnético. Esto hace que una barra de material paramagnético quede libremente suspendida en un campo inductor para alinearla.
Materiales ferromagnéticos:
Electroimanes:
Un electroimán es un imán hecho de alambre eléctrico envuelto en un material magnético como el hierro. Este tipo de imán es útil en casos donde un imán debe estar encendido o apagado, por ejemplo, grúas grandes y pesadas para levantar chatarra del carro.
En el caso de la corriente eléctrica que se mueven a través de un cable, el campo resultante se dirige según la regla de la mano derecha. Si se utiliza la mano derecha como modelo, y el pulgar de la mano derecha a lo largo del alambre positivo hasta el lado negativo («corriente convencional» en la dirección inversa de la dirección real del movimiento del electrón), entonces el campo magnético recapitula todo el cable en la dirección indicada por los dedos de la mano derecha. Como se muestra geométricamente en el caso de un lazo o cable de hélice se forma de tal manera que la corriente se mueve en un círculo, a continuación, todas las líneas de campo en el centro de la bobina se dirige en la misma dirección, que lanza un dipolo magnético cuya fuerza depende de la corriente en todo el lazo, o la corriente en la hélice multiplicado por el número de vueltas del cable. En el caso de este bucle, si los dedos de la mano derecha se dirigen en la dirección del flujo de corriente convencional (es decir, el positivo y el negativo, la dirección opuesta al flujo de electrones real), el pulgar apuntará en la dirección correspondiente al polo norte del dipolo.
Imanes temporales y permanentes:
Un imán permanente mantiene su magnetismo sin un campo magnético externo, mientras que un imán temporal sólo es magnético, siempre y cuando esté ubicado en otro campo magnético. Inducir el magnetismo del acero en los resultados en un imán de hierro pierde su magnetismo cuando se elimina la inducción de campo. Un imán temporal, como el hierro, es un material adecuado para los electroimanes. Los imanes son hechos acariciando con otro imán, la grabación, mientras se conecta a un campo magnético opuesto dentro de una bobina de solenoide, es suministrada con una corriente continua. Un imán permanente puede perder su magnetismo cuando se somete a calor, golpes fuertes o cuando se coloca dentro de un solenoide provisto de una reducción de corriente alterna.
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