Magnetismo: Un Viaje a Través de la Historia y la Teoría

Marco Histórico del Magnetismo

Desde el 800 a.C., los griegos reflexionaron sobre las propiedades de las rocas ígneas, llamadas magnes, que atraían pequeños trozos de hierro. Observaron que minerales como la magnetita poseían esta propiedad. En estado natural, el hierro, cobalto, magnesio y sus compuestos la manifiestan. Esta propiedad, denominada magnetismo, no está relacionada con la gravedad ni con la interacción eléctrica.

Las regiones donde se concentra el magnetismo se conocen como polos magnéticos, y un cuerpo magnetizado es un imán. Alrededor del 600 a.C., Tales de Mileto describió el imán detalladamente. Platón, en su diálogo Ión, mencionó que la magnetita no solo atrae anillos de hierro, sino que les imparte un poder similar para atraer a otros anillos, formando cadenas llamadas anillos de Samotracia, un fenómeno conocido como magnetización por inducción.

Diversas escuelas, como los animistas y mecanicistas, surgieron con teorías sobre el magnetismo, atribuyéndolo a emanaciones o «efluvios». Hacia 1750, John Michell inventó la balanza de torsión y constató que «la atracción o repulsión de los imanes decrece cuando los cuadrados de la distancia entre los respectivos polos aumenta», dando origen a nuevas teorías, algunas basadas en la idea de fluidos.

Franz María Aepinus aplicó la teoría de un fluido, propuesta por Gray y Franklin para explicar el flujo de carga eléctrica, al magnetismo en 1759. El descubrimiento de Du Fay en 1733 sobre los dos tipos de electricidad llevó a Wilche y Brugmans a proponer una teoría de dos fluidos para el magnetismo en 1778. Esta teoría explicaba los fenómenos magnéticos basándose en la atracción y repulsión observadas al acercar dos barras magnéticas.

Al dividir un imán por su centro, se observa que un extremo atrae y el otro repele una barra magnética. Este comportamiento se asemeja al de un dipolo eléctrico, formado por dos conductores esféricos con cargas iguales (negativa y positiva) separados por una varilla de vidrio. Basándose en la teoría de los fluidos magnéticos, un imán se considera un dipolo eléctrico con fluidos de distintas clases en sus extremos.

La teoría de los dipolos magnéticos elementales, que no pueden ser divididos o aislados, explica que en un imán hay un gran número de estos dipolos orientados de la misma manera. Al acercar un imán a un trozo de hierro, los fluidos magnéticos se mezclan, pero al acercar un polo positivo, atrae los fluidos negativos y repele los positivos, y viceversa. Charles Coulomb (1736-1806) utilizó la balanza de torsión para probar la ley de interacción entre cargas y modificó la teoría de dos fluidos, diferenciando entre cargas eléctricas y magnéticas.

En China, se utilizaba una especie de brújula en el siglo XII a.C., pero la primera referencia precisa a un compás marítimo data del final del siglo XII d.C. Los europeos desarrollaron una brújula alrededor de 1200 d.C., con agujas pivotadas para la orientación, basándose en el concepto actual de agujas magnetizadas.

Marco Teórico del Magnetismo

El magnetismo es un fenómeno físico por el cual los objetos ejercen fuerzas de atracción o repulsión sobre otros materiales. Materiales como el níquel, hierro, cobalto y sus aleaciones, conocidos como imanes, presentan propiedades magnéticas detectables. Sin embargo, todos los materiales son influidos, en mayor o menor medida, por la presencia de un campo magnético.

El magnetismo hace que los objetos magnetizados se atraigan entre sí. Actualmente, se considera que la fuerza del magnetismo proviene de las propiedades de las cargas eléctricas. Los fenómenos magnéticos, inicialmente independientes de los eléctricos, convergieron en el electromagnetismo, que reúne las relaciones mutuas entre campos magnéticos y corrientes eléctricas. Maxwell consolidó este sistema con su teoría electromagnética.

Las fuerzas magnéticas son fuerzas de acción a distancia, que se producen sin contacto físico entre los imanes. Esta circunstancia contribuyó al desarrollo del concepto de campo de fuerzas. Estas fuerzas actúan sobre materiales ferromagnéticos, aquellos que pueden presentar ferromagnetismo. La interacción ferromagnética hace que los momentos magnéticos tiendan a disponerse en la misma dirección y sentido, extendiéndose por todo un sólido para alcanzar el ferromagnetismo.

La atracción de los imanes se explica mediante la teoría de polos, donde cada imán presenta dos polos, uno norte y uno sur, que se atraen si son opuestos y se repelen si son iguales. La idea física de campo describe la influencia de un imán o conjunto de imanes sobre el espacio circundante. Las líneas de fuerza representan la estructura del campo, indicando la dirección en la que se orientará una pequeña brújula en cada punto. Por convención, las líneas de fuerza salen del polo Norte y se dirigen al polo Sur.

Además de los imanes, la Tierra es un gran dipolo magnético. El polo Norte geográfico es el polo negativo (-) magnético, y el polo Sur geográfico es el polo positivo (+) magnético. Estos nombres son convencionales y permiten la designación de los distintos polos.