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Una vieja leyenda habla de un pastor llamado Magnus (en el cuento para niños "Magnet" de León Tolstoi, el nombre de este pastor es Magnis). Una vez descubrió que la punta de hierro de su bastón y las uñas de sus botas eran atraídas por la piedra negra. Esta piedra comenzó a llamarse "piedra de Magnus" o simplemente "imán", por el nombre del área donde se extraía el mineral de hierro (las colinas de Magnesia en Asia Menor). Así, desde muchos siglos antes de nuestra era, se sabía que algunas rocas tenían la propiedad de atraer piezas de hierro. Fue mencionado en el siglo VI aC por el físico y filósofo griego Thales. El primer estudio científico de las propiedades de un imán fue realizado en el siglo XIII por el científico Peter Peregrinus.. En 1269, se publicó su ensayo “El libro del imán”, donde escribió sobre muchos hechos del magnetismo: un imán tiene dos polos, que el científico llamó norte y sur; es imposible separar los polos entre sí rompiéndolos. Peregrine también escribió sobre dos tipos de interacción entre los polos: atracción y repulsión. Para los siglos XII-XIII dC, las brújulas magnéticas ya se usaban en la navegación en Europa, China y otros países del mundo.
En 1600, el médico inglés William Gilbert publicó “On the Magnet”. A los hechos ya conocidos, Hilbert añadió importantes observaciones: el reforzamiento de la acción de los polos magnéticos por herrajes, la pérdida de magnetismo al calentarse, y otros. En 1820, el físico danés Hans Christian Oersted, en una conferencia, trató de demostrar a sus alumnos la ausencia de conexión entre la electricidad y el magnetismo al encender una corriente eléctrica cerca de una aguja magnética. Según cuenta uno de sus oyentes, quedó literalmente "atónito" al ver que la aguja magnética, tras encender la corriente, empezaba a oscilar. El gran mérito de Oersted es que apreció el significado de su observación y repitió el experimento. Conexión de los polos con un cable largo a una batería galvánica, Oersted estiró el cable horizontalmente y paralelo a una aguja magnética suspendida libremente. Tan pronto como se encendió la corriente, la flecha se desvió de inmediato, tratando de permanecer perpendicular a la dirección del cable. Cuando la dirección de la corriente cambió, la flecha se desvió en la otra dirección. Oersted pronto demostró que un imán actúa con cierta fuerza sobre un cable que lleva corriente.
El descubrimiento de la interacción entre la corriente eléctrica y un imán fue de gran importancia. Fue el comienzo de una nueva era en la doctrina de la electricidad y el magnetismo. Esta interacción jugó un papel importante en el desarrollo de la técnica del experimento físico.
Al enterarse del descubrimiento de Oersted, el físico francés Dominique Francois Arago inició una serie de experimentos. Envolvió alambre de cobre alrededor de un tubo de vidrio, en el que insertó una varilla de hierro. Tan pronto como se cerró el circuito eléctrico, la varilla se magnetizó fuertemente y las llaves de hierro se adhirieron firmemente a su extremo; cuando se apagó la alimentación, las teclas se cayeron. Arago consideró el conductor por donde fluye la corriente, como un imán. La explicación correcta de este fenómeno se dio luego de una investigación del físico francés André Ampère, quien estableció una relación intrínseca entre la electricidad y el magnetismo. En septiembre de 1820 informó a la Academia Francesa de Ciencias de sus resultados.
Entonces Ampere en su "máquina" reemplazó el marco con un conductor en espiral suspendido libremente. Este alambre, cuando pasaba corriente a través de él, adquirió la propiedad de un imán. Ampère lo llamó solenoide. Basándose en las propiedades magnéticas del solenoide, Ampère propuso considerar el magnetismo como un fenómeno debido a corrientes circulares. Creía que el imán consta de moléculas en las que hay corrientes circulares. Cada molécula es un pequeño imán, ubicado con los mismos polos en la misma dirección, estos pequeños imanes forman un imán. Al pasar un imán a lo largo de la tira de acero (varias veces en la misma dirección), obligamos a las moléculas con corrientes circulares a orientarse en el espacio de la misma manera. Así, la placa de acero se convertirá en un imán.
Ahora ha quedado clara la experiencia de Arago con un tubo de vidrio envuelto en alambre de cobre. Una barra de hierro empujada hacia dentro se convirtió en un imán porque una corriente fluyó a su alrededor. Era un electroimán.
En 1825, el ingeniero inglés William Sturgeon fabricó el primer electroimán, que era una barra doblada de hierro dulce envuelta con un grueso alambre de cobre. Para aislarlo del devanado, se barnizó la varilla. Cuando pasó la corriente, la barra de hierro adquirió las propiedades de un imán fuerte, pero cuando se interrumpió la corriente, las perdió instantáneamente. Es esta característica de los electroimanes la que les ha permitido ser ampliamente utilizados en tecnología.
El término "imán" se usa generalmente para referirse a objetos que tienen su propio campo magnético incluso en ausencia de un campo magnético aplicado. Esto es posible sólo en ciertas clases de materiales. Sin embargo, en la mayoría de los materiales, el campo magnético aparece en conexión con el campo magnético externo aplicado; este fenómeno se conoce como magnetismo. Hay varios tipos de magnetismo, y cada material tiene al menos uno de ellos.
En general, el comportamiento de un material magnético puede variar considerablemente dependiendo de la estructura del material y, no menos importante, de su configuración electrónica. Hay varios tipos de interacción material con un campo magnético, incluyendo:
· Los ferroimanes y ferriimanes son materiales que generalmente se consideran magnéticos. Se sienten atraídos por el imán con la fuerza suficiente para que se sienta la atracción. Solo estos materiales pueden retener la magnetización y convertirse en imanes permanentes. Los ferriimanes son similares a los ferroimanes, pero más débiles que ellos. Las diferencias entre los materiales ferromagnéticos y ferrimagnéticos están relacionadas con su estructura microscópica.
· Los paraimanes son sustancias como el platino, el aluminio y el oxígeno que son atraídos débilmente por un imán. Este efecto es cientos de miles de veces más débil que la atracción de los materiales ferromagnéticos, por lo que solo puede detectarse con instrumentos sensibles o imanes muy potentes.
· Los diamagnetos son sustancias que se magnetizan en contra de la dirección de un campo magnético externo. Las sustancias diamagnéticas, en comparación con las paramagnéticas y ferromagnéticas, como el carbono, el cobre, el agua y los plásticos, son repelidas por un imán. Todas las sustancias que no tienen uno de los otros tipos de magnetismo son diamagnéticas; la mayoría de las sustancias están incluidas. Las fuerzas que actúan sobre los objetos diamagnéticos de un imán ordinario son demasiado débiles, sin embargo, en los fuertes campos magnéticos de los imanes superconductores, los materiales diamagnéticos, como las piezas de plomo, puede flotar, y dado que el carbono y el agua son sustancias diamagnéticas, incluso los objetos orgánicos, como ranas y ratones vivos, pueden flotar en un campo magnético poderoso.
· También existen otros tipos de magnetismo, como los vidrios giratorios, el superparamagnetismo, el superdiamagnetismo y el metamagnetismo.
El ferrimagnetismo es un fenómeno físico en el que se produce ordenamiento magnético de los momentos magnéticos de una muestra de modo que todos los momentos magnéticos están alineados en la misma dirección pero no en el mismo sentido. Así que algunos de ellos están opuestos y se anulan entre sí, en parte o completamente.
Uso de imanes
· Los discos duros registran datos en capas magnéticas delgadas.
· Imán de motor lineal que mueve la cabeza del disco duro.
· Medios magnéticos: los carretes de cinta ( bobinas ), casetes compactos, casetes VHS, etc. contienen cinta magnética. La información de sonido (sonido y video) está codificada en el recubrimiento magnético de la cinta. También en disquetes y discos duros de computadora, los datos se graban en una fina capa magnética. Sin embargo, los medios de almacenamiento no son estrictamente imanes, ya que no atraen objetos. Los imanes de los discos duros se utilizan en los motores de accionamiento y posicionamiento.
· Tarjetas de plástico ( crédito, débito, cajero automático, etc.): los primeros modelos de todas estas tarjetas tienen una banda magnética en un lado (las bandas magnéticas están siendo reemplazadas gradualmente por chips de tarjetas inteligentes ). Esta barra codifica la información necesaria para conectarse a una institución financiera y vincularse a sus cuentas.
· Televisores TRC convencionales y monitores de computadora : Estos televisores y monitores de computadora utilizan electroimanes para impulsar un haz de electrones y formar una imagen en la pantalla. Los paneles de plasma y las pantallas LCD utilizan diferentes tecnologías.
· Altavoces y micrófonos dinámicos : la mayoría de los altavoces utilizan un imán permanente y una bobina de corriente para convertir la energía eléctrica (señal) en energía mecánica (movimiento que crea sonido). Devanado de la bobina está unido al difusor y por él fluye una corriente alterna que interactúa con el campo de un imán permanente. La membrana de un micrófono dinámico con un inductor adjunto, bajo la influencia de ondas de sonido, se mueve en el campo de un imán permanente, como resultado de lo cual se induce una fem proporcional a la señal de sonido en el devanado de esta bobina.
· El elemento principal de una pastilla de guitarra eléctrica es un imán.
· Otro ejemplo del uso de imanes permanentes en ingeniería de sonido se encuentra en el cabezal de captación de un electrófono y en las grabadoras de cinta más simples como cabezal de borrado económico.
· Separador magnético de minerales pesados
· Motor eléctrico y generadores eléctricos: algunos motores eléctricos (como los altavoces) se basan en una combinación de un electroimán y un imán permanente. Convierten la energía eléctrica en energía mecánica. Un generador, por otro lado, convierte la energía mecánica en energía eléctrica moviendo un conductor a través de un campo magnético.
· Transformadores (autotransformadores): dispositivos para transmitir energía eléctrica entre dos devanados (dos circuitos) a través de un campo magnético.
· Los imanes se utilizan en polarizados relés polarizados. Dichos dispositivos "recuerdan" su estado durante el tiempo que se desconecta la alimentación.
· brújulas : una brújula (o brújula náutica) es un puntero magnetizado que gira libremente y se orienta en la dirección de un campo magnético, más comúnmente el campo magnético de la Tierra.
· Arte : las láminas magnéticas de vinilo se pueden unir a dibujos, fotografías y otros elementos decorativos, lo que les permite adherirse a refrigeradores y otras superficies metálicas.
· Los imanes se utilizan a menudo en los juguetes. M-TIC utiliza barras magnéticas conectadas a esferas metálicas
· Imanes de tierras raras con forma de elipsoide que se atraen entre sí
· Juguetes : Dada la capacidad de los imanes para resistir la gravedad a corta distancia, a menudo se utilizan en juguetes para niños con efectos divertidos.
· Los imanes se pueden usar para hacer joyas. Los collares y pulseras pueden tener un cierre magnético o pueden estar hechos completamente de una serie de imanes enlazados y cuentas negras.
· Los imanes se encuentran en las bolsas en forma de placa de hierro imantada insertada dentro del botón que cierra la bolsa; los imanes también se cosen dentro de la ropa exterior para cerrar la solapa de la ropa con un broche elegante e invisible.
· Una serie de aparatos modernos ( teléfonos inteligentes, relojes inteligentes ) utilizan una fijación magnética para conectarles el conector del cargador.
· Los imanes pueden recoger objetos magnéticos (clavos de hierro, grapas, tachuelas, clips) que son demasiado pequeños, difíciles de alcanzar o demasiado delgados para sujetarlos con los dedos. Algunos destornilladores están magnetizados especialmente para este propósito.
· Los imanes se pueden utilizar en el procesamiento de chatarra para separar metales magnéticos (hierro, acero y níquel) de metales no magnéticos (aluminio, aleaciones no ferrosas, etc.). La misma idea se puede utilizar en la llamada "Prueba Magnética", en la que se examina la carrocería del automóvil con un imán para identificar áreas reparadas con fibra de vidrio o masilla plástica.
· levitación magnética : Un tren de levitación magnética impulsado y controlado por fuerzas magnéticas. Tal tren, a diferencia de los trenes tradicionales, no toca la superficie del riel durante el movimiento. Dado que existe un espacio entre el tren y la superficie de rodadura, se elimina la fricción y la única fuerza de frenado es la fuerza de arrastre aerodinámica.
· Los imanes se utilizan para fijar puertas de muebles.
· Los electroimanes se utilizan en las cerraduras de las puertas de los intercomunicadores.
· Si los imanes se colocan en esponjas, entonces estas esponjas se pueden usar para lavar materiales no magnéticos de hoja delgada de ambos lados a la vez, y un lado puede ser difícil de alcanzar. Puede ser, por ejemplo, el cristal de un acuario o un balcón.
· Los imanes se utilizan para transmitir par "a través" de una pared, que puede ser, por ejemplo, un contenedor de motor sellado herméticamente. Así se dispuso el juguete de la RDA del "Submarino" De la misma manera, en los contadores de agua domésticos, la rotación se transmite desde las palas del sensor a la unidad de conteo.
· Los imanes junto con un interruptor de láminas se utilizan en sensores de posición especiales. Por ejemplo, en sensores de puertas de refrigeradores y alarmas antirrobo.
· Se utilizan imanes junto con un sensor Hall para determinar la posición angular o la velocidad angular del eje.
· Los imanes se utilizan en vías de chispas para acelerar la extinción del arco.
· Los imanes se utilizan en ensayos no destructivos mediante el método de partículas magnéticas (MPC)
· Los imanes se utilizan para desviar haces de radiación radiactiva e ionizante, como en las cámaras de vigilancia.
· Los imanes se utilizan en instrumentos indicadores con una aguja que se desvía, como un amperímetro. Dichos dispositivos son muy sensibles y lineales.
· Los imanes se utilizan en válvulas de microondas y circuladores.
· Los imanes se utilizan como parte del sistema de desviación de los tubos de rayos catódicos para ajustar la trayectoria del haz de electrones.
· Antes del descubrimiento de la ley de conservación de la energía, hubo muchos intentos de usar imanes para construir una " máquina de movimiento perpetuo ". La gente se sintió atraída por la energía aparentemente inagotable del campo magnético de un imán permanente, que se conocen desde hace mucho tiempo. Pero el diseño de trabajo nunca se construyó.
· Los imanes se utilizan en diseños de frenos sin contacto, que consisten en dos placas, una es un imán y la otra está hecha de aluminio. Uno de ellos está rígidamente fijado en el marco, el otro gira con el eje. El frenado está regulado por el espacio entre ellos.
· El imán se utiliza en el sensor de estacionamiento del tambor de una lavadora de carga superior.
· Los quemadores electromagnéticos se utilizan en las cocinas de inducción.
Problemas de medicina y seguridad.
Debido al hecho de que los tejidos humanos tienen un nivel muy bajo de susceptibilidad a un campo magnético estático, no existe evidencia científica de su efectividad para su uso en el tratamiento de ninguna enfermedad. Por la misma razón, no hay evidencia científica de un peligro para la salud humana asociado con la exposición a este campo. Sin embargo, si un cuerpo extraño ferromagnético se encuentra en los tejidos humanos, el campo magnético interactuará con él, lo que puede ser un peligro grave.
En particular, si el marcapasos está integrado en el tórax del paciente, manténgalo alejado de campos magnéticos. Es por esta razón que los pacientes con un marcapasos instalado no pueden ser evaluados mediante resonancia magnética, que es un dispositivo de imágenes magnéticas para órganos y tejidos internos.
Los niños a veces pueden tragar pequeños imanes de los juguetes. Esto puede ser peligroso si un niño se traga dos o más imanes, ya que los imanes pueden dañar los tejidos internos; se registró al menos una muerte.
Desmagnetización
A veces, la magnetización de los materiales se vuelve indeseable y se hace necesario desmagnetizarlos. La desmagnetización de materiales se puede realizar de tres formas:
1. calentar un imán por encima de la temperatura de Curie siempre conduce a la desmagnetización;
2. un golpe fuerte con un martillo en un imán, o simplemente un golpe fuerte conduce a la desmagnetización.
3. coloque el imán en un campo magnético alterno que exceda la fuerza coercitiva del material, y luego reduzca gradualmente el efecto del campo magnético o quite el imán de él.
Este último método se utiliza en la industria para desmagnetizar herramientas, discos duros, borrar información en tarjetas magnéticas, etc.
La desmagnetización parcial de los materiales ocurre como resultado de los impactos, ya que una acción mecánica brusca conduce al desorden del dominio.
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