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Aunque los imanes y el magnetismo se conocen desde la antigüedad, el estudio del campo magnético comenzó en 1269, cuando el científico francés Peter Peregrine (el caballero Pierre de Méricourt) marcó el campo magnético en la superficie de un imán esférico con agujas de acero y determinó que las líneas de campo magnético resultantes se cruzaban en dos puntos, a los que llamó " polos " (similares a los polos de la Tierra). Casi tres siglos después, William Gilbert Colchester utilizó el trabajo de Peter Peregrinus y por primera vez afirmó definitivamente que la tierra misma era un imán. El De Magnete de Gilbert, publicado en 1600, sentó las bases del magnetismo como ciencia.
En 1750, John Michell afirmó que los polos magnéticos se atraen y se repelen según la ley del inverso del cuadrado. Charles-Augustin de Coulomb probó esta afirmación experimentalmente en 1785 y declaró explícitamente que los polos norte y sur no podían separarse. Basado en esta fuerza existente entre los polos, Siméon Denis Poisson creó el primer modelo exitoso del campo magnético, que presentó en 1824. En este modelo, el campo magnético es generado por polos magnéticos y el magnetismo surge debido a la acción de varios pares de polos magnéticos (dipolos).
Tres descubrimientos realizados a principios del siglo XIX, casi seguidos, obligaron a reconsiderar este modelo. Primero, en 1819, Hans Christian Oersted descubrió que una corriente eléctrica crea un campo magnético a su alrededor. Luego, en 1820, André-Marie Ampère demostró que los cables paralelos que llevan corriente en la misma dirección se atraen entre sí. Finalmente, Jean-Baptiste Biot y Félix Savard descubrieron una ley en 1820 llamada ley de Biot-Savart-Laplace, que predecía correctamente el campo magnético alrededor de cualquier cable vivo.
Ampliando estos experimentos, Ampère publicó su propio modelo exitoso de magnetismo en 1825. En él mostró la equivalencia de la corriente eléctrica y la fuente del campo magnético creado por los imanes, y en lugar de los dipolos de cargas magnéticas del modelo de Poisson, propuso la idea de que el magnetismo está asociado a bucles de corriente constante. Esta idea explicaba por qué la "carga magnética" (un solo polo de un imán) no podía aislarse. Además, Ampère dedujo la ley que lleva su nombre, que, al igual que la ley de Biot-Savart-Laplace, describía correctamente el campo magnético producido por la corriente continua; también se introdujo el teorema de circulación del campo magnético. Además, en este trabajo, Ampère acuñó el término " electrodinámica " para describir la relación entre la electricidad y el magnetismo.
En 1831, Michael Faraday descubrió la inducción electromagnética al descubrir que un campo magnético alterno genera electricidad. Creó una definición para este fenómeno que se conoce como la ley de inducción electromagnética de Faraday. Posteriormente, Franz Ernst Neumann demostró que para un conductor en movimiento en un campo magnético, la inducción es una consecuencia de la ley de Ampere. Al mismo tiempo, introdujo el potencial vectorial del campo electromagnético, que, como se demostró más tarde, era equivalente al mecanismo básico propuesto por Faraday.
En 1850, Lord Kelvin, entonces conocido como William Thomson, etiquetó la diferencia entre los dos tipos de campos magnéticos como campos H y B. El primero era aplicable al modelo de Poisson y el segundo al modelo de inducción de Ampère. Además, dedujo cómo H y B se relacionan entre sí.
Entre 1861 y 1865, James Clerk Maxwell desarrolló y publicó las ecuaciones de Maxwell, que explicaban y unificaban la electricidad y el magnetismo en la física clásica. La primera recopilación de estas ecuaciones se publicó en un artículo de 1861 titulado " Sobre las líneas físicas de fuerza ". Se encontró que estas ecuaciones eran válidas, aunque incompletas. Maxwell mejoró estas ecuaciones en su trabajo posterior de 1865 " Teoría dinámica del campo electromagnético ", y determinó que la luz era ondas electromagnéticas. Heinrich Hertz confirmó experimentalmente este hecho en 1887.
Aunque la expresión de la fuerza del campo magnético implícita en la ley de Ampère, creada por una carga eléctrica en movimiento, no se formuló explícitamente, en 1892 Hendrik Lorentz la derivó de las ecuaciones de Maxwell. Al mismo tiempo, se completó básicamente la teoría clásica de la electrodinámica.
El siglo XX amplió los puntos de vista sobre la electrodinámica con el advenimiento de la teoría de la relatividad y la mecánica cuántica. Albert Einstein, en un trabajo de 1905, donde se fundamentaba la teoría especial de la relatividad, demostró que los campos eléctricos y magnéticos son parte de un mismo fenómeno, considerados en diferentes marcos de referencia.
Finalmente, como resultado de combinar la mecánica cuántica con la electrodinámica clásica, se creó la electrodinámica.
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.
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