En esta lección
- Video de la lección (próximamente)
- Apuntes de la lección
- Ejemplos resueltos
- Ideas clave
- Alineación con NGSS
Llévatelo
Pregunta esencial
¿Cómo se empujan y se jalan los imanes sin tocarse?
Dos imanes pueden jalarse o empujarse a través de un espacio, sin que nada los toque. Al final de esta lección, deberías poder describir un campo magnético, dibujar sus líneas de campo y explicar por qué algunos trozos de metal son imanes y otros no.
El video de la lección llegará pronto. Mientras tanto, lee la lección que aparece abajo.
Polos magnéticos
- Todo imán tiene un polo N y un polo S
- Los polos opuestos se atraen
- Los polos iguales se repelen
Todo imán tiene dos extremos llamados polos: un polo norte (N) y un polo sur (S). Cuando acercas dos imanes, los polos opuestos (N y S) se atraen y los polos iguales (N y N, o S y S) se repelen. Es muy parecido a las cargas eléctricas, donde los opuestos se atraen y los iguales se repelen.
Campos magnéticos
- El espacio alrededor de un imán donde empuja o jala
- Se dibuja con líneas de campo
- Fuera del imán: las líneas van de N a S
Un campo magnético es la región alrededor de un imán donde otro imán (o un trozo de hierro) siente una fuerza. Lo dibujamos con líneas de campo. Fuera del imán, las líneas de campo siempre se alejan del polo N y se acercan al polo S. Las flechas de las líneas muestran la dirección del campo.
Reglas de las líneas de campo
- Las líneas nunca se cruzan
- Líneas muy juntas: campo intenso
- Líneas separadas: campo débil
Las líneas de campo siguen algunas reglas. Nunca se cruzan, porque el campo solo puede apuntar en una dirección en cada punto. Donde las líneas están muy juntas, el campo es intenso. Donde se separan, el campo es débil. En el espacio entre un polo N y un polo S, las líneas están muy apretadas, así que ahí el campo es intenso.
No existen polos aislados
- Los polos siempre vienen en pares
- Si cortas un imán: dos imanes nuevos
- Cada trozo tiene N y S
Los polos magnéticos siempre vienen en pares. Si cortas un imán de barra por la mitad, no obtienes un polo N solo y un polo S solo. Obtienes dos imanes más pequeños, y cada uno tiene su propio polo N y su propio polo S. Sin importar cuántas veces lo cortes, cada trozo sigue teniendo los dos polos. Esta es una gran diferencia con las cargas eléctricas, que pueden existir solas.
Las brújulas dibujan el campo
- Una brújula es un imán diminuto
- Su extremo N apunta a lo largo del campo
- Las limaduras de hierro funcionan igual
La aguja de una brújula es un imán diminuto que puede girar libremente. Su extremo N (rojo aquí) siempre gira para apuntar en la dirección del campo magnético en ese punto. Si colocas brújulas alrededor de un imán de barra, las agujas trazan las líneas de campo: se alejan del polo N y se acercan al polo S. Espolvorear limaduras de hierro alrededor de un imán funciona igual, porque cada limadura se convierte en un imán diminuto y se alinea con el campo.
La Tierra es un imán
- La Tierra tiene un campo magnético
- El extremo N de la brújula apunta al norte geográfico
- Por eso hay un polo magnético S en el norte
La Tierra se comporta como un imán de barra gigante enterrado en su interior. El extremo N de una brújula apunta hacia el Polo Norte geográfico de la Tierra. Como los polos opuestos se atraen, el polo magnético del norte en realidad debe ser un polo magnético sur. Las líneas de campo de la Tierra salen cerca del Polo Sur geográfico y entran cerca del Polo Norte geográfico. (Los polos magnéticos también están un poco desplazados de los polos geográficos, y se mueven lentamente.)
Dominios magnéticos
- Dominios: regiones diminutas de átomos alineados
- Dominios al azar: no es un imán
- Dominios alineados: es un imán
Cada átomo de hierro se comporta como un imán diminuto. Dentro de un trozo de hierro, los átomos se agrupan en regiones pequeñas llamadas dominios magnéticos, donde todos los átomos apuntan en la misma dirección. En un clavo normal, los dominios apuntan en direcciones al azar, así que sus campos se cancelan y el clavo no es un imán. En un imán, la mayoría de los dominios están alineados, así que sus campos se suman. Frotar un clavo con un imán o colocarlo en un campo intenso puede alinear sus dominios y convertirlo en un imán.
Ejemplos resueltos
Primero intenta resolver cada problema por tu cuenta y luego abre la solución para revisar tu trabajo.
Ejemplo 1: Dirección de la brújula
Una brújula está justo arriba del centro de un imán de barra. El polo N del imán está a la derecha. ¿Hacia dónde apunta el extremo N de la aguja de la brújula?
Mostrar la solución
- Dirección del campo fuera de un imán: Fuera de un imán, las líneas de campo van del polo N al polo S.
- Campo arriba del centro: Arriba del centro, las líneas de campo describen un arco desde el extremo N (derecha) hasta el extremo S (izquierda), así que ahí el campo apunta hacia la izquierda.
- Regla de la brújula: El extremo N de la aguja de una brújula apunta en la dirección del campo.
- Respuesta: El extremo N apunta hacia la izquierda, hacia el polo S del imán, paralelo al imán.
Esto también tiene sentido con la atracción: el extremo N de la brújula es jalado hacia el polo S del imán y empujado lejos de su polo N.
Ejemplo 2: El campo más intenso
Los puntos A, B y C están cerca de un imán de barra, como se muestra. Ordena la intensidad del campo magnético en los tres puntos, del más intenso al más débil.
Mostrar la solución
- ¿Dónde es más intenso el campo? Las líneas de campo están más juntas justo en los polos y se separan conforme te alejas.
- Punto A: A está justo junto al polo N, donde las líneas están apretadas, así que ahí el campo es el más intenso.
- Punto B: B está arriba del centro, un poco más lejos de los dos polos, así que las líneas están más separadas.
- Punto C: C está lejos del imán, donde las líneas están muy separadas, así que el campo es el más débil.
- Respuesta: A > B > C
Ejemplo 3: Corte de un imán
Un imán de barra con su polo N a la derecha se corta en tres trozos iguales. ¿Cuántos polos N hay ahora? ¿Qué polo está en el extremo izquierdo del trozo del medio?
Mostrar la solución
- Los polos vienen en pares: Cortar un imán nunca produce un polo aislado. Cada trozo se convierte en un imán completo con su propio N y su propio S.
- Cuenta los polos N: Hay 3 trozos y cada uno tiene un polo N, así que hay 3 polos N (y 3 polos S).
- Orientación: Cada trozo conserva la misma orientación que el imán original: S a la izquierda y N a la derecha.
- Respuesta: 3 polos N. El extremo izquierdo del trozo del medio es un polo S.
Práctica
Predice la atracción y la repulsión, corta imanes en trozos, dibuja un campo con brújulas, lee líneas de campo y explica el campo de la Tierra y los dominios magnéticos. Primero inténtalo por tu cuenta y luego revisa tu trabajo con la clave de respuestas. Los PDF están en inglés.
- Hoja de práctica de Campos magnéticos (PDF) (en inglés)
- Clave de respuestas de la hoja de práctica de Campos magnéticos (PDF) (en inglés)
Diapositivas de la lección
Ideas clave
- Los polos opuestos se atraen y los polos iguales se repelen
- Las líneas de campo van de N a S fuera del imán y nunca se cruzan
- Las líneas muy juntas indican un campo más intenso
- Los polos vienen en pares; los dominios alineados forman imanes
De vuelta a la pregunta esencial: los imanes se empujan y se jalan sin tocarse porque todo imán está rodeado por un campo magnético. Las líneas de campo salen del polo N, se curvan y entran por el polo S, y otro imán o una brújula colocados en ese campo sienten una fuerza. En la siguiente lección, descubriremos que las corrientes eléctricas también crean campos magnéticos.
Alineación con NGSS
Esta lección avanza hacia las siguientes expectativas de desempeño de los Estándares de Ciencias de Nueva Generación (NGSS, por sus siglas en inglés):
- HS-PS3-5: Desarrollar y usar un modelo de dos objetos que interactúan mediante campos eléctricos o magnéticos para ilustrar las fuerzas entre los objetos y los cambios en la energía de los objetos debidos a la interacción.
Ideas disciplinarias básicas: PS2.B Tipos de interacciones; PS3.C Relación entre la energía y las fuerzas