Definición de Imán

Ángel Zamora Ramírez
Licenciado en Física

Un imán es un objeto capaz de generar un campo magnético y que puede ejercer fuerzas magnéticas sobre otros imanes o sobre otros objetos que tengan propiedades magnéticas. Los imanes tienen un amplio espectro de aplicaciones en muchos ámbitos del quehacer humano.

Muchos de nosotros hemos tenido imanes en nuestras manos y nos hemos fascinado con las fuerzas que de ellos emergen. No obstante, pudiera pasar casi desapercibido que podemos encontrar imanes en más lugares de los que imaginamos. Los imanes están presentes en muchos de los dispositivos electrónicos que usamos con regularidad, son ampliamente utilizados en la industria, en la medicina se utilizan para realizar las Imágenes por Resonancia Magnética, en los grandes aceleradores de partículas son utilizados para guiar a las partículas que viajan rápidamente y los átomos por sí mismos pueden comportarse como pequeños imanes.

Paramagnetismo, Ferromagnetismo y Temperatura de Curie

Prácticamente, todas las partículas subatómicas poseen una propiedad llamada “Spin”, la cual a su vez está relacionada con otra magnitud llamada “Momento Magnético”. Esto quiere decir que las partículas subatómicas se comportan como pequeños imanes.

Esto mismo ocurre si aumentamos un poco la escala, pues muchos átomos poseen un momento magnético neto que hace que se comporten como pequeños imanes. La razón detrás de esto es el Principio de Exclusión de Pauli que hace que los protones y neutrones en el núcleo, y los electrones en los orbitales, se acomoden conforme a su nivel de energía y sus propiedades, incluido el spin. Por lo tanto, algunos átomos terminan con spin nulo, pero muchos terminan con un spin y un momento magnético neto.

Aquí puede surgir la pregunta, ¿Por qué si muchos átomos tienen momento magnético no todos los materiales tienen propiedades magnéticas? Pues la respuesta a esto lo tienen la Mecánica Estadística y la Mecánica Cuántica, aunque en este texto intentaremos resumirlo lo mejor posible.

En muchos materiales los momentos magnéticos de los átomos individuales se encuentran orientados de manera aleatoria. Cuando se aplica un campo magnético externo, estos momentos magnéticos se orientan levemente y puedan dar lugar a un débil campo magnético debido a ello. Este fenómeno se conoce como “Paramagnetismo” y a los materiales que poseen esta cualidad se les denomina “Paramagnéticos”. Algunos ejemplos de materiales paramagnéticos son el magnesio, el aluminio y el aire.

Cabe destacar que, en los materiales paramagnéticos, este débil campo magnético inducido persiste mientras exista el campo magnético externo, una vez que se retira el campo magnético externos los momentos magnéticos de los átomos del material se vuelven a orientar de manera aleatoria y se pierde su magnetismo.

Sin embargo, existe algunos materiales en los que se pueden identificar zonas en las que los momentos magnéticos de los átomos se encuentran alineados y orientados hacia alguna dirección, estas zonas se conocen como “Dominios Magnéticos”. Cuando se aplica un campo magnético externo sobre estos materiales todos sus dominios magnéticos se alinean con las líneas de campo y se obtiene un campo magnético muy fuerte de ellos. Este fenómeno se conoce como “Ferromagnetismo” y a los materiales que poseen estas características se les llama “Ferromagnéticos”. Algunos ejemplos de materiales ferromagnéticos son el hierro, el cobre y el níquel.

A parte de que este tipo de materiales pueden generar fuertes campos magnéticos, en algunos casos sus propiedades magnéticas persisten aun cuando el campo magnético externo ha desparecido, es decir, se convierten en imanes permanentes. Esta peculiaridad de los materiales ferromagnéticos los hace muy útiles.

Es importante mencionar que las propiedades ferromagnéticas de un material dependen de su temperatura. Si el material se encuentra a una mayor temperatura sus átomos se mueven más y puede llegar un momento en que sus dominios magnéticos se pierden y por lo tanto también pierde sus propiedades ferromagnéticas. La “Temperatura de Curie” es la temperatura a la cual un material ferromagnético se convierte en paramagnético. Por ejemplo, la temperatura de Curie para el hierro es de 1044 K, más allá de esa temperatura el hierro pierde sus propiedades ferromagnéticas.

Electroimanes

Hasta el momento hemos hablado de algunos materiales que poseen propiedades magnéticas y que pueden convertirse en imanes bajo ciertas condiciones. No obstante, también existe otra manera con la que se pueden generar imanes y es a través de corrientes eléctricas.

Cuando una corriente eléctrica circula a través de un cable, se genera alrededor de este un campo magnético. Este fenómeno ocurre siempre que se tenga una corriente eléctrica, por lo que se ha aprovechado para fabricar un tipo de imán llamado “Electroimán”. Los electroimanes son dispositivos capaces de generar campos magnéticos cuando una corriente eléctrica pasa a través de ellos.

Existen muchos tipos de electroimanes de distintas formas, cada una dependiendo de la forma del campo magnético que se quiere obtener. Las formas más comunes y utilizadas son los solenoides y los toroides. La ventaja de los electroimanes es que la magnitud del campo magnético que generan es directamente proporcional a la corriente eléctrica que fluye a través de ellos, por lo que se tiene un control total sobre la magnitud del campo magnético que generan.

Por: Ángel Zamora Ramírez. Licenciado en Física egresado de la Universidad de Colima. Maestro en Ciencias en Ingeniería y Física Biomédicas egresado del CINVESTAV. Amante de la divulgación científica.

Art. actualizado: Marzo 2024; sobre el original de mayo, 2011.

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