Todos sabemos lo que son los imanes permanentes. Los imanes son cuerpos metálicos atraídos por otros imanes y algunos metales. Lo que se encuentra alrededor del imán e interactúa con los objetos circundantes (atrae o repele algunos de ellos) se llama campo magnético.
La fuente de cualquier campo magnético es el movimiento de partículas cargadas. Y el movimiento direccional de partículas cargadas se llama corriente eléctrica. Es decir, cualquier campo magnético es causado únicamente por corriente eléctrica.
La dirección de movimiento de las partículas cargadas positivamente se toma como la dirección de la corriente eléctrica. Si las cargas negativas se mueven, entonces la dirección de la corriente se considera opuesta al movimiento de tales cargas. Imagine que el agua fluye a través de una tubería anular. Pero asumiremos que cierta "corriente" en este caso se mueve en la dirección opuesta. La corriente eléctrica se indica con la letra I.
En los metales, la corriente se genera por el movimiento de electrones, partículas cargadas negativamente. En la figura a continuación, los electrones se mueven a lo largo del conductor de derecha a izquierda. Pero se cree que la corriente eléctrica se dirige de izquierda a derecha.
Esto sucedió porque cuando comenzaron a estudiar fenómenos eléctricos, no se sabía qué portadores transportan corriente con mayor frecuencia.
Si miramos este conductor en el lado izquierdo, de modo que la corriente va "de nosotros", entonces el campo magnético de esta corriente se dirigirá a su alrededor en el sentido de las agujas del reloj.
Si se coloca una brújula al lado de este conductor, entonces su flecha girará perpendicular al conductor, paralela a las "líneas de campo magnético", paralelas a la flecha negra del anillo en la figura.
Si tomamos una bola que tiene una carga positiva (que tiene un déficit de electrones) y la lanzamos hacia adelante, entonces aparecerá exactamente el mismo campo magnético de anillo alrededor de esta bola, girando en sentido horario alrededor de ella.
Después de todo, aquí también hay un movimiento dirigido de la carga. Un movimiento direccional de cargas es una corriente eléctrica. Si hay corriente, debería haber un campo magnético a su alrededor.
Una carga en movimiento (o muchas cargas, en el caso de una corriente eléctrica en un conductor) crea un "túnel" a su alrededor a partir de un campo magnético. Las paredes de este "túnel" son "más densas" cerca de la carga en movimiento. Cuanto más lejos de una carga en movimiento, más débil es la tensión ("fuerza") del campo magnético creado por ella. Cuanto más débil reacciona la aguja de la brújula a este campo.
El patrón de distribución de la intensidad del campo magnético alrededor de su fuente es el mismo que el patrón de distribución del campo eléctrico alrededor de un cuerpo cargado: es inversamente proporcional al cuadrado de la distancia a la fuente del campo.
Si una bola cargada positivamente se mueve en un círculo, entonces los anillos de los campos magnéticos que se forman a su alrededor se suman, y obtenemos un campo magnético dirigido perpendicular al plano en el que se mueve la carga:
El "túnel" magnético alrededor de la carga resulta estar doblado en un anillo y se asemeja a un toro (rosquilla) en forma.
Se obtiene el mismo efecto si el conductor actual se enrolla en un anillo. Un conductor de corriente enrollado en una bobina de múltiples vueltas se llama electroimán. Alrededor de la bobina se encuentran los campos magnéticos de las partículas cargadas que se mueven en ella: electrones.
Y si gira la bola cargada alrededor de su eje, tendrá un campo magnético, como la Tierra, dirigido a lo largo del eje de rotación. En este caso, la corriente que causa la aparición del campo magnético es el movimiento circular de la carga alrededor del eje de la bola: corriente eléctrica circular.
Aquí, de hecho, sucede lo mismo que cuando la pelota se mueve en una órbita anular. Solo el radio de esta órbita se reduce al radio de la bola misma.
Todo lo anterior es cierto para una bola cargada negativamente, pero su campo magnético se dirigirá en la dirección opuesta.
Este efecto fue descubierto en los experimentos de Rowland y Eichenwald. Estos caballeros registraron campos magnéticos cerca de discos rotativos cargados: junto a estos discos, la aguja de la brújula comenzó a desviarse. Las direcciones de los campos magnéticos, dependiendo del signo de la carga de los discos y la dirección de su rotación, se muestran en la figura:
Al girar un disco sin carga, no se detectaron campos magnéticos. No había campos magnéticos cerca de discos cargados estacionarios.
Modelo del campo magnético de una carga en movimiento.
Para recordar la dirección del campo magnético de una carga positiva en movimiento, nos presentaremos en su lugar. Levante la mano derecha hacia arriba, luego apúntela hacia la derecha, luego bájela hacia abajo, luego apunte hacia la izquierda y regrese la mano a su posición original: hacia arriba. Luego repite este movimiento. Nuestra mano describe los círculos en sentido horario. Ahora comience a avanzar mientras continúa girando con la mano. El movimiento de nuestro cuerpo es un análogo del movimiento de una carga positiva, y la rotación de la mano en el sentido de las agujas del reloj es un análogo del campo magnético de una carga.
Ahora imagine que hay una red elástica delgada y fuerte a nuestro alrededor, similar a las cadenas de espacio que pintamos, creando un modelo del campo eléctrico.
Cuando nos movemos a través de esta "red" tridimensional, debido a la rotación de la mano, se deforma, se mueve en el sentido de las agujas del reloj, formando una especie de espiral, como si se enrollara en una bobina alrededor de una carga.
Detrás, detrás de nosotros, la "web" restaura su estructura correcta. Algo como esto se puede imaginar como un campo magnético de una carga positiva que se mueve directamente.
Ahora trate de no moverse hacia adelante, sino en un círculo, por ejemplo, girando hacia la izquierda mientras camina, mientras gira la mano en el sentido de las agujas del reloj. Imagine que se está moviendo a través de algo que se parece a la gelatina. Debido a la rotación de su mano, dentro del círculo a lo largo del cual se mueve, la "gelatina" se moverá hacia arriba, formando una joroba por encima del centro del círculo. Y debajo del centro del círculo, se forma una cavidad debido al hecho de que parte de la gelatina se ha desplazado hacia arriba. Entonces puede imaginar la formación de los polos norte (joroba arriba) y sur (hueco abajo) durante el movimiento de una carga a lo largo de un anillo o su rotación.
Si camina hacia la derecha cuando camina, entonces la "joroba" (polo norte) se formará desde abajo.
Del mismo modo, podemos formarnos una idea del campo magnético de una carga negativa en movimiento. Solo gire con la mano en la dirección opuesta, en sentido antihorario. En consecuencia, el campo magnético se dirigirá en la dirección opuesta. Solo cada vez, vigile de qué lado su mano empuja "gelatina".
Tal modelo demuestra claramente por qué el polo norte de un imán es atraído hacia el polo sur de otro imán: la "joroba" de uno de los imanes se introduce en la "cavidad" del segundo imán.
Y este modelo también muestra por qué no hay polos de imanes norte y sur separados, sin importar cómo los cortemos: el campo magnético es una "deformación espacial" de vórtice (cerrada) alrededor de la trayectoria de una carga en movimiento.
Girar
Se descubrió que un electrón tiene un campo magnético, como debería ser si fuera una bola que gira alrededor de su eje. Este campo magnético se llamó giro (del inglés a spin - to spin).
Además, el electrón también tiene un momento magnético orbital. Después de todo, un electrón no solo "gira", sino que se mueve en una órbita alrededor del núcleo de un átomo. Y el movimiento de un cuerpo cargado genera un campo magnético. Como el electrón está cargado negativamente, el campo magnético causado por su movimiento en la órbita se verá así:
Si la dirección del campo magnético causada por el movimiento del electrón en su órbita coincide con la dirección del campo magnético del electrón mismo (su giro), estos campos se suman y amplifican. Si estos campos magnéticos se dirigen en diferentes direcciones, se restan y se debilitan entre sí.
Además, los campos magnéticos de otros electrones del átomo se pueden sumar o restar entre sí. Esto explica la presencia o ausencia de magnetismo (reacción a un campo magnético externo o la presencia de su propio campo magnético) de algunas sustancias.
Este artículo es un extracto de un libro sobre los fundamentos de la química. El libro en sí está aquí:
sites.google.com/site/kontrudar13/himiaUPD: El material está destinado principalmente a estudiantes de secundaria. Quizás Habr no es un lugar para tales cosas, pero ¿dónde está el lugar? No el.