¿Cómo funcionan los imanes?

Todos hemos jugado con estas piezas metálicas que parece que mágicamente atraen metales. Los usamos para hacer motores, bocinas, timbres, brújulas, para cerrar la puerta del refrigerador y hasta hacer trenes que levitan.

También les llamamos “magnetos” porque en la antigüedad se descubrieron estas piedras sorprendentes a las que hoy llamamos “magnetita” en una región de Turquía llamada “magnesia”, ocupada por los magnetos… un pueblo griego, no el villano de los Hombres X.

¿Cómo funcionan?

Los imanes, ya sean naturales o artificiales, crean a su alrededor un campo magnético que es capaz de atraer ciertos metales sin tocarlos, e incluso cuando hay de por medio otros objetos o el vacío. Si haces un experimento con limaduras de hierro ¡puedes hacer visible este campo!

Como seguramente sabes, toda la materia está hecha de átomos. Y en cada átomo hay electrones. Cada uno de estos electrones funciona como un diminuto imán: tiene un “spin”, o dirección en la que gira, y eso determina que tiene un polo norte y uno sur, y que crea un microscópico campo magnético. Si los electrones de un átomo se alinearan, generarían un campo magnético mayor. Pero los átomos de la mayor parte de los elementos tienen todas sus capas electrónicas llenas, formando pares, por lo que unos electrones cancelan el campo magnético de otros. Entonces, no todos los elementos pueden ser magnéticos. El mercurio, por ejemplo, tiene todos sus electrones “emparejados”, por lo que sus átomos no pueden ser magnéticos.El cromo, por otro lado, tiene átomos magnéticos, pero estos tienden alinearse de forma alternada, de manera que no pueden “cooperar” para formar un campo magnético mayor. Además, para que los átomos puedan alinearse, no deben estar demasiado calientes. Los únicos materiales que son imanes permanentes a temperatura ambiente son el gadolinio, el cobalto, el níquel y nuestra estrella: el hierro, que es de lo que está hecha la magnetita y los imanes que podemos comprar. Otras sustancias también pueden ser imanes, pero a temperaturas muy frías (ese umbral se llama “temperatura de Curie”).

Pero ¿por qué no todos los objetos hechos de hierro son magnéticos? Porque cada objeto de hierro está formado por secciones llamadas “dominios”, y generalmente sus átomos están orientados en diferentes direcciones.  Pero si sometes el objeto a un campo magnético muy fuerte ¡uno de los dominios prevalece y los demás se alinean con él! Y así es como se hacen los imanes. Actualmente los imanes más poderosos del mundo se hacen con una aleación de neodimio, hierro y boro. La estructura de sus cristales potencia la alineación de los campos magnéticos, haciéndolos tan poderosos que, si una parte de tu cuerpo quedara entre dos de ellos, podría fracturarla o perforarla.Así, el objeto completo tendrá un polo norte y un polo sur. ¿Y si lo cortas en dos, te quedarán dos imanes con un sólo polo? Pues no, los polos no son dos “partes” del imán, sino la dirección en que cada dominio, átomo y electrón están alineados. Si lo divides, obtienes dos imanes con su respectivos polos: los polos iguales se repelen y los opuestos se atraen.

Otra manera de crear un campo magnético es haciendo pasar una corriente eléctrica a través de un núcleo de hierro. Esto causa un efecto explicado por la teoría de la relatividad especial: la distancia entre las partículas en movimiento es es diferente que entre las partículas en reposo según la posición  del observador, lo que causa una diferencia de carga y, por lo tanto, un campo magnético.

Bueno y, en primer lugar ¿por qué los diminutos imanes que son los electrones crean campos magnéticos con la propiedad de atraer o repeler? ¿La verdad? ¡Es uno de los grandes misterios de la ciencia! Sólo sabemos que es una de las maneras en que los efectos cuánticos se manifiestan en nuestro mundo cotidiano.

Lo que sí sabemos es que la palabra “imán” viene del francés “aimant”, que a su vez viene del latín “adamant”, que significa “invencible”. ¡Igual que la palabra “adamantio”, que es el metal ficticio que usa Wolverine, de los Hombres X.

¡CuriosaMente!