Los imanes son objetos que atraen a otros objetos de metal. Esta propiedad de atracción es lo que los hace útiles para sostener un papel en un refrigerador, pero también para hacer imágenes médicas. Pero, ¿cómo funcionan los imanes? ¿Por qué tienen polos norte y sur?
En la materia, incluidos los imanes, los electrones generan su propio campo magnético, al que los científicos se refieren como «espín». Si suficientes de estos pequeños campos magnéticos apuntan en la misma dirección, el material se vuelve magnético. El «giro» de un electrón es algo abstracto, y nadie lo ha visto aún. Pero los físicos saben que los electrones tienen un campo magnético porque lo han medido.
La ciencia detrás de los imanes y su funcionamiento
En los átomos, el núcleo está rodeado por uno o más electrones cargados negativamente. Los electrones se emparejarán de modo que sus espines se cancelen, haciendo que el magnetismo neto de un átomo sea cero. Pero en algunos elementos, como el hierro, eso no puede suceder. La cantidad de electrones y la forma en que están posicionados alrededor del núcleo significa que cada átomo de hierro tendrá un electrón desapareado que genera un pequeño campo magnético.
En un material no magnetizado, estos campos magnéticos individuales apuntan en diferentes direcciones aleatorias. En ese estado, en su mayoría se cancelan entre sí, por lo que el material no es magnético en general. Pero bajo las condiciones adecuadas, los diminutos campos magnéticos subatómicos pueden alinearse para apuntar en la misma dirección. La combinación de esos campos magnéticos muy pequeños crea un campo magnético más grande, por lo que el material se convierte en un imán.
Muchos de los imanes que se utilizan en la vida cotidiana, como los imanes de nevera, se conocen como imanes permanentes. En estos materiales, los campos magnéticos de muchos átomos en el material se alinearon permanentemente por alguna fuerza externa, como al ser colocados dentro de un campo magnético más poderoso.
El enigma del monopolo magnético
La electricidad y el magnetismo están fundamentalmente ligados, porque los campos magnéticos son generados por el movimiento de cargas eléctricas. Pasar suficiente corriente a través de una bobina de alambre genera un campo magnético muy fuerte que dura mientras fluye la corriente. Estos electroimanes se usan a menudo en la investigación física, pero también en herramientas médicas como las máquinas de imágenes por resonancia magnética (IRM).
La Tierra también tiene su propio campo magnético, lo que hace que la aguja de una brújula funcione. Los científicos han definido el polo norte de un imán como el extremo que apuntaría hacia el polo norte de la Tierra si el imán pudiera girar libremente. Pero técnicamente, esto significa que el polo norte magnético de la Tierra es en realidad un polo sur magnético, ya que los polos opuestos se atraen.
Los expertos en física han identificado distintas disposiciones de polos magnéticos, como los cuadrupolos, que consisten en una combinación de polos norte y sur ubicados en forma de cuadrado. Sin embargo, un reto sigue siendo muy difícil de superar, según Ferracin: hasta ahora no se ha encontrado un monopolo magnético.
Los electrones y los protones son monopolos eléctricos, lo que significa que tienen una sola carga eléctrica positiva o negativa. No obstante, los electrones y otras partículas tienen dos polos magnéticos, lo que ha despertado el interés de muchos físicos. Encontrar una partícula con un solo polo magnético sería como encontrar el santo grial, ya que desafiaría las leyes de la física actuales. Este descubrimiento representa un gran desafío para los expertos en la materia.
Referencias:
Why do magnets have north and south poles?: https://www.livescience.com/physics-mathematics/why-do-magnets-have-north-and-south-poles
