Veinte ejemplos de magnetismo

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Veinte ejemplos de magnetismo en el trabajo

1. Imanes de nevera- obras de arte & mensajes
2. Imanes de nevera- para sellar y cerrar las puertas
3. Dispositivos de sujeción del taller de mecánica metálica
4. Levantamiento de chatarra y acerías
5. Separación de materiales
6. Creación de isótopos de radiación
7. Investigación en física pura
8. Motores- automoción, cortadora de césped, batidora de cocina
9. Incontinencia- sustitución de la válvula de la vejiga
10. Dentaduras
11. Levitación de trenes
12. Navegación a través de la brújula
13. Etiquetas de seguridad de artículos de tiendas y bibliotecas
14. Tiburón Navegación
15. Radiografía para el análisis de la humedad &del contenido de grasa
16. Radiografía para imágenes del cuerpo y de los órganos
17. Transformadores de la línea de transmisión
18. Cabezales de grabación-. VCR, audio & casetes de vídeo, unidades de disco duro & disquetes
19. Soportes de grabación- VCR, audio & casetes de vídeo, unidades de disco duro & disquetes, discos magneto-ópticos
20. Tarjetas de crédito & tarjetas bancarias ATM

El magnetismo existe en dos formas, existe en los objetos y en el aire. Cuando el magnetismo se observa en los objetos, está representado por un grupo de cosas llamadas «dipolos», y se denomina con la letra «m». Cuando el magnetismo se observa en el aire, se llama simplemente «campo aplicado», y se denomina con la letra «h».

Un dipolo es una pequeña unidad de magnetización que consta de una fuerza y una dirección. El dipolo 1 (véase la figura 1) tiene una fuerza específica (designada por el área del círculo), y una dirección similar a la de la una. El dipolo 2 (véase la figura 2) tiene una fuerza que es el doble de la del dipolo 1, y su dirección es similar a la de las nueve. Un objeto magnético exhibe una magnetización total (m) que depende de la combinación de todos los dipolos dentro del objeto.

Figura 1- Dipolo 1

Figura 2 -Dipolo 2

Un campo aplicado existe generalmente por una de las dos razones siguientes. Razón nº 1 – la magnetización global de un objeto se forma de tal manera que envía parte de su fuerza al aire circundante. Razón nº 2 – la electricidad que pasa por un cable genera un campo aplicado. Es importante señalar que ambas formas de campo aplicado pueden coexistir, ya sea de forma cooperativa o no cooperativa. Como en el caso del dipolo, un campo aplicado tiene una intensidad y una dirección. El campo aplicado 1 (véase la figura 3) tiene una intensidad designada por la longitud de su flecha, y una dirección similar a la de las tres horas. El campo aplicado 2 (véase la figura 4) tiene una intensidad designada como la mitad de la del campo aplicado 1 y una dirección similar a la de las seis.

Figura 3 – Campo aplicado 1

Figura 4- Campo aplicado 2

Cada grupo de dipolos representados en la figura 5a y en la figura 5b representa algunos escenarios o situaciones magnéticas diferentes. Si se considera que cada una de estas situaciones puede existir en cualquier objeto magnético, entonces ciertas combinaciones de grupos de dipolos pueden utilizarse para definir los dos tipos básicos de objetos magnéticos; un objeto duro, y un objeto blando.

Figura 5a- Grupo de dipolos que representan un objeto duro

Un objeto duro es aquel que se describiría mejor como si tuviera un comportamiento asociado a una secuencia de eventos que corresponden primero a ‘A’, luego a ‘B’ y después a ‘C’. ‘A’ describe un grupo de dipolos en un objeto donde no hay campo aplicado; cada dipolo está orientado en una posición única. B» describe un grupo de dipolos en un objeto en el que hay un campo aplicado; cada dipolo está alineado con el campo aplicado de forma similar a las tres en punto. ‘C’ describe un grupo de dipolos en un objeto, donde el campo aplicado de ‘B’ acaba de ser eliminado; tenga en cuenta que algunos de los dipolos no han vuelto a sus posiciones originales en ‘A’, sino que han tomado una nueva posición única.

Figura 5b- Grupo de dipolos que representan un objeto blando

Un objeto blando se describiría mejor si su comportamiento se asociara con una secuencia de eventos correspondientes primero a ‘A’ y luego a ‘B’ y finalmente a ‘D’. ‘A’ describe un grupo de dipolos en un objeto, donde no hay campo aplicado; cada dipolo está orientado en una posición única. B» describe un grupo de dipolos en un objeto, donde hay un campo aplicado; cada dipolo está alineado con el campo aplicado de forma similar a las tres en punto. ‘D’ describe un grupo de dipolos en un objeto, donde el campo aplicado de ‘B’ acaba de ser eliminado; tenga en cuenta que todos los dipolos han vuelto a sus posiciones originales en ‘A’.

El campo aplicado cambió la naturaleza de los objetos duros y blandos. El objeto duro conservó algunas de las nuevas características creadas por el campo aplicado, mientras que el objeto blando no conservó ninguna de las nuevas características creadas por el campo aplicado. Estos comportamientos definen la diferencia esencial entre los objetos duros y blandos, y también establece claramente qué objeto debe utilizarse para realizar los ejemplos de magnetismo en el trabajo.

Las leyes de la física requieren que toda la materia exista en su estado de energía más bajo posible. Esto significa que a medida que las condiciones ambientales cambian, la materia se adaptará para permanecer en el estado de energía más bajo posible. Un objeto magnético puede experimentar miles de situaciones ambientales donde un cambio en el campo aplicado implica una nueva situación ambiental.

Hay dos tipos principales de objetos duros. La primera clase de objetos duros se llama imanes permanentes, y la segunda clase se llama medios de grabación. Ambos tipos de objetos duros comparten la capacidad de almacenar (o retener) energía, aunque cada uno almacena esta energía de manera diferente.

Los imanes permanentes son objetos construidos con un grupo especial de minerales combinados. Estos minerales una vez unidos generalmente no exhiben magnetismo hasta que el imán se carga con el proceso descrito anteriormente. Todo el objeto exhibe el mismo carácter en cooperación y el objeto se utiliza un dispositivo de energía almacenada.

Los medios de grabación son objetos construidos con un grupo diferente de minerales especialmente combinados. Aunque diferentes, estos objetos generalmente no exhiben ningún magnetismo hasta que también experimentan una secuencia de eventos similares al proceso descrito anteriormente. La diferencia en este caso es que el campo aplicado que se utiliza; suministra una cantidad concentrada de energía a una porción localizada muy pequeña del objeto. Esto permite almacenar energía en diferentes lugares del objeto. De hecho, es posible almacenar energía en patrones diseñados en el objeto; lo que corresponde directamente a la información que un individuo está tratando de archivar en el medio de grabación.

Básicamente, sólo hay un tipo de objeto blando. Para estos objetos también se utilizan minerales especialmente combinados; aunque, como ya se ha dicho, estos objetos no retienen ninguna energía. No obstante, son muy útiles, porque tienen la capacidad de organizar y a veces amplificar la energía de un campo aplicado cuando está presente.

La energía comúnmente asociada al magnetismo es bastante útil para crear grandes cantidades de fuerzas tanto atractivas como repulsivas. Los siguientes diagramas son útiles para representar las diferencias entre los dos tipos de fuerzas y las situaciones necesarias para que se produzcan cambios de dirección. La repulsión se designa con la letra «R» (véase la figura 6) y la atracción con la letra «A» (véase la figura 7). Las fuerzas que se producen en ambos casos son el resultado directo de los dipolos que intentan reducir sus energías al estado más bajo posible. Normalmente, esto requiere algún tipo de movimiento; ya sea de atracción o de repulsión. Si uno de los dipolos de la interacción se fija en su lugar, entonces el dipolo que está libre de restricciones será el único que se mueva.

Figura 6- Repulsión entre dipolos

Figura 7- Atracción entre dipolos

Ahora pasemos a los ejemplos …

1. Imanes de nevera – obras de arte & mensajes :

Un imán de nevera es un objeto duro, y más concretamente un imán permanente. Cuando este imán se sostiene en la mano, se ha adaptado a su situación actual y descansa en su estado energético más bajo posible. Si ahora mueves este imán hacia la puerta de la nevera (que es un objeto blando) le has dado al imán una nueva condición ambiental o situación. El imán se adaptará para alcanzar el nuevo estado energético más bajo posible. En concreto, lo hará enviando una parte de su energía a la puerta del frigorífico, que la absorberá. Este proceso de minimización de la energía ilustra lo que se ha descrito anteriormente como atracción; el imán de la nevera será atraído por la puerta del frigorífico. Se puede aprovechar esta fuerza de atracción y utilizar el imán para sujetar obras de arte o mensajes a la puerta; sin embargo, habrá un límite en el peso que el imán puede soportar.

2. Imanes para frigoríficos – para sellar y cerrar las puertas :

Los fabricantes de frigoríficos utilizan los conocimientos descritos anteriormente no sólo para cerrar la puerta cuando se acerca razonablemente al marco del frigorífico, sino también para tirar de la puerta, que tiene una junta magnética permanente a lo largo del borde interior, muy ajustada al marco del frigorífico. Esto consigue dos cosas: permite al propietario la libertad de no cerrar la puerta de golpe, y proporciona un sellado térmico extremadamente eficaz.

3. Dispositivos de sujeción en el taller de maquinaria metálica :

En un taller de maquinaria es primordial que las piezas de metal se mantengan firmemente en su sitio. Si esto se consigue, los accidentes y los errores son menos frecuentes y menos perjudiciales. Utilizando el mismo conocimiento de arriba, es posible producir fuerzas de atracción que son lo suficientemente grandes para hacer dos cosas. En primer lugar, las fuerzas de atracción son suficientes para sostener una pieza de metal más pesada que el propio imán, y en segundo lugar, las fuerzas de atracción son capaces de soportar las fuerzas adicionales creadas por las diversas operaciones de la máquina. Un requisito de estas fuerzas de atracción es que puedan activarse y desactivarse a voluntad. Esto requiere un desvío inteligente de la energía del imán fuera del metal sujetado.

4. Levantamiento de chatarra y acería :

En un depósito de chatarra o una acería, es necesario levantar y reubicar grandes cantidades de metal. Como el metal es en gran parte acero, es un objeto blando. Con los conocimientos mencionados anteriormente, se utiliza el magnetismo para realizar esta tarea. Una grúa muy grande que utiliza un electroimán o un conjunto de objetos magnéticos duros en el extremo de su cable es capaz de recoger, reubicar y liberar las piezas de acero.

5. Separación de materiales :

Las minas de diversos tipos utilizan el magnetismo para separar los materiales que se recogen. Las fuerzas de atracción, similares a las descritas anteriormente, se colocan cerca de una cinta transportadora que transporta los materiales extraídos. A medida que los objetos magnéticos blandos se mueven por el conjunto magnético, se alejan del transportador que contiene el material deseado y se desvían a la zona de recogida. Existen varios grados de sofisticación que permiten a la mina ser bastante selectiva en su recogida y separación de materiales.

6. Creación de isótopos de radiación :

Muchas formas de investigación médica utilizan la radiación en forma de isótopos. Estos isótopos se utilizan para aislar y observar diversas formas de problemas médicos; la diabetes, el cáncer y el SIDA son sólo algunos ejemplos. La mayoría de estos isótopos se fabrican; no abundan en sus formas naturales. Los conocimientos presentados anteriormente se utilizan en realidad para producir estos isótopos. Un dispositivo llamado acelerador proporciona a un elemento (como el fósforo) una enorme cantidad de energía que hace que el elemento cambie de estado y emita radiación para minimizar su energía.

7. Investigación en física pura :

Los experimentos de física subatómica utilizan el magnetismo para crear y observar las estructuras más pequeñas de la materia. Se generan fuerzas de atracción y repulsión mediante el magnetismo en cámaras de ambiente controlado. Se predicen las respuestas de ciertas estructuras de la materia en circunstancias controladas. La observación de las respuestas reales aclara o refuta las predicciones. Esto permite a la sociedad obtener una comprensión más clara de en qué consiste la materia, y nos equipa mejor para resolver los problemas futuros.

8. Motores – automóvil, cortacésped, batidora de cocina :

Los fabricantes de motores utilizan los mismos conocimientos anteriores para producir la rotación en sus motores. Un motor está dividido en varias zonas en forma de cuña. Las señales eléctricas sincronizadas generan pequeñas fuerzas de atracción que hacen girar el motor de una región en forma de cuña a la siguiente. La velocidad del motor está directamente relacionada con la velocidad a la que se repiten las señales eléctricas.

9. Incontinencia-sustitución de la válvula de la vejiga :

Desgraciadamente, algunas personas sufren una incapacidad para orinar a demanda; ésta es una forma de incontinencia. En un esfuerzo por ayudar a estas personas, se han desarrollado válvulas de vejiga artificiales. Estas válvulas se implantan quirúrgicamente en el interior del individuo. La válvula contiene un fluido que contiene cantidades de un objeto blando dispersado uniformemente en el fluido. Un imán permanente que produce una fuerza de atracción se utiliza entonces para mover la válvula y abrir las vías urinarias.

10. Dentaduras postizas :

Una nueva forma de adhesión de dentaduras postizas utiliza los conocimientos anteriores. Se implantan quirúrgicamente pequeños trozos de imán permanente en las encías de un individuo, y se colocan trozos de objetos blandos en porciones seleccionadas de la dentadura. Cuando la dentadura se coloca en su sitio, se produce una adhesión por atracción.

11. Levitación de trenes :

La repulsión magnética se utiliza para levitar trenes. Un conjunto de dipolos muy fuertes (el tren) experimenta una fuerza de repulsión de otro conjunto de dipolos (la vía). Como resultado, el tren se aleja lo más posible de la vía y es levitado, al menos parcialmente. Esta levitación reduce la resistencia que experimenta el tren para moverse (fricción). Así, el tren necesitará menos combustible para desplazarse de una estación a otra y podrá moverse también a mayor velocidad.

12. Navegación por medio de la brújula :

La navegación por medio de la brújula se logra porque la tierra genera magnetismo. Geográficamente, la parte superior del globo terráqueo se denomina «Polo Norte» y la parte inferior «Polo Sur». Actualmente, el «Polo Norte» de la Tierra es un polo sur magnético, y el «Polo Sur» de la Tierra es un polo norte magnético. Una brújula en el lugar «A» de la Tierra apuntará al «Polo Norte» de la Tierra. Si tenemos en cuenta los conocimientos atractivos que hemos aprendido anteriormente, resulta evidente que el extremo de la brújula marcado con una «N» debe ser magnéticamente un polo norte, y el extremo de la brújula marcado con una «S» debe ser magnéticamente un polo sur. Esta configuración para la brújula le permite minimizar su energía apuntando al ‘Polo Norte’ de la Tierra, que por supuesto proporciona nuestra referencia direccional.

13. Etiquetas de seguridad de artículos de tiendas y bibliotecas :

Para las medidas de seguridad es necesario determinar si un objeto (ya sea un libro en una biblioteca o un par de vaqueros en una tienda) sale de una zona designada sin permiso. Este control puede hacerse con magnetismo. Como hemos visto, un grupo de dipolos puede tener respuestas únicas a su entorno. Algunos objetos blandos y algunas combinaciones de objetos duros y blandos en un patrón de mosaico presentan respuestas tan únicas que pueden utilizarse como «etiquetas». Si una persona abandona la zona designada adecuadamente, la etiqueta se neutraliza o se retira. Si no lo hace, la «etiqueta» activa los sistemas de detección y suena una alarma que notifica el problema a las autoridades.

14. Navegación de los tiburones :

Los tiburones navegan en el océano en referencia al ‘Polo Norte’ y al ‘Polo Sur’ de la Tierra. Mientras nadan, mueven regularmente la cabeza de un lado a otro. Se ha descubierto que tienen pequeños elementos sensores en la cabeza que convierten la energía magnética de la Tierra en impulsos eléctricos. Estos impulsos son utilizados por el tiburón para mantener una referencia direccional para la navegación.

La resonancia magnética nuclear también se produce como resultado de la minimización de la energía. Hace mucho tiempo, los físicos formularon la hipótesis de un conjunto único de condiciones ambientales que harían que un dipolo magnético girara continuamente como un trompo (o resonara) para minimizar su energía. Los dipolos libres en presencia de las siguientes condiciones ambientales únicas producirán resonancia magnética; un campo aplicado de alineación fuerte en una dirección similar a las doce en punto, y un campo aplicado oscilante pulsado (de corta duración) en la dirección similar a las tres en punto. (véase la figura 8) El campo aplicado oscilante pulsado tiene la forma de una función sinusoidal a una frecuencia que se encuentra en el rango de la radiofrecuencia (varios millones de ciclos por segundo). La frecuencia determina cuántas veces se repite una función en un tiempo determinado. Cuanto más rápida sea la frecuencia, más rápido cambiará la función y más ciclos se habrán producido.

El resultado del experimento hipotético anterior nos ha proporcionado una herramienta de observación extremadamente importante que no es invasiva; esto significa que el material u objeto observado no se altera ni se destruye. Esta técnica se denomina Resonancia Magnética (RM).

15. Resonancia magnética para el análisis del contenido de humedad & grasa :

La resonancia magnética es utilizada por los fabricantes de alimentos (como Pepperidge Farm) para controlar y optimizar el contenido de agua y grasa en sus ingredientes con el fin de determinar y mantener el sabor y la vida útil. Se colocan pequeñas cantidades de materiales en un dispositivo que duplica las condiciones anteriores. La respuesta de resonancia se controla y se correlaciona directamente con el contenido de agua o grasa. Esto se consigue porque tanto el agua como la grasa contienen dipolos magnéticos y su respuesta es lo suficientemente diferente como para ser distinguida.

16. Resonancia magnética para imágenes de órganos corporales:

La resonancia magnética se utiliza para producir imágenes tridimensionales de los órganos del cuerpo con una claridad y una resolución que superan las de los rayos X convencionales, y sin el uso de rayos X nocivos. La producción de una imagen útil requiere un conjunto de condiciones aún más especial que el descrito anteriormente. La alineación del campo aplicado sigue siendo necesaria, pero este campo tiene ahora dos componentes, un «campo uniforme» y un campo de gradiente. Un campo uniforme es un campo que tiene una magnitud sobre un volumen como una esfera de 16 pulgadas de diámetro que difiere de la media en sólo 30 o 40 partes por millón (ppm), o alternativamente en sólo 0,003 o 0,004 por ciento (%) en cualquier parte de la esfera. El campo de gradiente es un campo que cambia linealmente con la distancia desde el centro de la esfera a medida que uno se mueve hacia el borde de la esfera. Este campo de gradiente proporciona un medio para determinar las relaciones espaciales durante la producción de la imagen y, por lo tanto, es uno de los principales contribuyentes al aumento de la claridad y la resolución que proporciona una resonancia magnética. El campo uniforme y el campo de gradiente se utilizan simultáneamente para alinear los dipolos en la región de observación. Estos dipolos minimizan sus energías al alinearse con el campo. Ahora se introduce el campo pulsado; como se ha descrito anteriormente, los dipolos resonarán para minimizar sus energías de la mejor manera posible. Esta resonancia es monitoreada y registrada como un impulso eléctrico. Se aplicará una secuencia de diferentes campos de gradiente que cubrirán toda la zona del órgano de interés. Una vez recogidos todos los datos (se tarda cerca de una hora) se procesan en un potente ordenador para producir la imagen en 3D.

17. Transformadores de líneas de transmisión :

Los objetos magnéticos blandos son utilizados por las compañías eléctricas. Los grandes transformadores (tanto residenciales como industriales) convierten la energía de una forma en energía de otra forma. En concreto, transforman la tensión de una magnitud en una tensión de 110 o 220 voltios, que son las tensiones típicas de los electrodomésticos. Las líneas de transmisión contienen varios miles de voltios, y se utiliza un transformador que contiene objetos magnéticos blandos para convertir esta gran amplitud de tensión en los 110 y 220 voltios que se utilizan en su casa.

18. Cabezales de grabación – VCR, cintas de audio & vídeo, unidades de disco duro & :

Se utiliza una secuencia de codificación especial para lograr el almacenamiento de información. Esta secuencia de codificación requiere que la energía (en forma de campos aplicados) se presente a los medios de almacenamiento en pequeñas áreas organizadas. Los objetos magnéticos blandos se utilizan para canalizar esta energía magnética en lugares apropiados para lograr el almacenamiento de la información.

19. Medios de grabación- VCR, casetes de audio & video, unidades de disco duro & :

Como se mencionó anteriormente, los medios de grabación son objetos magnéticos duros. Estos soportes se utilizan mucho en nuestra vida cotidiana, ya sea directa o indirectamente. La información deseada se guarda en el material magnético para su posterior recuperación. Además, podemos grabar y regrabar a nuestro antojo sin que se degraden sus prestaciones o capacidades.

20. Tarjetas de crédito &Tarjetas bancarias ATM :

La mayoría de las tarjetas de crédito contienen una tira de objeto magnético duro en el reverso de la tarjeta. Esta banda contiene información codificada; concretamente, su(s) nombre(s), su(s) número(s) de cuenta y, probablemente, algunos otros elementos especiales. Cuando usted hace una compra con una tarjeta de crédito, es raro que el dependiente tenga que hablar con alguien para aclarar su capacidad para comprar un artículo. En su lugar, el dependiente pasará su tarjeta por una pequeña caja. Esta caja es una interfaz inteligente entre la tienda y la oficina de la tarjeta de crédito. La pequeña caja lee la información de su tarjeta de crédito y la transmite directamente al ordenador de la tarjeta de crédito a través de una línea telefónica. El empleado introduce el importe de la compra y espera el número de aprobación. Si utiliza un cajero automático (ATM), el cajero accederá a la información de su cuenta desde su tarjeta y luego le pedirá que inicie las transacciones bancarias. Cualquiera de sus selecciones están controladas por ordenador y totalmente automatizadas y todas iniciadas por magnetismo.