Física y Química 3.º ESO · Imanes y magnetismo terrestre
El campo magnético de un imán: líneas de campo
Objetivo: Al terminar, sabrás dibujar las líneas de campo de un imán recto y de uno de herradura a partir de lo que muestran las limaduras de hierro y las brújulas, y explicar qué ocurre al partir un imán.
Explicación
El campo magnético
Alrededor de un imán hay una zona en la que se notan sus efectos: atrae objetos de hierro y orienta las brújulas. Esa zona es el campo magnético del imán.
El campo no se ve, pero se puede visualizar:
- con limaduras de hierro esparcidas sobre una hoja colocada encima del imán: se colocan formando líneas;
- con brújulas pequeñas alrededor del imán: cada aguja se orienta siguiendo esas líneas.
Las líneas de campo
Las líneas que dibujan las limaduras se llaman líneas de campo. Para dibujarlas:
- Salen del polo norte y entran por el polo sur (por fuera del imán). Se dibujan con flechas en ese sentido.
- Nunca se cortan.
- Están más juntas donde el campo es más intenso: cerca de los polos.
- Una brújula colocada en un punto se pone en la dirección de la línea, y su polo norte apunta en el sentido de la flecha.
Imán recto
Las líneas salen del N, rodean el imán por los dos lados y entran por el S. Las limaduras se acumulan en los polos y hay muy pocas en el centro del imán.
Imán de herradura
Los dos polos están uno frente al otro. Entre los polos, las líneas son casi rectas y paralelas, de N a S: ahí el campo es casi uniforme.
Dos imanes enfrentados
- N frente a S: las líneas pasan de un imán al otro (se atraen).
- N frente a N: las líneas se apartan unas de otras y en el centro queda una zona sin líneas (se repelen).
¿Y si partimos un imán?
Al partir un imán por la mitad no se separan el polo norte y el polo sur: se obtienen dos imanes completos, cada uno con su N y su S. Por mucho que se divida, cada trozo sigue siendo un imán con dos polos. No se puede aislar un polo.
Puntos clave
- El campo magnético es la zona alrededor de un imán donde se notan sus efectos.
- Las líneas de campo salen del polo N y entran por el S (por fuera del imán) y nunca se cortan.
- Donde las líneas están más juntas (polos), el campo es más intenso.
- Una brújula se orienta según la línea de campo; su N apunta en el sentido de la flecha.
- Al partir un imán se obtienen dos imanes completos: no se puede aislar un polo.
Errores frecuentes
ErrorDibujar las líneas sin flechas o con flechas del S al N.
Cómo corregirloPor fuera del imán, las flechas van siempre de N a S.
ErrorDibujar líneas que se cruzan.
Cómo corregirloEn cada punto la brújula solo puede señalar una dirección, así que las líneas nunca se cortan.
ErrorCreer que al partir un imán por la mitad queda un trozo «norte» y otro «sur».
Cómo corregirloEn la zona del corte aparecen dos polos nuevos: cada trozo es un imán completo con N y S.
Ejemplos resueltos
Ejemplo 1. Limaduras sobre un imán recto experimental
Colocas una hoja de papel sobre un imán recto y esparces limaduras de hierro. Das unos golpecitos a la hoja. a) Describe lo que ves. b) Dibuja las líneas de campo.
Resolución
a) Las limaduras se ordenan formando líneas curvas que van de un extremo del imán al otro, rodeándolo. Hay muchas limaduras en los polos y casi ninguna en el centro del imán.
b) Dibujo: el imán en el centro con N a la izquierda y S a la derecha. Las líneas salen del N, se curvan por encima y por debajo del imán y entran por el S, con flechas de N a S. Cerca de los polos, las líneas están muy juntas; lejos del imán, más separadas.
Ejemplo 2. Brújulas alrededor de un imán gráfico (orientación de brújulas)
Colocas un imán recto en la mesa con el polo N a la izquierda y el S a la derecha. Pones cuatro brújulas pequeñas: A, justo a la izquierda del polo N; B, justo a la derecha del polo S; C, encima del centro del imán; D, debajo del centro del imán. ¿Hacia dónde apunta el polo norte de cada aguja?
Resolución
El norte de la aguja apunta en el sentido de la línea de campo:
- A (a la izquierda del N): las líneas salen del N → la aguja apunta hacia la izquierda, alejándose del imán. (Su polo S está atraído por el N del imán.)
- B (a la derecha del S): las líneas entran en el S → la aguja apunta hacia la izquierda, hacia el imán. (Su polo N está atraído por el S del imán.)
- C y D (en el centro, por encima y por debajo): las líneas van paralelas al imán de N a S → la aguja apunta hacia la derecha.
Ejercicios
De menos a más. Intenta cada uno antes de mirar la solución.
1. Fácil
Dibuja un imán recto con el polo N a la derecha. Dibuja al menos seis líneas de campo con sus flechas y marca con una X la zona donde el campo es más intenso.
Ver solución
Líneas que salen del N (derecha), rodean el imán y entran por el S (izquierda); campo más intenso en los polos.
Las líneas salen del polo N (derecha), rodean el imán por arriba y por abajo y entran por el S (izquierda). Las flechas, por fuera, van de N a S. Las X van en los polos, donde las líneas están más juntas.
2. Fácil
Dibuja las líneas de campo de un imán de herradura. ¿Cómo son las líneas en la zona entre los dos polos?
Ver solución
Entre los polos, líneas casi rectas y paralelas de N a S.
Las líneas salen del polo N y van al polo S. Entre los dos polos son casi rectas, paralelas y equidistantes (campo casi uniforme), con las flechas de N a S. Por fuera de la herradura hay algunas líneas curvas más separadas.
3. Media
Pones dos imanes rectos en línea, separados unos 4 cm. a) Dibuja las líneas de campo si están enfrentados el N de uno y el S del otro. b) Dibuja las líneas si están enfrentados los dos polos N. c) ¿En qué caso se atraen?
Ver solución
a) Las líneas pasan del N al S de un imán a otro. b) Las líneas se apartan y queda una zona central sin líneas. c) En el caso a).
a) Entre los imanes las líneas van del N de uno al S del otro, casi rectas: los imanes se atraen. b) Las líneas de cada N se doblan hacia fuera, apartándose de las del otro imán; en el punto medio queda una zona sin líneas (el campo es casi nulo): los imanes se repelen. c) En el a).
4. Media
Partes un imán recto en tres trozos. a) Dibuja los trozos y marca los polos de cada uno. b) ¿Qué pasa si acercas el extremo derecho del primer trozo al extremo izquierdo del segundo? c) ¿Puedes conseguir un trozo que solo tenga polo norte?
Ver solución
a) Cada trozo tiene N y S, en el mismo orden que el imán original. b) Se atraen. c) No.
a) Si el imán era N–S (de izquierda a derecha), cada trozo es N–S en el mismo orden: N–S, N–S, N–S. b) El extremo derecho del primer trozo es un S y el izquierdo del segundo es un N: polos distintos → se atraen (por eso los trozos vuelven a unirse en su posición). c) No: cada trozo, por pequeño que sea, tiene dos polos.
5. Difícil
Un compañero dice: «Las limaduras se acumulan en los extremos del imán, así que en el centro del imán no hay campo magnético». ¿Tiene razón?
Ver solución
No del todo: en el centro del imán el campo es mucho más débil por fuera, pero existe; las líneas pasan por dentro del imán.
No exactamente. Las limaduras se acumulan en los polos porque allí el campo es más intenso. Cerca del centro del imán el campo, por fuera, es mucho más débil (las líneas pasan paralelas al imán y separadas), pero no es cero: una brújula colocada allí sí se orienta, paralela al imán.
Para practicar más
1. Fácil
Indica si es verdadero o falso y corrige las falsas: a) Las líneas de campo salen del polo sur y entran por el norte. b) Dos líneas de campo pueden cortarse cerca de los polos. c) Donde las líneas están más juntas, el campo es más intenso. d) Una brújula se orienta en la dirección de las líneas de campo.
Ver solución
a) F. b) F. c) V. d) V.
a) Falso: por fuera del imán salen del norte y entran por el sur. b) Falso: las líneas nunca se cortan. c) Verdadero. d) Verdadero: su polo norte apunta en el sentido de la línea.
2. Media
Dibuja un imán recto (N a la izquierda) y cuatro brújulas: una a la izquierda del N, otra a la derecha del S, otra encima del centro y otra debajo del centro. Dibuja cada aguja con su polo norte coloreado.
Ver solución
Izquierda del N: N de la aguja hacia la izquierda. Derecha del S: hacia la izquierda. Encima y debajo del centro: hacia la derecha.
A la izquierda del polo N: las líneas salen del N → la aguja apunta hacia la izquierda. A la derecha del S: las líneas entran en el S → apunta hacia la izquierda (hacia el imán). Encima y debajo del centro: líneas paralelas de N a S → apunta hacia la derecha.
3. Media
Dibuja las líneas de campo entre dos imanes rectos alineados con los polos S enfrentados. ¿Se atraen o se repelen? ¿Qué pasa en el punto medio entre los dos imanes?
Ver solución
Se repelen. En el punto medio no llegan líneas: el campo es casi nulo.
Las líneas de cada imán entran por su polo S; entre los dos S se apartan unas de otras, y en el punto medio queda una zona sin líneas (campo casi nulo). Polos iguales → se repelen.
4. Media
En una foto de limaduras de hierro sobre un imán escondido bajo un papel, ves dos zonas pequeñas con muchísimas limaduras, separadas 6 cm, y líneas curvas que van de una zona a la otra. a) ¿Qué son esas dos zonas? b) ¿Puedes saber con la foto cuál es el polo norte? ¿Qué necesitarías?
Ver solución
a) Los polos. b) No; necesitarías una brújula.
a) Son los polos del imán: allí el campo es más intenso y se acumulan las limaduras. b) No: las limaduras muestran la forma de las líneas, pero no su sentido. Con una brújula sí: su polo norte apunta alejándose del polo N del imán (y hacia el polo S).