Polo norte y polo sur magnéticos

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¿Qué se entiende por polo norte y polo sur magnéticos?

El polo norte y el polo sur son los dos polos diferentes de un imán permanente. El campo magnético emana del polo norte y se dirige hacia el polo sur, como puede ilustrarse mediante las líneas de campo. A continuación, las líneas de campo vuelven a cerrarse en el interior del imán. Los polos iguales se repelen (es decir, polo norte contra polo norte o polo sur contra polo sur), mientras que los polos opuestos se atraen. La fuerza magnética sobre un material ferromagnético (por ejemplo, el hierro) atrae tanto en el polo norte como en el polo sur.

Índice

Todo imán tiene dos polos. Esta es una propiedad fundamental que distingue los campos eléctricos de los campos magnéticos.

Un campo magnético se crea cuando circula una corriente. En otras palabras, siempre que se mueven cargas eléctricas. En este caso, sin embargo, siempre existe un campo con dos polos, un polo norte y un polo sur. Por eso, también se denomina «campo dipolar». Es similar al campo eléctrico de dos cargas opuestas, el dipolo eléctrico.

En un imán permanente, es decir, en un material magnetizado, también existen espines de electrones con un momento magnético, que pueden entenderse como imanes elementales. El campo magnético macroscópico del imán permanente es la suma de las contribuciones de todos los elementales. Los espines de los electrones tienen el mismo efecto que las corrientes circulares atómicas y cada uno tiene un polo norte y un polo sur magnéticos.

Mientras que una carga eléctrica, por ejemplo un electrón cargado negativamente, provoca un campo eléctrico, no existe una única «carga magnética». No es posible crear un único polo magnético.

Se dice que el campo eléctrico tiene fuentes (a saber, la carga eléctrica) y el campo magnético, en cambio, no tiene fuentes. Surge como un campo dipolar (con polos norte y sur) cuando las cargas eléctricas se mueven. No existe ninguna prueba real de que el campo magnético no tenga origen, pero hasta la fecha nadie ha observado una «carga magnética».

Sin embargo, las ecuaciones de Maxwell pueden utilizarse para demostrar matemáticamente que no existen polos magnéticos individuales. Sin embargo, hay que aceptar las ecuaciones de Maxwell, ya que no se puede demostrar su validez.

Figura del polo norte y polo sur magnéticos

Todo imán tiene un polo norte (N) y un polo sur (S). Si se rompe un imán permanente, se obtienen dos imanes más pequeños; cada uno de ellos tiene también un polo norte y un polo sur. Esto puede entenderse teniendo en cuenta que el campo magnético se crea mediante espines de electrones alineados en el material. Estos, como diminutas corrientes circulares, generan momentos magnéticos que producen polos norte y sur en cada punto, los cuales se combinan para formar el campo magnético macroscópico.

Atracción y repulsión de polos magnéticos

Si el polo norte de una barra magnética se acerca al polo norte de otro imán, ambos imanes se repelen. Si, por el contrario, el polo sur de una barra magnética se acerca al polo norte de otro imán, la fuerza de interacción produce un efecto de atracción.

Para comprobar esta afirmación, basta con sostener un imán por un extremo en la mano y observar que el extremo libre siempre es atraído por un lado de otro imán y repelido por el otro lado.

Por tanto, las fuerzas repulsivas actúan entre polos iguales de imanes distintos (es decir, entre dos polos norte o dos polos sur). Las fuerzas de atracción, en cambio, actúan entre polos opuestos (es decir, entre un polo norte y un polo sur).

El campo magnético describe la fuerza ejercida por un imán. En física, la intensidad de un campo magnético suele representarse mediante la densidad de flujo magnético B y se mide en tesla o gauss.

Líneas de campo de imanes

Las líneas de campo sirven para visualizar un campo magnético. Estas siempre forman bucles cerrados. Por ello, las líneas de campo de los campos magnéticos no tienen principio ni fin. La razón por la que las líneas de campo forman bucles cerrados es que el campo magnético no tiene fuente, es decir, siempre tiene un polo norte y un polo sur.

Si se parte del polo norte de un imán, las líneas de campo se alejan verticalmente de la superficie del polo norte y se curvan hacia el polo sur hasta llegar verticalmente a la superficie del polo sur magnético. Sin embargo, en el propio material magnético, las líneas de campo vuelven al punto de partida en el polo norte y forman un bucle cerrado.

La fuerza ejercida por el imán sobre una muestra magnética, como la aguja de una brújula, es proporcional a la densidad de las líneas de campo. La aguja de la brújula está alineada tangencialmente a las líneas de campo.

Experimentalmente, se puede visualizar el campo magnético alrededor de un imán esparciendo limaduras de hierro sobre una hoja de papel con el imán debajo. Las limaduras de hierro se disponen en estructuras curvas que representan las líneas de campo.

Los polos norte y sur de un imán son fijos por convención. Por definición, las líneas de campo van del polo norte al polo sur. Esto significa que la asignación del polo norte y el polo sur de un imán es una cuestión de convención y no de un principio físico fundamental.

Gráfico: las líneas de campo de un imán discurren del polo norte al polo sur

Diferencia entre polo norte magnético y el geográfico

Globo terráqueo con los polos geográficos y magnéticos de la Tierra.

Figura 1: Globo terráqueo con los polos geográfico y magnético de la Tierra. Mientras que el polo norte geográfico está definido por el punto por el que pasa el eje de la Tierra (rojo) en dirección a la estrella polar, el polo sur magnético de la Tierra, hacia el que se alinean las agujas de las brújulas, se encuentra en sus proximidades (punto verde). Por su parte, el polo norte magnético (punto rojo) está ubicado cerca del punto de intersección sur del eje de rotación.

La Tierra posee un campo magnético que actúa como un escudo protector invisible contra la radiación cósmica y el viento solar. Este fenómeno se debe a las corrientes eléctricas en el núcleo líquido de la Tierra. Sin embargo, el polo norte de la Tierra se define como el punto de intersección del eje de rotación imaginario de la Tierra con la superficie terrestre en dirección a la estrella polar. Por tanto, este punto se denomina más precisamente «polo norte geográfico». Aunque uno de los polos magnéticos de la Tierra se encuentra cerca del polo norte geográfico, en realidad corresponde al polo sur magnético del planeta. El polo norte de la aguja de una brújula apunta hacia el norte porque allí se encuentra el polo sur magnético de la Tierra, que está cerca del polo norte geográfico (ilustración 1).

Para aprender a construir una brújula, consulte «La brújula más sencilla del mundo».

Campo magnético de la Tierra

Ilustración del campo magnético terrestre

Figura 2: Campo magnético terrestre que desvía el viento solar alrededor de la Tierra o lo captura parcialmente en los polos.(Fuente: Herbert Bolz, CC BY 4.0, vía Wikimedia Commons)

Creado por el movimiento del hierro líquido en el núcleo externo de la Tierra, el campo magnético se extiende hasta el espacio, y protege la vida en nuestro planeta de las partículas de alta energía del viento solar (figura 2). Los polos del campo magnético, que no deben confundirse con los polos geográficos, están en constante movimiento. Este movimiento de los polos se debe a los cambios en la circulación del material líquido del núcleo. También es importante señalar que el campo magnético de la Tierra experimenta inversiones ocasionales, un fenómeno en el que el polo norte magnético se convierte en el polo sur y viceversa. Estas inversiones, que ocurren a lo largo de miles de años, forman parte de un ciclo natural cuyas causas exactas aún se encuentran en investigación. Comprender el campo magnético de la Tierra no solo es relevante para la ciencia, sino que también desempeña un papel crucial en la navegación y en diversas aplicaciones tecnológicas.

¿Cómo se producen las auroras boreales?

Las auroras boreales se producen por la interacción entre las partículas cargadas del viento solar y la magnetosfera terrestre. Estas partículas son canalizadas hacia los polos por el campo magnético de la Tierra, donde colisionan con átomos y moléculas de los gases en la atmósfera superior, lo que provoca su emisión de luz. El campo magnético terrestre actúa como una guía que dirige estas partículas a lo largo de las líneas de campo magnético hacia las regiones polares, lo que permite la formación de estas auroras resplandecientes. Este fenómeno da lugar a espectáculos luminosos dinámicos, generalmente de color verdoso, que pueden observarse en noches despejadas, especialmente en latitudes septentrionales.

¿Cómo se orientan las aves migratorias a través del campo magnético de la Tierra?

Las aves migratorias utilizan el campo magnético de la Tierra como sistema de navegación, gracias a células sensoriales especializadas que les permiten percibir los campos magnéticos y orientarse. Estas células, ubicadas en los ojos o el pico, les permiten «ver» o percibir las líneas del campo magnético, lo que les ayuda a orientarse durante sus largas migraciones entre las zonas de cría y de invernada. Este sentido magnético complementa otros métodos de navegación, como la orientación por las estrellas, el sol y los puntos de referencia geográficos, y es un ejemplo fascinante de la adaptabilidad del mundo animal a los fenómenos naturales.

Autor:
Dr. Franz-Josef Schmitt

El Dr. Franz-Josef Schmitt es físico y director científico del Curso Práctico Avanzado de Física de la Universidad Martin Luther Halle-Wittenberg. Trabajó en la Universidad Técnica entre 2011 y 2019 y dirigió varios proyectos docentes y el laboratorio de proyectos de Química. Su investigación se centra en la espectroscopia de fluorescencia con resolución temporal en macromoléculas biológicamente activas. Asimismo, es director general de la empresa Sensoik Technologies GmbH.

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