Por Angel Pérez Sánchez.
1. Formación de una Corriente Eléctrica en la Superficie de un Imán:
Este proceso fue descrito por Ampere de tal manera que a esta corriente que fluye por la superficie del imán quedó bautizada con su nombre, “corriente Amperiana”.
El premio Nobel Richard Feynman entre otros confirmaron la existencia de esta corriente que pasamos a describir:
Mucho antes de conocerse la estructura atómica molecular, Ampere propuso un modelo de magnetismo en el cual la imantación de los materiales era debida a corrientes circulares microscópicas dentro del material imantado. Actualmente se sabe que estas corrientes circulares son el resultado del movimiento intrínseco de las cargas atómicas tal como ha descrito el premio Nobel Richard Feynman. Consideremos un cilindro de material imantado. La figura muestra las corrientes atómicas circulares en el cilindro alineadas con sus momentos magnéticos a lo largo del eje del cilindro.
Debido a la cancelación de las corrientes circulares vecinas, la corriente neta en cualquier punto interior del material es cero y el único resultado es una corriente neta sobre la superficie del mismo. Esta corriente superficial, llamada corriente Amperiana, es semejante a la corriente real en los arrollamientos del solenoide.
Las corrientes en las espiras adyacentes en el interior de un material uniformemente imantado cancelan permaneciendo sólo una corriente superficial.
En la actualidad esta corriente eléctrica superficial lleva el nombre de quien la describió por primera vez; “corriente amperiana”
como vemos en la imagen superior en la superficie circular del imán se forma una sucesión de pequeñas corriente (microscópicas ) entrecortadas , que no generan una corriente continuada, por tanto si colocamos los bornes de un amperímetro para medirla, no se produce ninguna medición ,ya que no existe flujo.
(Ampere y Feynman, sin embargo no tratan el tema de ¿porqué la corriente eléctrica superficial produce magnetismo?
Y tampoco entran en aclarar si afecta o no a la polaridad de los imanes;
La conclusión es que un imán mantiene una corriente eléctrica en su superficie como vemos en el gráfico
2. Formación de los polos magnéticos
A continuación vamos a ver como esta corriente superficial configura el sentido de los polos, y para ello vamos a obligar a que la corriente eléctrica vaya en un sentido determinado mediante el enrollamiento de un solenoide:
En la figura 1; vemos un solenoide con un núcleo de hierro; al fluir la corriente eléctrica del polo positivo al negativo crea una corriente con dirección ascendente y produce un imán en su interior con el polo norte a la izquierda.
En la figura 2 hemos cambiado los polos eléctricos al lado opuesto y se produce una corriente superficial descendente. El polo norte en el núcleo de hierro ahora se situara a la derecha.
La polaridad de un imán o de un solenoide depende exclusivamente de la dirección de la corriente Amperiana del mismo.
La polaridad magnética depende pues de la dirección de la corriente superficial del imán.
La dirección de la corriente eléctrica superficial (corriente amperiana) ya sea en un imán o en un solenoide es la que conforma finalmente los polos norte y sur de un imán.
Los polos se ven pues sustituidos por la dirección de la corriente amperiana generada por un imán.
Una vez descrita la corriente superficial de un imán vamos a estudiar la verdadera esencia del magnetismo;
3 Atracción y Repulsión Magnética
1ª hipótesis: la atracción y repulsión eléctrica es producida por las líneas de fuerza magnética.
Esto es; las líneas de fuerza magnética de un imán se introducen en el interior del imán cercano, produciendo así el movimiento de los electrones de sus moléculas desde su interior y por tanto la atracción. Si el movimiento interno de los electrones de un imán es contrario al movimiento de los electrones de las líneas magnéticas que lo atraviesan, se produciría la repulsión entre ambos imanes.
Esta hipótesis se vuelve falsa, pues en el caso de la repulsión las líneas de campo magnético no llegan a introducirse en el imán cercano.
Podemos deducir otro principio del magnetismo:
La fuerza de atracción o repulsión no está ocasionada por la introducción de las líneas de fuerza en el interior de otro imán cercano, como lo demuestra el hecho de que en un espectro de repulsión se ve gráficamente que las líneas magnéticas de ambos imanes no se tocan.
Para ver la esencia del magnetismo nos tenemos que ir al punto más básico y más inexplicable del fenómeno magnético que es la atracción y repulsión magnética que se produce al circular la corriente eléctrica en dos cables de electricidad situados en paralelo:
La experiencia nos dice que dos cables paralelos en los que la corriente eléctrica discurre en la misma dirección se atraen y si discurren en dirección opuesta se repelen.
Para estudiar el fenómeno vamos a ver un esquema de lo que ocurre en las moléculas de nitrógeno del aire (el nitrógeno compone el 78% del aire), según como circule la corriente por los cables.
SI CIRCULA LA CORRIENTE EN SENTIDO INVERSO;
Las moléculas de nitrógeno del aire orientan sus electrones hacia el cable conductor convirtiendo sus moléculas en dipolos eléctricos, quedando el polo positivo de las moléculas de ambos lados de los cables enfrentadas produciéndose la repulsión entre las moléculas de nitrógeno del aire que estén orientadas hacia uno u otro cable de corriente.
Si circula la corriente en el mismo sentido:
Podemos pensar que los electrones de las moléculas de nitrógeno, al igual que ocurre con 2 cables de corriente en sentido contrario, se orientan también hacia los cables de corriente produciendo así dipolos eléctricos y repulsión por el lado contrario, pero en este caso se produce otro fenómeno y la pista nos la da el espectro que se forma en el aire al acercar 2 imanes por los polos opuestos:
Como vemos el espectro formado es el mismo que si existiera un imán en el aire entre medias de ambos imanes próximos.
Si el espectro es el de un imán es por que en el aire existe una corriente amperiana creada por ambos imanes. Estos imanes a su vez mantienen una corriente amperiana propia de igual dirección el uno con el otro.
La conclusión es que las corrientes eléctricas de igual dirección crean una corriente eléctrica en el aire de igual dirección también.
Deducimos así otro principio:
“dos cables de corriente eléctrica paralelos con igual dirección de corriente, ocasionan entre ambos una corriente eléctrica en el aire de igual sentido “y la prueba es que al acercar 2 imanes por polos opuestos
(con la misma dirección de corriente superficial) generan en el aire un espectro similar al de una corriente circular tomando como extremos el polo norte de un imán y el polo sur del otro cercano.
Se forma una corriente eléctrica entre las moléculas de nitrógeno del aire por existir transvase de electrones y los cables a la vez atraen los electrones de las moléculas de nitrógeno del aire, si no existe otro cable en paralelo, la atracción de los electrones y moléculas del aire colindante se repone rápidamente debido a la fluidez del aire por otras moléculas colindantes. Pero si existe un cable en paralelo con la misma dirección de, corriente, las moléculas de nitrógeno no fluyen y se reponen con libertad, sino que existe una competencia por los electrones de las moléculas, del aire, produciéndose atracción entre ambos cables, y el acercamiento de ambos cables a través de las moléculas interiores de nitrógeno.
Esta atracción o repulsión entre cables de corriente puestos en paralelos, lo aplicamos ahora al acercar dos imanes y vamos a estudiar la reacción que se produce:
3-1 Atracción Magnética
Aproximamos dos imanes por los polos opuestos:
vemos que el sentido de corriente circular que encaran ambos imanes es de la misma dirección y por tanto se produce atracción.
Ahora vamos a realizar un corte transversal sobre el campo generado de atracción magnética de color azul.
Vemos que el interior del campo magnético generado está hueco.
Vamos a aproximar los imanes colocando uno sobre el otro:
Vemos que el sentido de corriente que encaran ambos imanes es de la misma dirección y por tanto se produce atracción.
Si realizamos un corte transversal de los dos imanes alineados verticalmente;
Observamos que el campo magnético en este caso es macizo, y no hueco, como ocurre cuando los imanes están en línea.
El caso concreto de la brújula:
Una brújula es un imán pequeño y por tanto su movimiento no se ve afectado por las líneas de fuerza magnética de la Tierra que podrían formarse cada cientos de kilómetros, sino por la atracción entre imanes que acabamos de describir, atracción entre el imán Tierra sobre el imán brújula,
3-2 Repulsión Magnética:
Aproximamos dos imanes por el mismo polo:
El sentido de corriente circular que encaran ambos imanes es de dirección contraria y por tanto se produce repulsión.
Vamos a realizar un corte transversal sobre el campo de repulsión generado en color naranja.
También es hueco al igual que lo era el campo de atracción generado entre 2 imanes en alineación horizontal
Si aproximamos los imanes colocándolos en alineación vertical:
El sentido de corriente que encaran ambos imanes es de dirección opuesta y por tanto se produce repulsión.
Si cortamos el campo de repulsión generado.
Vemos que el campo es macizo , al igual que lo era el campo de atracción creado por dos imanes en alineación vertical.
4 Formación de las líneas y el espectro de campo magnético.
Hasta ahora hemos visto como se comportan los imanes en cuanto a la atracción y repulsión se refiere, pero cómo afecta esta atracción o repulsión a las líneas de campo magnético que podemos apreciar al espolvorear limaduras de hierro en un papel colocado sobre un imán.
Para ello vamos a estudiar Veamos gráficamente cómo se producen estas líneas. 
Veamos lo que ocurre en las líneas de ruptura:
Al romper las líneas de influencia electrostáticas se crea una espiral eléctrica esto es una corriente eléctrica circular en el aire.
Al espolvorear las líneas de campo magnético con limaduras de hierro, estas limaduras se transforman en pequeños imanes y se concentran en torno a las citadas líneas de campo magnético como vemos en la siguiente imagen.
Las ondas magnéticas son en un principio ondas electrostáticas que rompen formando crestas o espirales eléctricas
Igual que las ondas de un cristal dependen de la elasticidad y rigidez ante la presión al mismo y lo que aguanta el impacto hasta que rompan.
IMPACTO EN CRISTAL
Una corriente eléctrica ascendente provoca círculos de ondas de atracción electrostática en el aire, perpendiculares al cable conductor que van ascendiendo por el efecto de la corriente, hasta que en un punto determinado (punto de rigidez o elasticidad electrostática del aire), rompen ocasionando espirales eléctricas, formando en estos puntos de ruptura las líneas del espectro de ondas magnéticas.
“efecto galleta”
5. Comportamiento de las líneas de campo magnético
En la aproximación de imanes hay que tener en cuenta que para que las líneas de campo magnético se junten, y se acoplen han de darse “2 requisitos básicos “
1º que la espiral eléctrica interna que mantengan estas líneas han de ser de la misma dirección:
2º que las corrientes eléctrica generadoras de la línea de campo magnético de los 2 imanes que se aproximan, han de ser también de la misma dirección y por tanto que se produzca atracción entre ambos imanes.
Se puede dar el caso de que la espiral eléctrica interna de las líneas mantengan la misma dirección pero no se acoplen por que la corriente eléctrica del imán que las genera es opuesta, eso es precisamente lo que ocurre en el interior de cada imán y la consecuencia es que las líneas de campo magnético en el interior del imán se achatan.
Aquí vemos como las líneas magnéticas se achatan por el lado interno del imán.
En la imagen superior vemos como deberían de quedar las líneas de fuerza magnética de un imán si no se achatasen por el lado interno.
Y se achatan porque la corriente generadora de cada una en la parte superior e inferior son de dirección opuestas y por tanto hay repulsión entre ambos lados del imán, como vemos en la imagen inferior.
Si las corrientes generadoras de las líneas de fuerza son del mismo sentido, las líneas de campo magnético se acoplan
Pero no se acoplan por el lado interno (como vemos en la figura inferior) (por ese lado las líneas además tienen una espiral contraria)
Sino por el externo, bordeando cada cable de corriente y la razón de que no lo hagan por el interior es que por la parte interna entre ambos cables de corriente se produce una corriente eléctrica tal y como hemos descrito anteriormente y por tanto no hay puntos o líneas de ruptura que forman las líneas magnéticas como vemos en la figura a continuación.
2 cables de corriente paralelos con la misma dirección de corriente, generan en el espacio interno entre ambos una corriente eléctrica en el aire de dirección igual a la de la corriente de los cables.
El acoplamiento se produce por la parte externa al darse las dos condiciones reseñadas anteriormente.
En el caso en que la dirección de la corriente generadora de las líneas de campo magnético, sean opuestas, lo que se produce es un achatamiento de estas líneas por el lado en que están próximas según vemos en la siguiente figura.
Las espirales eléctricas internas de las líneas magnéticas en la figura d, son de la misma dirección, pero las corrientes eléctricas que las generan son opuestas existiendo una repulsión entre los cables y por tanto las líneas se achatan
Cada cable crea un campo electrostático a su alrededor y por el lado cercano al cable con dirección de corriente contraria, se produce una competencia por el campo electrostático generado, que se comprime. Las líneas de campo magnético se juntan también para adaptarse a la compresión producida del campo electrostático.
6. Partición de imanes
En este capítulo vamos a analizar que pasa con los trozos de imán al partirlos (se atraen o repelen al aproximarlos) y en cada caso que espectro de líneas de campo magnético presentan.
6-1) partición transversal o perpendicular a la dirección De los polos:
Ambos imanes conservan su dirección de corriente amperiana inicial y se atraerían al encarar una corriente circular de igual dirección por el lado del corte.
La teoría clásica no es capaz de explicar porqué al dividir de esta forma un imán se forman dos imanes con 2 polos en vez de conservar cada mitad, la polaridad que tenía en un principio, esto es; una mitad debía quedarse con el polo norte y la otra con el polo sur, y la razón de que los 2 pedazos conserven ambos polos es porque las dos piezas conservan su corriente amperiana inicial.
Las líneas de campo magnético que se crean al acercar ambos pedazos se acoplan al cumplirse los 2 principios de acoplamiento de líneas descrito;
Si seguimos aproximando los imanes
Si volteamos sobre el eje perpendicular a los polos; uno de los pedazos; entonces la dirección de la corriente amperiana que encaran ambos pedazos, sería opuesta y se produciría la repulsión.
Representado en naranja.
Se repelería al encarar ambos una corriente circular de dirección contraria.
Las líneas de campo magnético se achatarían pues la corriente amperiana que las genera es de dirección opuesta.
si aproximamos uno de los pedazos por la parte superior del otro: se atraerían al encarar ambos imanes una corriente de igual dirección.
Las líneas magnéticas de los dos imanes se acoplan al cumplirse los 2 principios de acoplamiento.
6-2) particion longitudinal o paralela a la direccion de los polos:
En la imagen nº 4 vemos que aunque los dos pedazos mantienen su dirección de corriente amperiana original, sin embargo, ambos pedazos de imán encaran una corriente de dirección contraria por el lado del corte, luego se repelen por dicho lado.
Consecuencia de esta repulsión las líneas magnéticas se achatan por la cara de acercamiento.
7. Inducción eléctrica por magnetismo:
La inducción eléctrica se produce por el contacto de las líneas de fuerza magnética con un cable conductor eléctrico y no por la atracción o repulsión creada por la influencia de corrientes paralelas o contrarias generadas en imanes cercanos, esto lo podemos comprobar, porque en caso contrario desplazando un cable conductor con nuestras manos en el aire , se produciría una corriente eléctrica , tomando como referencia el imán que forma la Tierra, y esto no ocurre pues nunca se ha leído ni encontrado nada al respecto, luego debemos deducir que la inducción eléctrica se produce por el desplazamiento de las líneas de campo magnético.
En la imagen vemos el efecto de un campo magnético sobre un cable conductor provocando espirales eléctricas en los puntos de cruce del cable con las líneas
de fuerza magnética.
Las espirales de las líneas de campo magnético al moverse por un tramo del cable conductor provocan el desplazamiento de electrones por ese tramo hasta que llega la siguiente línea de fuerza magnética al inicio del mismo tramo y vuelve a impulsar con su movimiento los electrones, produciéndose así el flujo de electrones impulsados por la llegada de las líneas de fuerza que actúan como si fuesen las palas de una noria, impulsando los electrones de palada en palada.
En las figuras 4 vemos un esquema con los flujos de círculos eléctricos desplazándose, y en la figura 5 si seleccionamos la parte superior de los círculos vemos mas gráficamente el flujo de corriente eléctrica final.
8. Inducción Magnética
8-1 Inducción Magnética - Imantación del hierro dulce
¿Porqué razón al espolvorear limaduras de hierro sobre las líneas de campo magnético, estas limaduras se ven atraídas por las citadas líneas?;
La razón es que las limaduras al atravesar estas líneas se convierten en un imán que a su vez atrae otras limaduras cercanas también convertidas en imán al entrar en contacto con las citadas líneas de campo.
Vamos a describir cómo estas limaduras de hierro se convierten en un imán.
8-1-1 Inducción magnética a las limaduras de hierro atravesada por una línea de fuerza magnética
Como vimos anteriormente en la figura 5 de formación de crestas
¿Qué pasaría si espolvoreamos limadura de hierro sobre las líneas de ruptura? pues se produciría el proceso descrito por ampere sobre la corriente superficial de un imán (corriente amperiana)
La espiral eléctrica orienta las moléculas de hierro en la misma dirección de tal manera que los electrones giran en torno a los núcleos de los átomos en la misma dirección también.
También podemos deducir otro principio del magnetismo;
“la inducción magnética la produce las líneas de campo magnético , hecho que podemos comprobar al espolvorear limadura de hierro sobre las líneas de campo de un imán, las limaduras se convierten en imán únicamente en las zonas en que entran en contacto con las líneas de campo, no en el espacio existente entre medias de cada línea.”
“debe quedar claro que si en las líneas de campo magnético no hay limaduras y sólo hay aire, este aire no produce un imán pues el aire no tiene las propiedades químicas del hierro para desarrollar una corriente amperiana, allí solo existe una espiral eléctrica”
8-1-2 Inducción magnética en núcleo de hierro dulce
Hay que tener en cuenta que las limaduras de hierro, no se imantan por la atracción del imán al hierro, sino ante la presencia de líneas de fuerza magnética, tal como lo demuestra el hecho de que al extender limadura de hierro en un papel sobre un imán, sólo se forman imanes a lo largo de las líneas de fuerza.
La inducción magnética la produce pues las líneas de campo magnético.
8-2 Inducción magnética de un imán permanente, fabricación de un imán
Las maneras de producir un imán permanente serían: someter al metal a imanar al influjo del campo de otro imán. En el caso de la magnetita, ésta cuando estaba en estado líquido fue sometida al influjo del magnetismo terrestre, la magnetita se formó en el interior de los volcanes, al pasar de líquido a sólido recibió el magnetismo de la tierra que orientó las moléculas en su interior de manera que al solidificar quedó permanentemente imantada.
El imán que fabricamos nosotros está compuesto de acero. La composición del acero es fundamentalmente carbono y hierro, el carbono lo que hace es fijar la orientación de los átomos y moléculas de hierro de manera permanente cuando se solidifica.
El método de producción consistiría en calentar el acero hasta que quede en estado líquido mientras se le somete a fuertes campos magnéticos.
De tal manera que al retirar el calor solidifica el acero conservando la orientación de los átomos y moléculas de manera permanente.
Veamos gráficamente el proceso de producción de un imán:
podemos pensar que podemos medir la corriente amperiana de un imán , situando los dos polos de un voltímetro en la superficie del mismo, y veríamos que no se produce medición de corriente eléctrica y la razón es que como vemos en el esquema superior , la corriente eléctrica se ve cortada y dividida molécula a molécula sin que haya un corriente efectiva, lo que hay en realidad son millones de corrientes de tamaño molecular en su superficie, no pudiéndose apreciar por tanto medición de corriente eléctrica.
Las moléculas y átomos quedan eléctricamente ordenadas de manera temporal en el hierro dulce e indefinido en el acero del imán.
9. Comportamiento de las particulas CARGADAS en la camara de burbujas
En la imagen superior vemos las trayectorias en espiral de las partículas cargadas al colisionar en la cámara de burbujas.
Lorentz estudió estas trayectorias y formuló las leyes de Lorentz para estas trayectorias, y aunque confeccionó las fórmulas que describían este comportamiento, nunca explicó porqué las partículas cargadas se comportaban así.
El gran problema existente es el hecho de que si una partícula con una carga se dirige en trayectoria espiral hacia la izquierda, cuando ha circundado toda la circunferencia, en la parte opuesta de la misma se dirigirá esta misma partícula a la derecha, lo cual no es lógico para una misma carga que no cambia de signo,que sin embargo cambie de dirección.
Vamos a tratar aquí de la razón por la que estas partículas siguen estas trayectorias espirales.
Luego el campo magnético creado podría representarse de la siguiente manera en la que se aprecia la sección transversal de las líneas de campo magnético.
A continuación: el comportamiento de las partículas cargadas dentro del campo magnético.
Tras la colisión; la trayectoria rectilínea de la partícula cargada; se va desviando y curvando paulatinamente al atravesar cada uno de los círculos de corriente eléctrica formados por las líneas de campo magnético que se va encontrando en su camino. Formando trayectorias espirales cada vez mas cerradas según va perdiendo la inercia inicial, hasta que finalmente termina enroscándose en torno a una única línea de campo magnético.
Las de carga positiva se enroscan en una dirección y las de carga negativo entorno a la contraria.
Luego las trayectorias en espiral es el producto de la aplicación de 2 fuerzas, una es la inercia y velocidad inicial de la partícula y la otra es la carga eléctrica de la misma.
Imaginemos que una partícula cargada negativamente , tras una colisión se dirige hacia el norte, pero en su camino se va encontrando infinidad de líneas de campo magnético formadas por pequeñas espirales eléctricas con corrientes de electrones moviéndose en espiral; la partícula que inicialmente seguía una trayectoria rectilínea hacia el norte , pierde parte de su inercia por las corrientes en espiral de los electrones que encuentra en su camino y se va ladeando hacia el noroeste , este cambio de dirección es paulatino, hasta perder totalmente la inercia de su velocidad inicial y enroscarse siguiendo la dirección de las corrientes de electrones de las espiras de corriente de las líneas magnéticas.
Si la partícula tuviese una carga positiva, la desviación de su dirección norte inicial sería hacia el lado contrario, esto es se desviaría hacia el nordeste. Sufriendo una trayectoria en espiral hacia el lado contrario, hasta terminar perdiendo la totalidad de su velocidad inercial y enroscarse en dirección contraria a la que fluyen los electrones en el interior de las líneas de campo magnético.
Las espirales 1, 2,3 parecen no seguir el plano de las líneas magnéticas y la razón es que el plano de la espiral depende también de la dirección e inercia que cogió la partícula inicialmente en la colisión.
Autor: Angel Pérez Sánchez: investigador de la Asociacion de Astrofísica y Estudios del Hombre de Madrid
E-MAIL: angelperez94@gmail.com
Registro Prop.Intelectual: nº solicitud M008173/2011 (25-10-2011)