Alambres, tubos metálicos, platos: en nuestra experiencia diaria el cobre no se siente atraído por los imanes. Sin embargo, muchos experimentos extraños muestran que el cobre se comporta de manera un poco extraña alrededor de campos magnéticos. ¿Entonces que esta pasando? ¿El cobre es magnético o no? ¿Y cómo puede interactuar con los imanes?
Resulta que todos los elementos tienen propiedades magnéticas. Los metales que normalmente consideramos magnéticos (hierro, níquel y cobalto) son una clase especial de elementos conocidos como ferroimanes, que interactúan particularmente fuertemente con los campos magnéticos y forman imanes permanentes.
Pero hay muchos otros tipos mucho más débiles. magnetismoElla dijo Michael Coey, profesor emérito de física en el Trinity College Dublin. La mayoría de los elementos son paramagnéticos o diamagnéticos. «Con los paramagnetos, cuando se aplica un campo magnético, se obtiene muy poca magnetización en la dirección del campo», dijo. Esto significa que el imán atrae ligeramente el elemento, pero el efecto es sólo temporal y desaparece tan pronto como se retira el imán.
«Para los diamagnetos, cuando se aplica un campo magnético, se obtiene una magnetización aún menor en la dirección opuesta al campo», dijo Coey a WordsSideKick.com. Esto crea una pequeña fuerza repulsiva hacia el imán que, nuevamente, desaparece sin el campo magnético. Así, en las condiciones cotidianas, nunca nos daríamos cuenta de que los materiales paramagnéticos y diamagnéticos tienen propiedades magnéticas.
El cobre es un ejemplo de material diamagnético, pero depende exactamente en qué categoría cae un elemento. electrones. Estas partículas cargadas negativamente orbitan alrededor del núcleo central de una átomo en capas definidas llamadas capas, que a su vez se dividen en capas llamadas orbitales s, orbitales d y orbitales p.
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Para metales en el centro de la tabla periódica, el orbital s ya está lleno con dos electrones y, a medida que te mueves de izquierda a derecha a lo largo de la línea, los orbitales d se llenan gradualmente con hasta 10 electrones. Cuando los orbitales se llenan, los electrones se ven obligados a emparejarse y esto determina las propiedades magnéticas de los elementos. Los elementos con más electrones desapareados son paramagnéticos, mientras que aquellos con más electrones desapareados son diamagnéticos.
Cada electrón también tiene una extraña propiedad cuántica llamada espín. La dirección (arriba o abajo) de todos los espines de los electrones en un átomo define la fuerza del magnetismo. «Cuando varios electrones alinean sus espines en paralelo [in the same direction]»El átomo tiene un momento magnético», dijo Coey. “Pero si los electrones alinean sus espines de forma antiparalela [in opposite directions]el momento magnético desaparece.»
El cobre está en la novena posición, por lo que esperaríamos que tuviera dos electrones en el orbital s y nueve en el orbital d. Pero, inusualmente, el cobre elimina un electrón del orbital s completo para llenar completamente los orbitales d. Esto significa que todos los electrones d están emparejados, con números iguales girando hacia arriba y hacia abajo. Como resultado, no hay momento magnético, por lo que no observamos ningún comportamiento magnético en condiciones normales.
Sin embargo, esta configuración inusual significa que el cobre puede interactuar con los imanes de una manera diferente y extremadamente importante. El magnetismo está estrechamente relacionado con la electricidad, fenómeno descrito en física por la ley de Lenz.
«Básicamente, un campo magnético cambiante inducirá una corriente dentro de un conductor», dijo. Ernesto Bosco, físico del Laboratorio Nacional de Alto Campo Magnético en Florida. «Debido a que el cobre tiene una resistencia eléctrica tan baja, las corrientes pueden fluir muy fácilmente [it]».
Son los electrones desapareados los que hacen del cobre un conductor tan excelente. Este efecto, conocido como inducción electromagnética, es fundamental para la forma en que generamos electricidad hoy. «Un estator es esencialmente un conjunto de cables giratorios aislados que se mueven alrededor de un núcleo. Esto puede usarse como motor o generador», dijo Bosque a WordsSideKick.com en un correo electrónico. La misma idea también funciona a la inversa: una corriente que pasa a través de bobinas de alambre puede generar un campo magnético en un núcleo metálico, creando un electroimán.
La capacidad del cobre para interactuar con un imán, a pesar de no ser ferromagnético, es algo en lo que confiamos todos los días para alimentar dispositivos electrónicos, almacenar datos en discos duros e incluso frenar montañas rusas.
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