¿Funcionaría una brújula con aguja sin magnetizar?

Question

Sabemos que la aguja que se usa en una brújula es un material ferromagnético magnetizado permanentemente y comúnmente se usa acero.

Si en su lugar usáramos una aguja de hierro sin magnetizar, ¿seguiría alineada con las líneas del campo magnético de la Tierra? Si es así, ¿cómo?

Answer 1

Para un unmagnetized de hierro de la aguja para alinear con un campo magnético externo, el campo tendría que ser capaces de inducir una magnetización en la aguja. Este es definitivamente posible con un gran campo.

Si, naturalmente, de material ferromagnético es unmagnetized, contiene pequeños dominios magnéticos en el interior. Sin embargo, la suma de los magnetizations de todos los dominios es cero. Si se aplica una lo suficientemente fuerte campo externo, los dominios se alinean con el campo. La siguiente imagen es de la página de la Wikipedia sobre dominios magnéticos (https://en.wikipedia.org/wiki/Magnetic_domain).

Entonces la pregunta es si el campo magnético de la Tierra es lo suficientemente fuerte como para volver a alinear los dominios en una plancha de aguja. El Landó de la Energía Libre se utiliza para determinar esto, como los dominios se alinean en cualquier forma que se minimiza esta energía. Los parámetros que determinan esta energía incluyen cosas como: tamaño y forma de la aguja de material (en este caso el hierro), y externo del campo de fuerza.

Si el campo externo es lo suficientemente fuerte como para causar la magnetización, la dirección de la magnetización será en una dirección que minimiza la anisotropía de la energía y está pre-determinado por las dimensiones de la aguja. Las dimensiones que dan lugar a una "fácil" del eje, es decir, la energía libre es menor cuando la magnetización es en una dirección particular. En general, este eje podría ser en el plano en x o y dirección, o perpendicular a la aguja en la dirección z. En un gráfico de energía versus el ángulo de la magnetización de la fácil eje, habrá dos de energía mínimos: uno a lo largo de la fácil eje, y el otro a 180 grados (a lo largo de la fácil eje, acaba de señalar en la dirección opuesta).

De todos modos, yo no he hecho el cálculo, pero no creo que el campo de la Tierra es lo suficientemente fuerte como para causar la reordenación de los dominios. También me gustaría mencionar que una vez que la aguja ha sido magnetizada, si se quita el campo externo, el la aguja se mantenga su magnetización. Tomaría la adición de una gran cantidad de energía para cambiar la orientación de los dominios/magnetización que podría provenir de un nuevo campo externo, o incluso de la energía térmica.

Edit: Si tu pregunta se refiere más a la par que la aguja de la experiencia, seguiría la siguiente ecuación suponiendo que era, de hecho, magnetizado:

$\boldsymbol{\tau}=\mathbf{m}\times\mathbf{B}$.

$\bf{m}$ es el momento magnético y está relacionado con la magnetización, $\bf{M}$, por: $$\mathbf{m}=\iiint\mathbf{M}\ \mathrm{d}V$$

Para más información, aquí están algunos recursos:

1. https://en.wikipedia.org/wiki/Magnetic_domain

2. El magnetismo y Materiales Magnéticos por J. M. D. Coey. Secciones en Landau Energía Libre, momento magnético, y tal vez incluso el Stoner-Wohlfarth modelo sería esclarecedor.

3. https://en.wikipedia.org/wiki/Magnetic_moment

Answer 2

Se induciría un dipolo magnético en la barra de hierro y la barra de hierro intentaría alinearse a lo largo de las líneas del campo magnético debido al par aplicado por la interacción del dipolo inducido y el campo magnético de la Tierra.
Sin embargo, dado que el par de torsión que se aplicó en la barra de hierro sería muy pequeño, es probable que no haya una alineación, incluso si esperó mucho tiempo.

Answer 3

Probablemente sí, en un cuidadoso experimento.

Un material paramagnético, como el aluminio, se alineará con un fuerte campo magnético y diamagnéticos placas de metal se alinean perpendicularmente al campo.

Magnético débil de hierro tiene una permeabilidad relativa muchos órdenes de magnitud más grandes que paramagnéticos o diamagnéticos materiales. Esto probablemente se desplaza el campo mucho más débil. Una aguja o de la placa es probable que alinearse en paralelo al campo.

La forma de la anisotropía se asegura de que la magnetización es principalmente en paralelo con el largo de los ejes.

Uno experimentales problema puede ser para descartar el posible efecto de las áreas con la remanencia. Una cuidadosa desmagnetización sería necesario.

Answer 4

Hay una forma de hacer una brújula haciendo flotar la aguja en una hoja en un agua. El clima que funciona debe ser verificado en la práctica. En un agua 'dura' con una aguja lo suficientemente pequeña, esto podría lograrse incluso sin la hoja.