Si las líneas de campo magnético no existen, ¿qué hacen estas limaduras de hierro alrededor de un imán?

Question

Evidentemente, las limaduras de hierro pueden verse alineadas a lo largo de las líneas de campo magnético virtual producidas por el imán permanente, la línea de campo magnético virtual está hecha de campo electromagnético debido a la alineación de los electrones en el imán, pero ¿por qué los patrones, por qué las líneas? ¿Tienen estas líneas espesor? ¿Se deben a un patrón de interferencia?

Answer 1

Las líneas de campo magnético muestran la dirección de la fuerza que experimentaría un monopolo magnético si fuera libre de moverse bajo la influencia de un imán Pero, desgraciadamente, todos sabemos que los monopolos son sólo una cosa de la imaginación y no existen en la realidad. Esto viene dado por la ley de Gauss para el magnetismo que dice

$$\oint \mathbf B\cdot\text d\mathbf s=0$$

Cuando las limaduras de hierro se dispersan alrededor de un imán, se magnetizan y ( por poco tiempo ) también se comportan como pequeños dipolos magnéticos. Esos pequeños imanes sólo pueden girar un poco y alinearse con el campo porque no pueden moverse y pegarse a la barra ya que la mesa de experimentación ofrece cierta fricción.

Ahora, a medida que más limaduras se alinean con el campo generado por las limaduras adyacentes, forman un bucle continuo alrededor del imán y eso nos da una percepción visual muy bonita de cómo son las líneas de campo magnético. Por supuesto, las "líneas de campo" no existen en la vida real.

Answer 2

Lo que ocurre cuando las limaduras de hierro forman un patrón de "línea de campo" es, en realidad, un proceso de minimización de energía, algo parecido a la razón por la que los sistemas solares se forman a partir de nubes de polvo en rotación. Cada partícula de hierro se magnetiza por el campo aplicado, mucho más que el medio circundante. Entonces, hay fuerzas que actúan sobre las partículas de hierro adyacentes, que pueden tratarse como un montón de pequeños imanes. La configuración de energía mínima tiene el eje largo de la partícula alineado con el campo aplicado, y las partículas se agrupan en filamentos que tienen aproximadamente la misma forma que las líneas del campo magnético imaginario.

Es posible que la energía no se minimice por completo: hay que tener en cuenta la fricción con el papel de soporte y también la probabilidad de que el patrón se quede atascado en un mínimo de energía local en lugar de en el global.

Se obtiene un poco de patrones realmente extraños si se utiliza un líquido ferromagnético y un imán. (En realidad, un montón de ferromagnetos más o menos esféricos muy pequeños suspendidos en aceite).