Equilibrio en campos magnéticos

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Posiciones de equilibrio

Saludando nuevamente a mis amigos de HIVE y de la aplicación stem.openhive.network

La formación de sales, minerales y los mismos elementos químicos tienen una característica muy propia como lo es su estructura cristalina y depende fuertemente de los enlaces electroquímicos entre cada uno de sus componentes, recuerdo que publiqué un post relacionado con los cristales de Sal Halita donde se forman cristales cúbicos. La distribución de los átomos en la red de Cl y Na toman posiciones de equilibrio entre las fuerzas de atracción y repulsión representadas por los enlaces iónicos en el NaCl. En este post veremos a través de un experimento sencillo la ubicación de partículas que interaccionan dentro de un campo magnético generado por imanes permanentes y que las ubica en puntos equidistantes donde hay minimización de la energía y que son conocidos como posiciones de equilibrio.

Configuración cuadrada de "posiciones de equilibrio" magnético | azulear (CC0)

Antes de entrar en materia me gustaría comentar los 3 tipos conocidos de Equilibrio: Estable cuando la partícula regresa a su posición de equilibrio luego de cualquier perturbación alrededor de ella, Inestable cuando se rompe fácilmente su composición natural rápidamente, por ejemplo lo que ocurre con el Bicarbonato (H2CO3) donde los enlaces cambian sus posiciones de equilibrio por efecto de la temperatura y se forma dióxido de carbono y agua (CO2 y H2O). Por último el Equilibrio Indiferente cuando la partícula encuentra una nueva posición de equilibrio al sufrir un efecto traslacional, como cuando una pelota deja de rebotar y se queda inmóvil sobre el piso.

Posiciones de Equilibrio con interacción del Campo Magnético
 Es bastante conocido que cuando hacemos circular una corriente eléctrica (dc) a través de un alambre conductor de cobre, se producen líneas de campo eléctrico inducido, actuando como un imán, mientras que de forma artificial podemos fabricar imanes de neodimio tan potentes como para soportar hasta kilogramos de peso. Estos imanes tienen su polo norte y polo sur distintivos en la geometría del imán y que si llegara a romperse, pues formarían 2 nuevos imánes con ambos polos, pero con diferente intensidad del campo magnético. Todo esto lo comento para introducirnos en el experimento que busca presentar la ubicación de puntos de equilibrio de partículas imantadas que serán suspendidas sobre agua contenida en un recipiente de vidrio con forma redondeada, la cual limitará el distanciamiento excesivo de las partículas debido al efecto de las líneas de fuerza del campo magnético.

Posiciones de equilibrio en una interacción magnética | azulear (CC0)

En los proceso de separación de cada una de las partículas que estoy agregando al recipiente lleno con agua, las partículas buscarán las posiciones de equilibrio donde se espera que las contribuciones de todas las fuerzas en todas las direcciones se anulen, por lo que es considerado como un sitio de mínima energía de ese sistema. Lo crucial de este experimento es que las configuraciones geométricas guardan relación con la estructura cristalina de los elementos químicos, sales, minerales y compuestos, donde sus átomos se ubican en sitios establecidos en la red cristalina donde la fuerza de los enlaces es más estable.

Diagrama de distribución triangular de partículas | azulear (CC0)

Debemos recordar que para las interacciones eléctricas y magnéticas existe el Teorema de Earnshaw, donde se establece que las partículas (cargas puntuales) no permanecen en un estado estacionario debiendo haber una perturbación en alguna dirección. Lo que yo observa en este experimento limitado por los bordes del recipiente es que las "fichas" que utilizo como partículas pasan a tomar posiciones preferidas donde se mantienen inmóviles hasta que entra una perturbación que las hace cambiar de su posición de equilibrio,

En este experimento con imanes permanentes de Neodimio en forma de esferas se presenta un fenómeno de repulsión cuando se tienen los polos norte de cada uno de ellos enfrentados. Las partículas (fichas de madera) se desplazan sobre la superficie del agua hacia unos puntos equidistantes que pasan a ser sus POSICIONES DE EQUILIBRIO, donde se supone que se encuentran los mínimos de energía y sería el lugar donde se anulan las fuerzas del campo magnético.

Las posiciones de equilibrio tienen que ver con las transformaciones energéticas y el principio de conservación de la energía, donde el caso del péndulo simple es el ejemplo más sencillo para ver una partícula en su estado base o posición de equilibrio, donde su energía cinética y potencial se combinan para "dejar" en reposo al objeto suspendido por una cuerda.

    En esta comunidad científica, #stem-espanol, he encontrado el sitio ideal para compartir mis post con temas novedosos y actualizados sobre la Energía y sus transformaciones en La Tierra y El Espacio. Gracias por visitar y leer mis post, nos vemos en la próxima entrega de @azulear

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ENERGÍA y sus efectos | Manishearth (CC-BY-SA-3.0)
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6 comments
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Saludos @azulear. Muy buena analogía, queda muy claro con la explicación utilizando imanes de como la interacción magnética influye en la estructura cristalina de los compuestos, muy didáctico para dar a conocer a los estudiantes sobre como las partículas adoptan formas geométricas.

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Cuando estamos hablando de los campos magnéticos decimos que tienen su origen en las corrientes eléctricas y el principio de conservación de la energía. lo que se pudo apreciar en el experimento que se llevo a cabo por lo que logro detallar que las fichas las cuales utilizaron deben tomar posiciones preferible mente inmóviles las cuales hacen cambiar una posición de equilibrio, Saludos amigo gracias por compartir tan importante información

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Muy bueno el experimento, demuestra cómo interactúan los campos magnéticos. 👍

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