¿Cómo se mantienen unidos los imanes y por qué no explotan?

Imagina que tenemos un imán (el lado rojo es el polo norte, el lado azul es el polo sur) e imagina dos formas de dividirlo.

La primera forma:

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Cuando lo dividimos separando el polo norte del polo sur, vemos que las dos piezas son en sí mismas imanes dipolares. Los dos extremos rotos serán polos opuestos y se atraerán entre sí.

La segunda forma:

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Cuando lo dividimos a lo largo de los dos polos, las dos piezas de imán resultantes se repelerán entre sí.

Tenga en cuenta que los colores son solo representaciones de los polos del imán, y cuando los colores cambian, no representan ningún cambio en las piezas del imán en sí.

Mi pregunta: si hay una fuerza repulsiva dentro del imán que lo empuja horizontalmente para separarlo (en mi imagen), ¿qué es lo que lo mantiene unido?

Me parece que la estabilidad del imán no se puede explicar solo con fuerzas electromagnéticas, pero eso no parece del todo correcto. ¿Qué mantiene unidos los dominios del imán? Y a nivel atómico, ¿qué mantiene unidos a los átomos?

No es necesario etiquetar esta pregunta con [electromagnetismo] o [campos magnéticos]. ¿ Cómo se mantiene unido algo ? Los imanes permanentes no explotan porque son objetos sólidos. Su pregunta equivale a preguntar por qué los objetos "sólidos" son sólidos.

Respuestas (4)

Los enlaces químicos del material lo mantienen unido.

Si los imanes en los que está pensando están hechos de metal, entonces el enlace químico es el enlace metálico , que es bastante fuerte. Puedes hacerte una idea de lo fuerte que es si intentas partir una barra de metal en dos. A menos que sea excepcionalmente fuerte, probablemente no lo consiga, pero probablemente sea capaz de sacar una barra magnética de la puerta de un refrigerador, por ejemplo. La fuerza del enlace metálico es mucho mayor que la fuerza magnética.

Irónicamente, la fuente del enlace metálico es también la fuerza electromagnética. Para valores típicos, la fuerza eléctrica es mucho mayor que la fuerza magnética. Puedes hacerte una idea de esto examinando la fuerza entre dos esferas con carga 1   C . Si las dos esferas están separadas por un vacío y están a una distancia de 1   metro , la fuerza entre ellos es aproximadamente 9 × 10 9   norte . Mientras tanto, si una de las esferas se mueve a una velocidad de 1   metro / s en el campo magnético de la Tierra, la fuerza magnética que experimenta es aproximadamente 3.2 × 10 5   norte .

Esta gran discrepancia es lo que mantiene unidos al imán (ya los átomos).

Para ser absolutamente claro: ¿sería correcto decir que el enlace metálico se debe al campo eléctrico (de las moléculas)?
@MaximalIdeal sí. De Wiki, "El enlace metálico es un tipo de enlace químico que surge de la fuerza de atracción electrostática entre los electrones de conducción (en forma de una nube de electrones de electrones deslocalizados) y los iones metálicos cargados positivamente".
Hola, esta interesante pregunta me ha planteado una pregunta adicional: si observas la primera figura, en la que el imán está dividido por la mitad, ¿cómo es posible que una parte norte de todo el imán se convierta en sur y una parte sur de todo el imán se convierte en el norte?
@ Kinka-Byo Técnicamente, no cambia ni se convierte en nada, solo parece ser así. Si vuelves a combinar las dos piezas (que es lo que quieren hacer en la primera imagen), obtendrás el mismo imán con el que comenzaste, lo que revela que nada está cambiando en términos de polos. Ahora para explicar esto más...
@ Kinka-Byo ... el imán en realidad está compuesto por muchos pequeños dipolos y el campo magnético del imán es en realidad la suma de los campos de esos pequeños dipolos. Este video dice que, en última instancia, se trata de que los electrones emitan un campo dipolar (son monopolos eléctricos pero dipolos magnéticos). (Allure también puede responder a esto si quiere).
@ Kinka-Byo Los polos "Norte" y "Sur" no están realmente allí. Esas son solo formas de distinguir los dos lados del imán: uno donde salen las líneas de campo y otro donde las líneas de campo ingresan al imán. Si rompes el imán como en la primera figura, esto sigue siendo cierto.
Para agregar el comentario de Aaron: el norte y el sur de un imán son más direcciones que ubicaciones.
Y si hicieras el corte longitudinal que muestra @MaximalIdeal en la pregunta, las dos mitades, de hecho, se repelerían y se separarían. (En realidad, es más probable que giren de modo que el polo norte de un medio imán se alinee con el sur del otro).
@CarlF O ​​deslízate verticalmente, si les pegas giroscopios para que dejen de girar.

Los imanes se mantienen unidos de la misma manera que todos los sólidos: enlaces químicos entre las partículas que forman el imán, que en última instancia se deben al electromagnetismo.

Tome dos imanes de nevera que se atraigan, péguelos y sepárelos. Luego tome una pieza ordinaria de metal y tire de sus extremos con aproximadamente la misma fuerza. Esto produce aproximadamente la misma tensión de tracción a la que se somete constantemente un imán de nevera. ¿Te sorprende que el metal no se deshaga en tus manos?

El OP es completamente, totalmente, correcto .

Hay muchos objetos comunes, ejemplo

https://en.wikipedia.org/wiki/Magnetar

donde el campo magnético "auto" es tan fuerte que fácilmente desgarra objetos, moléculas, átomos e incluso fotones.

Tales cosas son el estado común del universo.

En condiciones realmente raras e inusuales (p. ej., los imanes de su refrigerador, en la Tierra), esto no sucede.

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Estos imanes terrestres típicos son menos poderosos que otros objetos comunes en el universo y, por lo tanto, no muestran el comportamiento descrito por el OP.

Por otra parte, el típico objeto no magnético en el Universo tampoco es sólido.
Quizás un mejor ejemplo es la ingeniería que se dedica a los electroimanes de alta resistencia. Consulte, por ejemplo, www2.lbl.gov/Science-Articles/Archive/14-tesla-magnet.html : hay varios párrafos sobre lo que tuvieron que hacer para que el alambre de niobio-estaño resistiera la tensión prevista.
fascinante, @zwol y, como dices, parece responder con precisión a la pregunta de OP. tal vez debería hacer una respuesta?!
@Fattie No creo que pueda hacerle justicia; todo lo que sé sobre el tema ya está contenido en el artículo al que me vinculé.

Hoy todos sabemos que en el nivel más bajo conocido, los quarks, que forman los nucleones, estos se mantienen unidos por la fuerza fuerte, y es mucho más fuerte que cualquier otra fuerza a esta distancia, por eso los quarks existen en confinamiento, en nuestro universo (excepto tal vez dentro de los agujeros negros). Ahora los nucleones se mantienen unidos por la fuerza fuerte residual (fuerza nuclear), que es aún mucho más fuerte que cualquier otra fuerza a esta escala.

Los electrones y los núcleos se mantienen unidos por la fuerza EM (los campos eléctricos estáticos de las cargas), aún mucho más fuerte que el campo magnético estático de los imanes en su caso.

Ahora bien, los átomos dentro del imán se mantienen unidos por algo que llamamos enlaces covalentes, y estos son, en contra de la creencia popular, un fenómeno QM. Estos enlaces covalentes se deben a un cierto intercambio de orbitales de electrones, y su efecto es que el enlace covalente es mucho más fuerte que los campos magnéticos estáticos de los imanes de barra en su caso.

Está preguntando qué mantiene unidos los dominios de los imanes, y la respuesta es este enlace covalente.

Como ya indicó, las unidades físicas deben ser consideradas. Cuando se trabaja en unidades SI, la relación entre la intensidad del campo eléctrico y la intensidad del campo magnético en la radiación EM es igual a 299 792 458 m/s, la velocidad de la luz c.

¿Por qué los campos magnéticos son mucho más débiles que los eléctricos?

Los enlaces covalentes se deben inequívocamente a la interacción electromagnética. La interacción electrostática es solo una aproximación en la que se desprecia la dinámica del campo electromagnético (cuántico) y, a veces, esa aproximación es lo suficientemente buena.

¿Los enlaces covalentes son EM (electrostática/electronegatividad) o no?

Entonces, la respuesta a su pregunta es que el enlace covalente (de las partículas) es mucho más fuerte que la fuerza del campo magnético estático de sus imanes de barra, y eso mantiene unidos los dominios de los imanes.