679 252 083 josep.duran@udg.edu

P11: Els Quatre Cantons

Onzena parada

Els Quatre Cantons

Els quatre cantons és un lloc molt especial de Girona, cruïlla i punt de trobada. En aquest cas, el final del nostre itinerari. Just en aquest punt s’hi representen els quatre rius que travessen Girona, encastats a terra, com una petjada. Quatre rius, quatre cantons i quatre punts cardinals.

Aquests punts es relacionen amb el fet que la Terra presenta un camp magnètic. La seva existència es coneix des de molt antic, per les seves aplicacions en navegació a través de la brúixola. El pol nord de l’agulla d’una brúixola assenyala el pol nord magnètic de la Terra, ja que tant la Terra com la brúixola són dos imants. És prou conegut que els imants tenen dos pols, anomenats nord i sud, i que dos pols iguals es repel·leixen, mentre que dos pols diferents o oposats s’atreuen.

El primer imant que es va trobar va ser la magnetita. Es tracta d’un mineral format per òxid de ferro que presenta magnetisme natural. L’origen d’aquest efecte cal buscar-lo en els àtoms que formen aquest material. Grups d’àtoms s’ajunten en petites regions de magnetisme que s’anomenen dominis, cadascun amb dos pols. En la majoria dels materials aquests dominis apunten en totes direccions. En alguns materials aquests dominis es poden ordenar, per exemple amb un altre camp magnètic, de forma que es genera un altre objecte magnètic.

És possible que els antics xinesos haguessin fabricat imants escalfant barres de ferro i deixant-les refredar alineades nord-sud. En aquest cas s’aprofitava el camp magnètic de la Terra per induir un camp magnètic a les barres de ferro.

Brúixola, per Pep Anton Vieta

Electroimant, per Pep Anton Vieta

Durant anys, el camp magnètic de la Terra es va atribuir a l’existència d’un potent imant al seu centre. Si bé es creu que el nucli de la Terra està format per ferro i níquel, dos metalls amb propietats magnètiques, se sap que a temperatures tan elevades com la del centre de la Terra, aquesta propietat es perd. Per tant, el centre de la Terra no pot ser un imant permanent. Actualment existeixen diverses teories per explicar el magnetisme de la Terra, però la més acceptada es basa en el moviment d’un nucli de ferro sòlid, molt calent, envoltat per ferro líquid. Les dues masses en moviment a l’interior de la terra generen alhora un moviment d’electrons que serien els responsables del camp magnètic.

Aquest fenomen s’explica perquè electricitat i magnetisme estan relacionats. Amb corrent elèctric es pot fer un imant (electroimant) de la mateixa manera que amb un camp magnètic es pot fer corrent elèctric (una dinamo).

Actualment es fabriquen imants molt potents amb materials com òxid de ferro en ceràmiques d’òxid de bari o estronci, aliatges de níquel, cobalt i ferro, però els més potents estan fets amb elements del grups anomenats lantànids i actínids. Per exemple els de samari i cobalt o els de neodimi-ferro-bor (NIB).

Els imants s’utilitzen en nombroses aplicacions, com motors elèctrics, altaveus, atraccions de fires, a més de brúixoles o imants per a les neveres. Tots aquests exemples són d’imants permanents, que vol dir que el seu caràcter magnètic és molt durador. En canvi, altres substàncies magnètiques poden experimentar modificacions moltes vegades. És el cas de les targetes de crèdit i de les pràcticament extingides cintes de vídeo.

Malgrat aquestes aplicacions de caire domèstic, en determinades aplicacions més tecnològiques es fan servir imants de gran potència. És el cas de la ressonància magnètica nuclear o dels trens magnètics. En ambdós casos s’utilitzen materials superconductors. Els més comuns són els cuprats d’itri (YBa2Cu3O7), però també hi ha cuprats de mercuri i bari i altres superconductors basats en fullerens. Quan es refreden prou -per sota els -70ºC, aquesta és de moment la seva gran limitació que ha impedit que s’hagin aplicat de forma generalitzada- tenen la propietat de ser excel·lents conductors del corrent elèctric i de generar camps magnètics molt poderosos.

YBCO, el superconductor de la UdG

Ho sabies?

El responsable del descobriment del magnetisme fou un pastor grec, segons explica l’historiador Plini, conegut com el vell, que va viure entre el 23 i el 79 dC i que es dedicà a recollir el saber popular. El pastor va adonar-se que una roca que va trobar atreia la punta del seu bastó i els claus de la sola de les seves sabates. Tant la punta del bastó com els claus de la sola eren de ferro. I la roca no atreia res més. El pastor, que vivia a Magnèsia, no sabia per què passava aquell fenomen, però encuriosit, va anar a explicar-ho al savi que hi havia més a prop. Es tractava de Tales, que vivia al veí poble de Milet. Tales va estudiar les propietats de la roca i la va anomenar magnetita. Unes versions diuen que va ser en honor al poble on havia estat trobada, d’altres perquè el pastor es deia Magnes. Fos com fos, des d’aleshores els materials que tenen un comportament similar s’anomenen magnètics.