Materiales magneticos
Existen diversos tipos de comportamiento de los materiales magnéticos, siendo los principales el ferromagnetismo, el diamagnetismo y el paramagnetismo.
En los materiales diamagnéticos, la disposición de los electrones de cada átomo es tal, que se produce una anulación global de los efectos magnéticos. Sin embargo, si el material se introduce en un campo inducido, la sustancia adquiere una imantación débil y en el sentido opuesto al campo inductor.
Si se sitúa una barra de material diamagnético en el interior de un campo magnético uniforme e intenso, esta se dispone transversalmente respecto de aquel.
Los materiales paramagnéticos no presentan la anulación global de efectos magnéticos, por lo que cada átomo que los constituye actúa como un pequeño imán. Sin embargo, la orientación de dichos imanes es, en general, arbitraria, y el efecto global se anula.
Asimismo, si el material paramagnético se somete a la acción de un campo magnético inductor, el campo magnético inducido en dicha sustancia se orienta en el sentido del campo magnético inductor.
Esto hace que una barra de material paramagnético suspendida libremente en el seno de un campo inductor se alinee con este.
El magnetismo inducido, aunque débil, es suficiente intenso como para imponer al efecto magnético. Para comparar los tres tipos de magnetismo se emplea la razón entre el campo magnético inducido y el inductor.
La rama de la química que estudia las sustancias de propiedades magnéticas interesantes es la
magnetoquímica.
Materiales magnéticos blandos: se denomina materiales magnéticos blandos a los materiales ferromagnéticos con paredes de dominios magnéticos que se mueven fácilmente cuando se aplica un campo; es decir, que se pueden desmagnetizar.
Materiales magnéticos duros: son aquellos con menor movilidad de las paredes de los dominios, lo que los hace ideales como imanes permanentes y usados raramente en aplicaciones de potencia de corriente alterna.
Propiedades de los materiales magnéticos:
Propiedades Magnéticas Macroscópicas: son producto de los momentos magnéticos asociados con los electrones individuales. Cuando el electrón gira alrededor del núcleo, se convierte en una carga eléctrica en movimiento, por lo que se genera un momento magnético. Cada electrón gira alrededor de si mismo creando un momento magnético.
De acuerdo a sus propiedades magnéticas y cuando los materiales se someten a un campo magnético, estos se pueden clasificar en:
- Diamagnéticos: los materiales diamagnéticos son `débilmente repelidos' por las zonas de campo magnético elevado. Cuando se someten a un campo, los dipolos se orientan produciendo campos magnéticos negativos, contrarios al campo aplicado. Los valores de susceptibilidad de estos materiales es pequeña y negativa y su permeabilidad próxima a la unidad. También estos materiales son una forma muy débil de magnetismo, la cual es no permanente y persiste no solamente cuando se aplica un campo externo.
- Paramagnéticos: los materiales paramagnéticos son débilmente atraído por las zonas de campo magnético intenso. Se observa frecuentemente en gases. Los momentos dipolares se orientan en dirección al campo, y tiene permeabilidades próximas a la unidad y su susceptibilidad es pequeña pero positiva. Este efecto desaparece al dejar de aplicar el campo magnético.Es decir que el paramagnetismo se produce cuando las moléculas de una sustancia tienen un momento magnético permanente. El campo magnético externo produce un momento que tiende a alinear los dipolos magnéticos en la dirección del campo. La agitación térmica aumenta con la temperatura y tiende a compensar el alineamiento del campo magnético. En las sustancias paramagnéticas la susceptibilidad magnética es muy pequeña comparada con la unidad.
densidad de flujo magnetico .
Densidad de flujo magnético o inducción magnética se llama al vector que representa el campo magnético. Ver figura "flujo magnético en bobinas y conductores". Es también la cantidad de flujo magnético por unidad de área. Sus unidades son por consiguiente Weber por metro cuadrado ( Wb / m2 ). Al Wb / m2 se le llama "Tesla".
Cuando una partícula cargada "q" se mueve dentro de un campo magnético "B" con una velocidad "V" perpendicular al campo, este ejerce una fuerza "Fm" sobre la partícula. Esta fuerza es también perpendicular tanto al campo como a la velocidad. Vale decir que V, Fm, y B son mutuamente perpendiculares entre si. La magnitud de esta fuerza vale.
| Tipo de material | Características |
|---|
| No magnético | No afecta el paso de las líneas de Campo magnético.
Ejemplo: el vacío. |
| Diamagnético | Material débilmente magnético. Si se sitúa una barra magnética cerca de él, ésta lo repele.
Ejemplo: bismuto (Bi), plata (Ag), plomo (Pb), agua. |
| Paramagnético | Presenta un magnetismo significativo. Atraído por la barra magnética.
Ejemplo: aire, aluminio (Al), paladio (Pd), magneto molecular. |
| Ferromagnético | Magnético por excelencia o fuertemente magnético. Atraído por la barra magnética.
Paramagnético por encima de la temperatura de Curie
(La temperatura de Curie del hierro metálico es aproximadamente unos 770 °C).
Ejemplo: hierro (Fe), cobalto (Co), níquel (Ni), acero suave. |
| Antiferromagnético | No magnético aún bajo acción de un campo magnético inducido.
Ejemplo: óxido de manganeso (MnO2). |
| Ferrimagnético | Menor grado magnético que los materiales ferromagnéticos.
Ejemplo: ferrita de hierro. |
| Superparamagnético | Materiales ferromagnéticos suspendidos en una matriz dieléctrica.
Ejemplo: materiales utilizados en cintas de audio y video. |
| Ferritas | Ferromagnético de baja conductividad eléctrica.
Ejemplo: utilizado como núcleo inductores para aplicaciones de corriente alterna |
La densidad de flujo magnético, visualmente notada como B, es el flujo magnético por unidad de área de una sección normal a la dirección del flujo, y es igual a la intensidad del campo magnético.
La unidad de la densidad en el Sistema Internacional de Unidades es el Tesla.
Está dado por:
donde B es la densidad del flujo magnético generado por una carga q que se mueve a una velocidad v a una distancia r de la carga, y ur es el vector unitario que une la carga con el punto donde se mide B (el punto r).
o bien
donde B es la densidad del flujo magnético generado por un conductor por el cual pasa una corriente I, a una distancia r.
Este campo B también se llama inducción magnética.
La fórmula de esta definición se llama Ley de Biot-Savart, y es en magnetismo la “equivalente” a la Ley de Coulomb de la electrostática: Sirve para calcular fuerzas de atracción-repulsión entre conductores atravesados por corrientes de carga.
El campo inducción, B, o densidad de flujo magnético (los tres nombres son equivalentes) es incluso mas importante en electromagnetismo que el propio campo magnetico H, y aparece en las ecuaciones de Maxwell con mayor relevancia que este.
magnetismo terrestre
Magnetismo terrestre. El fenómeno del magnetismo terrestre se debe a que toda la Tierra se comporta como un gigantesco imán. Aunque no fue hasta 1600 que se señaló esta similitud, los efectos del magnetismo terrestre se habían utilizado mucho antes en las brújulas primitivas. El nombre dado a los polos de un imán (Norte y Sur) se debe a esta similitud.
Un hecho a destacar es que los polos magnéticos de la Tierra no coinciden con los polos geográficos de su eje. Las posiciones de los polos magnéticos no son constantes y muestran ligeros cambios de un año para otro, e incluso existe una pequeñísima variación diurna solo detectable con instrumentos especiales.
Declinación. La diferencia angular entre el Norte magnético y el Norte geográfico, se denomina declinación.
La declinación es Este cuando el norte magnético está al este del norte geográfico, y es Oeste cuando el norte magnético está al oeste del norte geográfico. En España la declinación es Oeste.
La declinación varía de un lugar a otro. Dado que las variaciones no son muy grandes, se suele asumir una misma declinación para zonas geográficas próximas (p.ejemplo la Península Ibérica, uno o más Estados en EE.UU, etc...).
Inclinación. Dependiendo de la zona magnética del planeta en la que nos encontremos la aguja de nuestra brújula puede llegar a inclinarse sobre una superficie totalmente nivelada, hasta llegar a tocar el cristal protector y bloquearse. Este efecto es consecuencia directa de la curvatura de la tierra y de encontrarse en latitudes muy cercanas o alejadas del polo magnético.
Así pues, en latitudes cercanas al Polo Norte magnético, la aguja tenderá a bajar, mientras que en latitudes cercanas al polo sur, la aguja tenderá a subir.
Para solucionar este problema existe un tipo de brújulas llamadas de "Tipo Global", que lo corrigen.
Ferromagnéticos: se caracterizan por ser siempre metálicos, y su intenso magnetismo no es debido a los dipolos. Este magnetismo puede ser conservado o eliminado según se desee, los 3 materiales ferromagnéticos son el hierro, el cobalto y el níquel. La causa de este magnetismo son los electrones desapareados de la capa 3d, que presentan estos elementos. Como se ha indicado, los materiales ferromagnéticos afectan drásticamente las características de los sistemas en los que se los usa.
