PROPIEDADES MAGNÉTICAS DE LA MATERIA.

El magnetismo no es más que el fenómeno físico asociado con la atracción de determinados materiales; es decir por medio del cual los materiales ejercen fuerza de atracción o de repulsión sobre otros materiales. Las fuerzas magnéticas son producidas por el movimiento de partículas cobradas como los electrones, mientras indican la relación íntima entre electricidad y magnetismo. El marco unificado para estas dos fuerzas se llama la teoría electromagnética.

Un anillo de corriente eléctrica genera una región de atracción física, o campo magnético, el campo magnético no es mas que la región del espacio en la que se manifiestan los fenómenos magnéticos. Estos actúan según unas imaginarias "líneas de fuerza": éstas son el camino que sigue la fuerza magnética conocidas también como líneas de flujo magnético (este campo se traduce en unas líneas de fuerza y dos polos de los que parten estas líneas conocidas como bipolar).La intensidad o dirección del campo magnético en un determinado punto cercano al anillo de corriente viene dado por H, una magnitud vectorial.

La evidencia más familiar de magnetismo es que la fuerza atractiva o repulsiva observó para actuar entre los materiales magnéticos como hierro. Se encuentran los efectos más sutiles de magnetismo, sin embargo, en toda la materia. Estos efectos han proporcionado las pistas importantes a la estructura atómica de materia.

Magnitudes Magnéticas:

En el espacio libre que rodea a una fuente de campo magnético, es posible definir la inducción magnética, B, cuya magnitud es la densidad de flujo. La inducción esta relacionada con el campo magnético, H por:

B = µ0x H donde:

• µo es la permeabilidad del vació >
  H/m.
• B es la inducción magnética cuya magnitud es la densidad del fluido.
• H es la intensidad o dirección del campo magnético, que es una magnitud vectorial

Si un sólido es introducido en el campo magnético, la intensidad de la inducción se vera modificada, pero sigue siendo expresada de forma similar:

B = µx H. donde:

- µ es la permeabilidad del sólido. Y las demás variables siguen de igual magnitud que en la ecuación anterior.

Todo estudiante o investigador de esta rama debe saber que una forma alternativa de la ley de Ohm es:

1/ A = (V/ l)

Si aplicamos esta forma alternativa de la ley de Ohm al campo magnético obtenemos que la I/A es la densidad de corriente y V/I es el gradiente de voltaje. Se observa entonces que la inducción magnética B es análoga a la densidad de corriente y el campo magnético H es análogo al gradiente de voltaje (campo eléctrico), con la permeabilidad µ correspondiendo a la conductividad. La presencia de un sólidos ha modificado la inducción. La contribución por separado del sólido se observa en la expresión:

B = µ x H =µo (H+M) donde:

- M es la magnetización del sólido, y el término µoM representa el campo magnético inducido extra asociado al sólido.

Se puede describir el comportamiento magnético de un sólido por su permeabilidad relativa que viene dada por la siguiente ecuación:

µr = µ donde:

• µ es la permeabilidad del sólido.
• µo es la permeabilidad del vació >
  H/m.

Las unidades de estos términos magnéticos en el sistema MKS s son consistentes con las aceptadas en el SI, y estas son:

• Para la intensidad de B webers/ metro > (Wb/m2 ).
• Para µ Webers/ amperios . metro > (Wb/ A.m) ó henrios/ metro > (H/m).
• Para H y M amperios/ metro > (A/m).

Como la magnetización de un material magnético es proporcional al campo aplicado, se define un factor de proporcionalidad llamado susceptibilidad magnética:

donde:

- Xm es la susceptibilidad magnética.

Propiedades de los materiales magnéticos:

- Materiales Magnéticos: estos materiales son aquellos que poseen una forma especializada de energía que esta relacionada con la radiación electromagnética, y sus propiedades y estructura se distinguen de los demás por las características magnéticas que poseen.

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.

El momento magnético neto de un átomo es la suma de los momentos magnéticos generados por los electrones. Si incluyen los momentos orbítales, de rotación, y el hecho de que los momentos pueden cancelarse.

En los átomos donde el nivel de energía de los electrones están completamente llenos, todos los momentos se cancelan. Estos materiales no puedes ser magnetizados permanentemente (Gases inertes y algunos materiales iónicos).

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.

• 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. Los materiales ferromagnéticos no son `lineales'.
  La magnetización en los ferromagnéticos se debe a la curva de histéresis. Una vez producida la magnetización se intenta eliminar el campo magnético, pero para valor de campo magnético cero el material sigue magnetizado, y para poder desmagnetizarlo es necesaria la aplicación de un campo negativo o fuerza coercitiva.
  Las curvas de histéresis varían a medida que varía la temperatura a medida que aumenta la temperatura la magnetización disminuye, hasta llegar a la temperatura de Curie, en la que el material deja de comportarse como ferromagnético y pasa a comportarse como paramagnético.
  Los materiales ferromagnéticos llegan a un momento en que aunque se siga aplicando el campo magnético no se magnetizan más y alcanza la inducción de saturación, y una vez retirado el campo no pierde toda la magnetización sino que la guarda en lo que se conoce como inducción remanente.
  Estos materiales son fuertemente atraídos por las zonas de campo magnético intenso (presentan además fenómenos de histéresis y existen dominios ferromagnéticos). Se observa en fierro, niquel, cobalto y aleaciones.
  • Ferrimagnéticos: es la base de la mayoría de los imanes metálicos de utilidad, los materiales magnéticos cerámicos se basan en un fenómeno ligeramente diferente. En cuanto a la histéresis, el comportamiento es básicamente el mismo. Sin embargo, la estructura cristalina de la mayoría de los materiales magnéticos cerámicos comunes implica unemparejamiento antiparalelo de los spines de los electrones, reduciendo por tanto el movimiento magnético neto que es posible alcanzar en los metales. Este fenómeno se distingue del ferromagnetismo mediante un nombre ligeramente diferente denominándose ferrimagnetismo.