Propiedades Magnéticas de la materia
Clasificación, determinación de propiedades y ejemplos de Propiedades magnéticas
Se puede decir que hay dos grupos muy importante de materiales: aquellos que tienen un m nulo en ausencia de un campo magnético externo y los que tienen siempre un m no nulo. En el primer tipo de materiales el efecto dominante de un campo magnético externo es reorientar los orbitales atómicos de tal modo que estos aparecen imitando corrientes inducidas y por lo tanto creando campos magnéticos que se oponen al campo magnético aplicado (corrientes inducidas es un concepto que se ve más adelante). El campo magnético total dentro de este tipo de materia resulta menor al campo magnético aplicado. Tales materiales se denominan diamagnéticos. La gran mayoría de las sustancias que existen en la naturaleza son de este tipo. Por ejemplo: bismuto, cobre, carbón, mercurio, oro, plata, sodio, agua.
Otro tipo de materiales tiene m a nivel atómico, los cuales tienden a orientarse en forma paralela al campo aplicado, y el resultado es que el campo magnético en el interior de estos materiales es mayor al campo aplicado.
Son los materiales paramagnéticos. Ejemplos son: aluminio, manganeso, oxígeno, sodio, titanio, tungsteno, platino.
Hay un grupo aparte de materiales, los llamados ferromagnéticos tales como el hierro, níquel y cromo. Estos materiales pueden estar magnetizados, es decir, tienen dipolos magnéticos a nivel molecular y ellos tienden a estar ordenados en forma espontánea, por lo que son fuente de campo magnético (son imanes). Muchos materiales paramagnéticos sometidos a temperaturas suficientemente bajas suelen transformase en ferromagnéticos.
Diamagnetismo y paramagnetismo
La explicación correcta del diamagnetismo, paramagnetismo y ferromagnetismo exige la mecánica cuántica.
Las sustancias diamagnéticas están formadas por átomos, iones o moléculas cuyos momentos magnéticos totales (suma de los momentos magnéticos asociados al movimiento de sus cargas y a sus spines) son nulos. Al aplicarles un campo magnético externo Bo , se producen en cada uno de estos agregados corrientes inducidas, justificables mediante la ley de
Faraday-Lenz y se origina un campo Bm que se opone a o B . El diamagnetismo depende muy poco de la temperatura.
Las sustancias paramagnéticas están constituidas por átomos, iones o moléculas que tienen momento magnético total no nulo. Al aplicar el campo externo, magnetizante, se produce además del correspondiente efecto diamagnético, que es universal y lo sufren todas las sustancias. Un efecto paramagnético consistente en que los momentos magnéticos se orientan en la dirección del campo externo, con lo que el campo magnético total en su interior aumenta.
La orientación se ve obstaculizada con el movimiento caótico asociado con la temperatura y que tiende a destruir el orden. Por esto el paramagnetismo depende de la temperatura: a mayor temperatura menor paramagnetismo.
Ferromagnetismo
Clasificación, determinación de propiedades y ejemplos de Propiedades magnéticas
Se puede decir que hay dos grupos muy importante de materiales: aquellos que tienen un m nulo en ausencia de un campo magnético externo y los que tienen siempre un m no nulo. En el primer tipo de materiales el efecto dominante de un campo magnético externo es reorientar los orbitales atómicos de tal modo que estos aparecen imitando corrientes inducidas y por lo tanto creando campos magnéticos que se oponen al campo magnético aplicado (corrientes inducidas es un concepto que se ve más adelante). El campo magnético total dentro de este tipo de materia resulta menor al campo magnético aplicado. Tales materiales se denominan diamagnéticos. La gran mayoría de las sustancias que existen en la naturaleza son de este tipo. Por ejemplo: bismuto, cobre, carbón, mercurio, oro, plata, sodio, agua.
Otro tipo de materiales tiene m a nivel atómico, los cuales tienden a orientarse en forma paralela al campo aplicado, y el resultado es que el campo magnético en el interior de estos materiales es mayor al campo aplicado.
Son los materiales paramagnéticos. Ejemplos son: aluminio, manganeso, oxígeno, sodio, titanio, tungsteno, platino.
Hay un grupo aparte de materiales, los llamados ferromagnéticos tales como el hierro, níquel y cromo. Estos materiales pueden estar magnetizados, es decir, tienen dipolos magnéticos a nivel molecular y ellos tienden a estar ordenados en forma espontánea, por lo que son fuente de campo magnético (son imanes). Muchos materiales paramagnéticos sometidos a temperaturas suficientemente bajas suelen transformase en ferromagnéticos.
Diamagnetismo y paramagnetismo
La explicación correcta del diamagnetismo, paramagnetismo y ferromagnetismo exige la mecánica cuántica.
Las sustancias diamagnéticas están formadas por átomos, iones o moléculas cuyos momentos magnéticos totales (suma de los momentos magnéticos asociados al movimiento de sus cargas y a sus spines) son nulos. Al aplicarles un campo magnético externo Bo , se producen en cada uno de estos agregados corrientes inducidas, justificables mediante la ley de
Faraday-Lenz y se origina un campo Bm que se opone a o B . El diamagnetismo depende muy poco de la temperatura.
Las sustancias paramagnéticas están constituidas por átomos, iones o moléculas que tienen momento magnético total no nulo. Al aplicar el campo externo, magnetizante, se produce además del correspondiente efecto diamagnético, que es universal y lo sufren todas las sustancias. Un efecto paramagnético consistente en que los momentos magnéticos se orientan en la dirección del campo externo, con lo que el campo magnético total en su interior aumenta.
La orientación se ve obstaculizada con el movimiento caótico asociado con la temperatura y que tiende a destruir el orden. Por esto el paramagnetismo depende de la temperatura: a mayor temperatura menor paramagnetismo.
Ferromagnetismo
Sustancias ferromagnéticas como el Fe, Co, Ni son fuertemente atraídas al ser sometidas a la acción de un campo magnético. Estas sustancias son capaces de producir imanes permanentes, ya que su estado de magnetización perdura cuando el campo externo ha desaparecido.
El ferromagnetismo es consecuencia de las características de la estructura cortical de los átomos y de su organización dentro del cristal metálico.
Si analizamos la estructura de un imán permanente veremos que está formado por diminutas regiones, llamadas dominios magnéticos, cada una de las cuales se comporta, a su vez, como un imán.
Se cree que el ferromagnetismo se debe al campo magnético asociado con el spin. Aunque en la mayor parte de los materiales estos campos se anulan mutuamente, en las sustancias ferromagnéticas se produce una alineación de los spines de los electrones de los átomos próximos debido a fuerzas, cuya explicación cae en el ámbito de la mecánica cuántica. Que tienden a alinear los campos magnéticos de los electrones de los átomos de un mismo dominio.
Cuando se hace incidir un campo magnético sobre una sustancia ferromagnética se produce un desplazamiento de las paredes de los dominios de modo que aumenta el volumen de aquellos cuyo momento magnético está orientado a favor del campo y disminuye el de los demás. Si el campo externo es lo suficientemente intenso se puede producir, incluso, un giro brusco de los momentos magnéticos de los dominios en la dirección del campo, lo que aumenta la magnetización del material.
El imán puede mantener durante mucho tiempo esta orientación de sus dominios, aún si desaparece el campo externo. Sin embargo, si se destruye la orientación privilegiada, por ejemplo golpeando o calentando al imán, desaparece su magnetización al volver a las orientaciones aleatorias de los momentos magnéticos de los dominios.
La temperatura a partir de la cual un material ferromagnético se convierte en paramagnético se llama temperatura de Curie; para el Fe es de 1.043 K.
Aplicaciones
El ferromagnetismo es consecuencia de las características de la estructura cortical de los átomos y de su organización dentro del cristal metálico.
Si analizamos la estructura de un imán permanente veremos que está formado por diminutas regiones, llamadas dominios magnéticos, cada una de las cuales se comporta, a su vez, como un imán.
Se cree que el ferromagnetismo se debe al campo magnético asociado con el spin. Aunque en la mayor parte de los materiales estos campos se anulan mutuamente, en las sustancias ferromagnéticas se produce una alineación de los spines de los electrones de los átomos próximos debido a fuerzas, cuya explicación cae en el ámbito de la mecánica cuántica. Que tienden a alinear los campos magnéticos de los electrones de los átomos de un mismo dominio.
Cuando se hace incidir un campo magnético sobre una sustancia ferromagnética se produce un desplazamiento de las paredes de los dominios de modo que aumenta el volumen de aquellos cuyo momento magnético está orientado a favor del campo y disminuye el de los demás. Si el campo externo es lo suficientemente intenso se puede producir, incluso, un giro brusco de los momentos magnéticos de los dominios en la dirección del campo, lo que aumenta la magnetización del material.
El imán puede mantener durante mucho tiempo esta orientación de sus dominios, aún si desaparece el campo externo. Sin embargo, si se destruye la orientación privilegiada, por ejemplo golpeando o calentando al imán, desaparece su magnetización al volver a las orientaciones aleatorias de los momentos magnéticos de los dominios.
La temperatura a partir de la cual un material ferromagnético se convierte en paramagnético se llama temperatura de Curie; para el Fe es de 1.043 K.
Aplicaciones
Una de las muchísimas aplicaciones de los campos magnéticos son las bandas magnéticas de las tarjetas de crédito, de teléfono… Éstas guardan la información a través de diminutos dominios magnéticos. El lector consta de una pequeña bobina en la que se induce una corriente eléctrica al paso de la tarjeta. Por ello, suele estropearse la tarjeta cuando ésta se acerca a intensos campos magnéticos.
En la antigüedad a la magnetita se le atribuían muchas propiedades. Se decía que curaba el reumatismo y la gota y que permitía hablar con los dioses. En el siglo XVI Paracelso intentó utilizar el magnetismo para curar enfermedades, aunque no logró nada. Todos sus supuestos éxitos se debieron al efecto placebo. Incluso hoy en día también se nos intentan vender pulseras magnéticas y otros artefactos como remedio para muchas dolencias, aunque no hay ninguna constancia científica de sus ventajas.
Bibliografía
En la antigüedad a la magnetita se le atribuían muchas propiedades. Se decía que curaba el reumatismo y la gota y que permitía hablar con los dioses. En el siglo XVI Paracelso intentó utilizar el magnetismo para curar enfermedades, aunque no logró nada. Todos sus supuestos éxitos se debieron al efecto placebo. Incluso hoy en día también se nos intentan vender pulseras magnéticas y otros artefactos como remedio para muchas dolencias, aunque no hay ninguna constancia científica de sus ventajas.
Bibliografía
http://www.cec.uchile.cl/cinetica/electro/caps/cap5.pdf
http://iesdmjac.educa.aragon.es/departamentos/fq/asignaturas/fisica2bac/materialdeaula/Propiedades%20magneticas.pdf
http://www.principia-malaga.com/portal/pdfs/web-campo-magnetico.pdf
