Materiales y sus Propiedades Magnéticas

Introducción:

Todos sabemos que un imán puede atraer o repeler algunos objetos tales como los metales, pero ¿Porque se produce dicho fenómeno?, ¿Todos los materiales tienen la misma tendencia a ser magnetizados o producir un campo magnético?, recordemos que un campo magnético es producido por cargas en movimiento o una corriente eléctrica que actúa cercano a un material magnetizable como una bobina. A nivel atómico el giro del electrón en su eje produce un campo magnético (momento Magnético del Spin) que es el campo magnético mas fuerte a nivel molecular aportando entre el 93% al 96% del campo magnético resultante (la suma de todos estos campos atómicos resultaran ser el campo magnético total del material) también el giro del electrón en su orbita produce un campo (momento magnético del orbital) pero otorga un campo mucho menor en comparación al momento magnético del spin. El campo Magnético produce una fuerza sobre otras cargas o corrientes en movimiento la naturaleza de esta fuerza puede ser de atracción o repulsión es por eso que los materiales reaccionas al ser expuestos a un campo magnético externo.
Cabe señalar que en adelante representaremos al Campo Magnético con la letra B, recuerden que el campo magnético es un vector que tiene magnitud, dirección y sentido.


Propiedades Magnéticas:

Cada material reacciona distinto a un B externo, es por eso que se dividen en tres tipos: Materiales Diamagnéticos, Paramagnéticos y Ferromagnéticos.

Materiales Diamagnéticos: Esta propiedad existe entre átomos que poseen una estructura electrónica simétrica y no poseen momentos magnéticos permanentes (los momentos magnéticos producidos por un átomo anulan los momentos magnéticos producidos por otro átomo en un mismo material), forman enlaces iónicos o moléculas que comparten un par de electrones (enlace covalente).
Al aplicar un momento magnético externo estos materiales se magnetizan muy levemente y en sentido contrario al momento magnético externo. Un imán repele levemente estos materiales y no recuperan sus características al quitar el B externo.

Ejemplos de materiales diamagnéticos: Grafito – Cobre (Cu) – Plata (Ag) – Oro (Au) – Plomo (Pb) – Bismuto (Bi) – Cinc (Zn) – Cadmio (Cd) – Mercurio (Hg) – Antimonio (Sb) – Estaño (Sn) – Geranio (Ge) – Arsénico (As).

Materiales Paramagnéticos: Esta propiedad existe en átomos que poseen una estructura electrónica no equilibrada (valencia o capas internas incompletas) y por lo tanto poseen un momento magnético propio, aunque débil. Al aplicar un B externo el B propio (que produce el mismo material) tienden a tomar la misma dirección y sentido del B externo; magnetización débil. Un imán atrae levemente a estos materiales.

Ejemplos de materiales paramagnéticos: Litio (Li) – Aluminio (Al)- Magnesio (Mg) –Cromo (Cr) – Vanadio (V) - Titanio (Ti) – Molibdeno (Mo) - Renio (Re) – Wolframio (W)


Materiales Ferromagnéticos: Estos elementos poseen capas “d” incompletas y además tienen alineados su Spin con los átomos adyacentes, sin un B externo aplicado; esto ocurre en un volumen de cierta magnitud que se llama “Dominio”. De todos los elementos solamente son ferromagnéticos el Hierro (Fe), Cobalto (Co), Níquel (Ni) y Gadolinio (Gd).
Se ha comprobado que el 93% al 100% del ferromagnetismo proviene del momento magnético spin, y el resto (si hay) del momento magnético del orbital.

Estos materiales presentan un momento magnético propio relativamente fuerte en ausencia de un B externo (como el que produce una bobina). B externos pequeños producen una alta magnetización del material y se obtiene rápidamente una orientación total del B propio en la dirección y sentido del B externo.

Curva de histéresis:

La curva de histéresis muestra la curva de magnetización de un material. Sea cual sea el material específico, la forma tiene características similares.
• Al principio, la magnetización requiere un mayor esfuerzo eléctrico. Este intervalo es la llamada zona reversible.
• En un determinado punto, la magnetización se produce de forma proporcional. En ese punto se inicia la denominada zona lineal.
• Finalmente, se llega un instante a partir del cual, por mucha fuerza magnética que induzcamos al material, ya no se magnetiza más. Este es el llamado punto de saturación, que determina el inicio de la llamada zona de saturación.
Para la grabación magnética analógica de sonido hay que tener en cuenta la curva de histéresis. La señal de audio hay que grabarla solo en la zona lineal de la cinta magnética de audio, de modo contrario, por arriba o por abajo, sufriría deformaciones.
 Tipos de Materiales Ferromagnéticos:

Los materiales ferromagnéticos se dividen en dos tipos: los magnéticamente blandos y los imanes permanentes (magnéticamente duros):

a) Sólidos que muestran una baja histéresis y poca fuerza coercitiva (<10 Oe) que se denominan materiales magnéticamente blandos
b) Sólidos que muestras una alta histéresis y mucha fuerza coercitiva (50 a 1000 Oe) que se denominan materiales magnéticamente duros.




[Paltas xD]


Aquí hay una serie de ejercicios desarrollados (a lo “mandrake” el mago), y la explicación de la materia con imágenes, es una pagina de la PUCV, así que puede que le pidan contraseña pero es lo menos probable. Esperando que les sirvan las paltas y vuelvan a visitar el blog!!!

PALTAS

http://agora.ucv.cl/dos.php?d=592



Rod_Lillo

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