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• Ricardo Vargas

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6. Propiedades magnéticas de la materia Magnetismo El magnetismo o energía magnética es un fenómeno natural por el cual los objetos ejercen fuerzas de atracción o repulsión sobre otros materiales. Hay algunos materiales conocidos que tienen propiedades magnéticas detectables fácilmente como el níquel, hierro, cobalto y sus aleaciones que comúnmente se llaman imanes. Sin embargo todos los materiales son influidos, de mayor o menor forma, por la presencia de un campo magnético.

El magnetismo también tiene otras manifestaciones en física, particularmente como uno de los dos componentes de la radiación electromagnética, como por ejemplo, la luz.

6.1. Magnetización

Magnetización Magnetización, imantación o imanación de un material es la densidad de momentos dipolares magnéticos que son magnetizados por el metal, un proceso de separación que se lleva a cabo cuando uno de sus componentes es ferromagnético, como se mencionará en párrafo siguiente:

𝑀=

ⅆ𝑚 𝜕𝑣

En la mayoría de los materiales, la magnetización aparece cuando se aplica un campo magnético a un cuerpo. En unos pocos materiales, principalmente los ferromagnéticos, la magnetización puede tener valores altos y existir aun en ausencia de un campo externo. También se puede magnetizar un cuerpo haciéndolo girar. El cálculo analítico de la magnetización de un cuerpo es, en general, imposible, lo que incluye casos tan simples como los electroimanes en forma de barra o de herradura. En ciertos casos en los que el cuerpo adopta una forma concreta es posible la solución analítica, como en un toro o un anillo completamente arrollado con un conductor (anillo de Rowland) o en esferas en campos uniformes; hay también situaciones físicas en las que son posibles ciertas simplificaciones para su resolución. Para describir la imanación se recurre a tres campos promediados en el espacio, que describen de forma macroscópica las cargas en movimiento, los momentos magnéticos cuánticos y el campo de inducción magnética B:

  

B es el promedio del campo magnético microscópico (que se representa con la misma letra que el campo real, lo que da origen a confusiones). M se refiere a los momentos dipolares magnéticos de las cargas ligadas. H es la excitación magnética y se refiere a las corrientes libres y los polos magnéticos. Aunque se identifica con el campo externo, el campo H puede tener fuentes en el cuerpo magnetizado.

La relación entre estos tres campos es:

𝐵 𝜇0

=𝐻+𝑀

En un anillo de Rowland, el campo M depende del campo H, y están relacionados por las susceptibilidad magnética:

𝑀 = 𝑥𝑚 𝐻 (Aunque debería depender de B, depende de H por razones históricas. Véase Campo magnético: nombre.) Dado que en general M y H no tienen la misma dirección, se puede definir la susceptibilidad a partir de sus módulos:

𝑥𝑚 =

|𝑀| |𝐻|

A su vez, B y H se relacionan de la siguiente manera:

𝐵 = 𝜇𝐻 donde μ es la permeabilidad magnética del medio en el que aparece el campo magnético. Si la magnetización es positiva, el campo magnético se refuerza en el interior del material (como ocurre en los paramagnetos y en los ferromagnetos, por ejemplo). En cambio, si la magnetización es negativa, el campo magnético se debilita en el interior del material (como ocurre en los diamagnetos).

6.2. Intensidad magnética

Intensidad de Campo Magnético H Los campos magnéticos generados por las corrientes y que se calculan por la ley de Ampere o la ley de Biot-Savart, se caracterizan por el campo magnético B medido en Teslas. Pero cuando los campos generados pasan a través de materiales magnéticos que por sí mismo contribuyen con sus campos magnéticos internos, surgen ambigüedades sobre que parte del campo proviene de las corrientes externas, y que parte la proporciona el material en sí. Como práctica común se ha definido otra cantidad de campo magnético, llamada usualmente "intensidad de campo magnético", designada por la letra H. Se define por la relación

H = B/μm = B/μ0 - M y tiene un valor que designa de forma inequívoca, la influencia que ejerce la corriente externa en la creación del campo magnético del material, independientemente de la respuesta magnética del material. La relación de B se puede escribir de forma equivalente

B = μ0(H + M) H y M tendrán las mismas unidades, amperios/metro. Para distinguir aún mas B de H, a veces se le llama a B densidad de flujo magnético o inducción magnética. A la cantidad M en estas fórmulas, se le llama magnetización del material. Otro uso común para la relación entre B y H es

B = μ mH donde

μ = μm = Kmμ0 siendo μ0 la permeabilidad magnética del vacío y Km la permeabilidad relativa del material. Si el material no responde al campo magnético externo, no produciendo ninguna magnetización, entonces Km = 1. Otro cantidad magnética comúnmente usada es la susceptibilidad magnética, la cual especifica en cuanto difiere de 1, la permeabilidad relativa. 6.3. Constantes magnética Permeabilidad magnética del vacío[editar] La permeabilidad del vacío, conocida también como constante magnética, se representa mediante el símbolo μ0 y en unidades SI se define como:

𝜇0 = 4𝜋 ⋅ 10−7 𝑁𝐴−2 La permitividad eléctrica (que aparece en la ley de Coulomb) y la constante magnética del vacío están relacionadas por la fórmula:

𝜀0 𝜇0 =

1 𝑐02

donde C0 representa la velocidad de propagación de las ondas electromagnéticas en el vacío, comúnmente denominada velocidad de la luz en el espacio vacío.

6.4. Clasificación magnética de los materiales 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, esta 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 aun 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.