Materiales magnéticos (GIE)
De Laplace
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1 Introducción
Los medios materiales influyen en los campos magnéticos por la presencia de dipolos magnéticos.
En el modelo atómico de Bohr podemos imaginar cada electrón orbitando alrededor del núcleo. Esto equivaldría a una espira microscópica de corriente con un momento magnético orbital.
Además de este momento magnético orbital las partículas poseen un momento magnético intrínseco asociado a una propiedad fundamental de la materia conocida como espín.
La combinación de estos dos efectos, unido al hecho de que los dipolos atómicos interactúan entre sí y con los campos aplicados provoca que éstos se vena afectados de diferentes formas por la presencia de materiales.
La magnitud fundamental para caracterizar el comportamiento de un material es su magnetización o imanación, definida como su densidad de momento dipolar magnético
2 Tipos de materiales magnéticos
La magnetización de un material depende del campo magnético aplicado. Sin embargo, a diferencia de los dieléctricos, que responden todos de la misma forma (aunque en mayor o menor medida) a un campo eléctrico externo, los materiales responden de diferente manera a los campos magnéticos. Por ello, pueden clasificarse en distintos tipos:
- Diamagnéticos
- Son materiales (Hg, Ag, Pb,…) en los que aparece una magnetización muy débil que va en sentido opuesto al campo magnético aplicado. Esto provoca que sean repelidos por los imanes (pero muy ligeramente)
- Paramagnéticos
- Son materiales (Al, Au, Mg,…) que cuando se les aplica un campo magnético externo, aparece en ellos una magnetización muy débil en el mismo sentido del campo aplicado.
- Ferromagnéticos
- Son materiales metálicos (Fe, Co, Ni,…) que pueden presentar una magnetización en ausencia de campo externo (imanes) y que responden a los campos externos con una elevada imanación adicional en el mismo sentido del campo aplicado.
- Ferrimagnéticos o ferritas
- Son óxidos como la magnetita que presentan propiedades magnéticas similares a los ferromagnéticos, aunque al tratarse de óxidos presentan una conductividad eléctrica mucho menor que los ferromagnéticos, que son metales.
De estos cuatro tipos (a los que se pueden añadir algunos más, como los superconductores) son los ferro- y ferri-magnéticos los más importantes por la magnitud de su imanación. Estos materiales son de amplio uso en imanes permanentes, electroimanes, memorias magnéticas,…
3 Ciclo de histéresis
Una propiedad característica de los materiales ferromagnéticos es el ciclo de histéresis, que mide como cambia la magnetización de un ferromagnético en función del campo aplicado. La peculiaridad de este comportamiento es que no basta conocer cuanto vale el campo aplicado, sino cómo se ha llegado hasta ahí, es decir, depende de la historia del proceso.
Supongamos un bloque de hierro. Cada átomo de hierro posee un momento magnético propio. Por las propiedades atómico del hierro (explicables solo con mecánica cuántica), estos dipolos tienden a alinearse con sus vecinos. Por tanto, si tenemos un grupo de dipolos que están apuntando en el mismo sentido, estos alinearán a sus vecinos, que luego alinearán a los de más allá, etc.
Entonces, podemos preguntarnos, ¿por qué no es cualquier trozo de hierro un potente imán en el que todos sus dipolos apunten en la misma dirección y sentido?
