materiales magneticos
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MATERIALES MAGNÉTICOS En algunos materiales, a los que llamaremos materiales magnéticos, se observa que sus átomos o iones se comportan como si fuesen pequeños imanes que interactúan entre sí. En estos casos se dice que los átomos tienen un momento magnético diferente de cero, el cual se caracteriza por su magnitud y la dirección en la que está orientado. En lo sucesivo, a estos pequeños imanes los denominaremos espines magnéticos o simplemente espines. Materiales Magnéticos Existen unos cuantos materiales que son magnéticos de forma natural, o que tienen el potencial de convertirse en imanes. Algunos de estos materiales son: 1.hierro 2.hematita 3.magnetita gases ionizados, (como el material del que están hechas las estrellas ) El que un material contenga hierro. O cualquier otro material magnético, no significa que sea un imán, para que un material magnético pueda convertirse en un imán ha de tener condiciones especiales Los campos creados por los materiales magnéticos surgen de dos fuentes atómicas: los momentos angulares orbitales y de espín de los electrones, que al estar en movimiento continuo en el material experimentas fuerzas ante un campo magnético aplicado. Por lo tanto, las características magnéticas de un material pueden cambiar por aleación con otros elementos, donde se modifican por las interacciones atómicas. Por ejemplo, un material no magnético como el aluminio puede comportarse como un material magnético en materiales como alnico (aluminio-níquel-cobalto) o manganeso aluminio-carbono. EJEMPLOS: 1.imán. 2.ferrita. 3.neodimio. 4.hematites. 5.hierro. 1) Diamagnéticos. Son aquellos materiales en los que sus átomos no tienen momento magnético resultante; debido a esto no pueden interactuar magnéticamente con otros materiales. Los materiales denominados diamagnéticos se caracterizan por ser repelidos por los imanes (es lo opuesto a los materiales ferromagnéticos, que son atraídos por los imanes). En electromagnetismo, el diamagnetismo es una propiedad de los materiales que consiste en repeler los campos magnéticos. Es lo opuesto a los materiales ferromagnéticos los cuales son atraídos por los campos magnéticos. El fenómeno del diamagnetismo fue descubierto por Sebald Justinus Brugmans que observó en 1778 que el bismuto y el antimonio fueron repelidos por los campos magnéticos. El término diamagnetismo fue acuñado por Michael Faraday en septiembre de 1845, cuando se dio cuenta de que todos los materiales responden (ya sea en forma diamagnética o paramagnética) a un campo magnético aplicado. Las sustancias son, en su gran mayoría, diamagnéticas, puesto que todos los pares de electrones con espín opuesto contribuyen débilmente al diamagnetismo, y sólo en los casos en los que hay electrones desparejados existe una contribución paramagnética (o más compleja) en sentido contrario. Algunos ejemplos de materiales diamagnéticos son: el bismuto metálico, el hidrógeno, el helio y los demás gases nobles, el cloruro de sodio, el cobre, el oro, el silicio, el germanio, el grafito, el bronce y el azufre. Nótese que no todos los citados tienen número par de electrones. El grafito paralítico, que tiene un diamagnetismo no es especialmente alto, se ha usado como demostración visual, ya que una capa fina de este material levita (por repulsión) sobre un campo magnético lo suficientemente intenso (a temperatura ambiente). Experimentalmente, se verifica que los materiales diamagnéticos tienen: Una permeabilidad magnética inferior a la unidad. Una inducción magnética negativa. Una susceptibilidad magnética negativa, prácticamente independiente de la temperatura, y generalmente del orden En muchos compuestos de coordinación se obtiene una estimación más exacta utilizando las tablas de Pascal. En los materiales diamagnéticos, el flujo magnético disminuye y en los paramagnéticos el flujo magnético aumenta. 2) Paramagnéticos. Son materiales en los cuales los átomos sí tienen momento magnético. Sin embargo, en ausencia de un campo magnético externo los espines individuales apuntan en direcciones diversas, de manera que sus contribuciones individuales se anulan; como consecuencia, no se observa un campo magnético resultante. Si se aplica un campo externo, entonces los espines se orientan ligeramente, dando como resultado una imantación en la dirección del campo aplicado. Todos los materiales magnéticos se comportan como paramagnetos cuando se encuentran a una temperatura alta; se dice entonces que se encuentran en su fase paramagnética. Este comportamiento se debe a que a temperaturas altas los factores externos dominan sobre los internos, por lo cual el tipo de interacciones entre los espines pierde importancia. El paramagnetismo es la tendencia de los momentos magnéticos libres (espín u orbitales) a alinearse paralelamente a un campo magnético. Si estos momentos magnéticos están fuertemente acoplados entre sí, el fenómeno será ferromagnetismo o ferrimagnetismo. Cuando no existe ningún campo magnético externo, estos momentos magnéticos están orientados al azar. En presencia de un campo magnético externo tienden a alinearse paralelamente al campo, pero esta alineación está contrarrestada por la tendencia que tienen los momentos a orientarse aleatoriamente debido al movimiento térmico. Este alineamiento de los dipolos magnéticos atómicos con un campo externo tiende a fortalecerlo. Esto se describe por una permeabilidad magnética superior a la unidad, o, lo que es lo mismo, una susceptibilidad magnética positiva y muy pequeña. En el paramagnetismo puro, el campo actúa de forma independiente sobre cada momento magnético, y no hay interacción entre ellos. En los o medios presentan en una medida despreciable el fenómeno de ferromagnetismo. En términos físicos, se dice que tiene un valor aproximadamente igual a 1 para su permeabilidad magnética relativa, cociente de la permeabilidad del material o medio entre la permeabilidad del vacío. Los materiales paramagnéticos sufren el mismo tipo de atracción y repulsión que los imanes normales, materiales ferromagnéticos, este comportamiento también puede observarse, pero sólo por encima de su temperatura de Curie. Se denomina materiales paramagnéticos a los materiales o medios cuya permeabilidad magnética es similar a la del vacío. Estos materiales cuando están sujetos a un campo magnético. Sin embargo, al retirar el campo magnético, la entropía destruye el alineamiento magnético, que ya no está favorecido energéticamente. Es decir, los materiales paramagnéticos son materiales atraídos por imanes, pero no se convierten en materiales permanentemente magnetizados. Algunos materiales paramagnéticos son: aire, aluminio, magnesio, titanio y wolframio. Figura 42. Diferentes tipos de materiales mágneticos. A) Paramagneto. Los espines apuntan en direcciónes al azar, las cuales varían al paso del tiempo. b) Ferromagnetos. Los espines tienen tendencia a alinearse en una misma dirección. c) antiferromagnetos. Tendencia de los espines a alinearse antiparalelamente a sus vecinos. d) Vidrios de espín. Los espines apuntan en direcciones aparentemente al azar, pero fijas al paso del tiempo. Para poder diferenciar entre los casos a) y b)necesitamos observar ambos sistemas durante un largo tiempo. 3) Ferromagnéticos. son sensibles y si responden a la influencia de un campo magnético, están compuestos de moléculas y cada una de estas moléculas se comportan como un imán pequeño. En estos materiales las interacciones entre los espines son tales, que éstos tienden a alinearse paralelamente. Debido a esto, a temperaturas bajas, esto es, cuando los efectos internos son mucho más importantes que los externos, hay en estos materiales una orientación única con la cual se reduce a su valor mínimo la energía del material. Esta orientación corresponde a todos los espines que apuntan exactamente en la misma dirección. El ferromagnetismo es un fenómeno físico en el que se produce ordenamiento magnético de todos los momentos magnéticos de una muestra, en la misma dirección y sentido. Un material ferromagnético es aquel que puede presentar ferromagnetismo. La interacción ferromagnética es la interacción magnética que hace que los momentos magnéticos tiendan a disponerse en la misma dirección y sentido. Ha de extenderse por todo un sólido para alcanzar el ferromagnetismo. Los ferromagnetos están divididos en dominios magnéticos, separados por superficies conocidas como paredes de Bloch. En cada uno de estos dominios, todos los momentos magnéticos están alineados. En las fronteras entre dominios hay cierta energía potencial, pero la formación de dominios está compensada por la ganancia en entropía. Al someter un material ferromagnético a un campo magnético intenso, los dominios tienden a alinearse con éste, de forma que aquellos dominios en los que los dipolos están orientados con el mismo sentido y dirección que el campo magnético inductor aumentan su tamaño. Este aumento de tamaño se explica por las características de las paredes de Bloch, que avanzan en dirección a los dominios cuya dirección de los dipolos no coincide; dando lugar a un monodominio. Al eliminar el campo, el dominio permanece durante cierto tiempo. 4) Antiferromagnéticos. En estos materiales, las interacciones entre los espines tienden a alinearlos antiparalelamente. Como resultado, a bajas temperaturas y en ausencia de un campo magnético externo, habrá una configuración única de mínima energía. En este estado del sistema, todos los espines apuntan alternadamente hacia arriba y hacia abajo, y el material no exhibe magnetismo a nivel macroscópico. Los cuerpos FERROMAGNETICOS Y PARAMAGNETICOS son siempre atraídos hacia las zonas en que el campo magnético es más intenso, por el contrario los materiales DIAMAGNETICOS son repelidos, es decir, se dirigen hacia los lugares en que el campo magnético es menos intenso Al aplicar un campo magnético a un material ferromagnético desmagnetizado (Figura 10), dado que su permeabilidad y la susceptibilidad magnética son superiores a uno, el campo en el interior del material es mayor al campo magnético aplicado. Esto se debe a que los dominios del material se orientan con el campo magnético exterior reforzándolo. Si ahora se retira el campo externo, los efectos del campo aplicado no desaparecen por completo, quedando un magnetismo remanente, que es la causa de la existencia de los imanes permanentes. Este magnetismo remanente se origina porque los momentos magnéticos de los dominios no vuelven a su orientación original, quedando mayoritariamente orientados en la dirección del campo aplicado • La facilidad con la que se imantan es muy diferente según sea el valor del campo magnético aplicado. Esta característica lleva a que la relación entre la inducción magnética (B) y la excitación magnetica (H) no sea lineal. Esta relación se repersenta en la curva de magnetización del material. • Un aumento del campo magnético les origina una variación de flujo diferente de la variación que originaría una disminución igual de campo magnético. Este atributo indica que las relaciones que expresan la inducción magnética y la permeabilidad (µ) como funciones del campo magnético no son lineales ni uniformes. • Conservan la imanación cuando se suprime el campo. Los materiales antiferromagnéticos tienen un estado natural en el cual los momentos magnéticos de átomos adyacentes son opuestos, de manera que el momento magnético neto es nulo ( Figura 14) . Este estado natural hace difícil que el material se magnetice, aunque de todas formas adopta una permeabilidad relativa ligeramente mayor que 1. Es decir, la interacción antiferromagnética hace que los momentos magnéticos tiendan a disponerse en la misma dirección y en sentido inverso, cancelándolos si tienen el mismo valor absoluto, o reduciéndolos si son distintos. Ha de extenderse por todo un sólido para alcanzar el antiferromagnetismo ( Figura 15). Si el campo magnético externo es muy intenso, algunos de los momentos magnéticos se alinean paralelamente con él, aún a costa de alinearse también paralelo a sus vecinos (superando la interacción antiferromagnética). Generalmente, se requiere un campo magnético muy intenso para que esto suceda. Como el ferromagnetismo, la interacción antiferromagnética se destruye a alta temperatura. La temperatura por encima de la cual no se aprecia el antiferromagnetismo se llama temperatura de Néel. Por encima de esta temperatura los compuestos son típicamente paramagnéticos ( Figura 16).
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resumen de los materiales magneticos con sus aplicaciones .
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MATERIALES MAGNTICOSEn algunos materiales, a los que llamaremos materiales magnticos, se observa que sus tomos o iones se comportan como si fuesen pequeos imanes que interactan entre s. En estos casos se dice que los tomos tienen unmomento magntico diferente de cero, el cual se caracteriza por su magnitud y la direccin en la que est orientado. En lo sucesivo, a estos pequeos imanes los denominaremos espines magnticos o simplemente espines.Materiales Magnticos Existen unos cuantos materiales que son magnticos de forma natural, o que tienen el potencial de convertirse en imanes. Algunos de estos materiales son:1.hierro 2.hematita 3.magnetitagases ionizados, (como el material del que estn hechas las estrellas )El que un material contenga hierro. O cualquier otro material magntico, no significa que sea un imn, para que un material magntico pueda convertirse en un imn ha de tener condiciones especiales Los campos creados por los materiales magnticos surgen de dos fuentes atmicas: los momentos angulares orbitales y de espn de los electrones, que al estar en movimiento continuo en el material experimentas fuerzas ante un campo magntico aplicado. Por lo tanto, las caractersticas magnticas de un material pueden cambiar por aleacin con otroselementos, donde se modifican por las interacciones atmicas. Por ejemplo, un material no magntico como el aluminio puede comportarse como un material magntico en materiales como alnico (aluminio-nquel-cobalto) o manganeso aluminio-carbono. EJEMPLOS:1.imn.2.ferrita.3.neodimio.4.hematites.5.hierro.1) Diamagnticos.Son aquellos materiales en los que sus tomos no tienen momento magntico resultante; debido a esto no pueden interactuar magnticamente con otros materiales. Los materiales denominados diamagnticos se caracterizan por ser repelidos por los imanes (es lo opuesto a los materiales ferromagnticos, que son atrados por los imanes). En electromagnetismo, el diamagnetismo es una propiedad de los materiales que consiste en repeler los campos magnticos. Es lo opuesto a los materiales ferromagnticos los cuales son atrados por los campos magnticos. El fenmeno del diamagnetismo fue descubierto por Sebald Justinus Brugmans que observ en 1778 que el bismuto y el antimonio fueron repelidos por los campos magnticos. El trmino diamagnetismo fue acuado por Michael Faraday en septiembre de 1845, cuando se dio cuenta de que todos los materiales responden (ya sea en forma diamagntica o paramagntica) a un campo magntico aplicado. Las sustancias son, en su gran mayora, diamagnticas, puesto que todos los pares de electrones con espn opuesto contribuyen dbilmente al diamagnetismo, y slo en los casos en los que hay electrones desparejados existe una contribucin paramagntica (o ms compleja) en sentido contrario.Algunos ejemplos de materiales diamagnticos son: el bismuto metlico, el hidrgeno, el helio y los dems gases nobles, el cloruro de sodio, el cobre, el oro, el silicio, el germanio, el grafito, el bronce y el azufre. Ntese que no todos los citados tienen nmero par de electrones. El grafito paraltico, que tiene un diamagnetismo no es especialmente alto, se ha usado como demostracin visual, ya que una capa fina de este material levita (por repulsin) sobre un campo magntico lo suficientemente intenso (a temperatura ambiente).Experimentalmente, se verifica que los materiales diamagnticos tienen:Una permeabilidad magntica inferior a la unidad.Una induccin magntica negativa.Una susceptibilidad magntica negativa, prcticamente independiente de la temperatura, y generalmente del orden En muchos compuestos de coordinacin se obtiene una estimacin ms exacta utilizando las tablas de Pascal.En los materiales diamagnticos, el flujo magntico disminuye y en los paramagnticos el flujo magntico aumenta.2) Paramagnticos. Son materiales en los cuales los tomos s tienen momento magntico. Sin embargo, en ausencia de un campo magntico externo los espines individuales apuntan en direcciones diversas, de manera que sus contribuciones individuales se anulan; como consecuencia, no se observa un campo magntico resultante. Si se aplica un campo externo, entonces los espines se orientan ligeramente, dando como resultado una imantacin en la direccin del campo aplicado. Todos los materiales magnticos se comportan como paramagnetos cuando se encuentran a una temperatura alta; se dice entonces que se encuentran en su fase paramagntica. Este comportamiento se debe a que a temperaturas altas los factores externos dominan sobre los internos, por lo cual el tipo de interacciones entre los espines pierde importancia.El paramagnetismo es la tendencia de los momentos magnticos libres (espn u orbitales) a alinearse paralelamente a un campo magntico. Si estos momentos magnticos estn fuertemente acoplados entre s, el fenmeno ser ferromagnetismo o ferrimagnetismo. Cuando no existe ningn campo magntico externo, estos momentos magnticos estn orientados al azar. En presencia de un campo magntico externo tienden a alinearse paralelamente al campo, pero esta alineacin est contrarrestada por la tendencia que tienen los momentos a orientarse aleatoriamente debido al movimiento trmico.Este alineamiento de los dipolos magnticos atmicos con un campo externo tiende a fortalecerlo. Esto se describe por una permeabilidad magntica superior a la unidad, o, lo que es lo mismo, una susceptibilidad magntica positiva y muy pequea.En el paramagnetismo puro, el campo acta de forma independiente sobre cada momento magntico, y no hay interaccin entre ellos. En los o medios presentan en una medida despreciable el fenmeno de ferromagnetismo. En trminos fsicos, se dice que tiene un valor aproximadamente igual a 1 para su permeabilidad magntica relativa, cociente de la permeabilidad del material o medio entre la permeabilidad del vaco.Los materiales paramagnticos sufren el mismo tipo de atraccin y repulsin que los imanes normales, materiales ferromagnticos, este comportamiento tambin puede observarse, pero slo por encima de su temperatura de Curie.Se denomina materiales paramagnticos a los materiales o medios cuya permeabilidad magntica es similar a la del vaco. Estos materiales cuando estn sujetos a un campo magntico. Sin embargo, al retirar el campo magntico, la entropa destruye el alineamiento magntico, que ya no est favorecido energticamente. Es decir, los materiales paramagnticos son materiales atrados por imanes, pero no se convierten en materiales permanentemente magnetizados. Algunos materiales paramagnticos son: aire, aluminio, magnesio, titanio y wolframio. Figura 42. Diferentes tipos de materiales mgneticos.
A) Paramagneto. Los espines apuntan en direccines al azar, las cuales varan al paso del tiempo. b) Ferromagnetos. Los espines tienen tendencia a alinearse en una misma direccin. c) antiferromagnetos. Tendencia de los espines a alinearse antiparalelamente a sus vecinos. d) Vidrios de espn. Los espines apuntan en direcciones aparentemente al azar, pero fijas al paso del tiempo. Para poder diferenciar entre los casos a) y b)necesitamos observar ambos sistemas durante un largo tiempo. 3) Ferromagnticos. son sensibles y si responden a la influencia de un campo magntico, estn compuestos de molculas y cada una de estas molculas se comportan como un imn pequeo. En estos materiales las interacciones entre los espines son tales, que stos tienden a alinearse paralelamente. Debido a esto, a temperaturas bajas, esto es, cuando los efectos internos son mucho ms importantes que los externos, hay en estos materiales una orientacin nica con la cual se reduce a su valor mnimo la energa del material. Esta orientacin corresponde a todos los espines que apuntan exactamente en la misma direccin. El ferromagnetismo es un fenmeno fsico en el que se produce ordenamiento magntico de todos los momentos magnticos de una muestra, en la misma direccin y sentido. Un material ferromagntico es aquel que puede presentar ferromagnetismo. La interaccin ferromagntica es la interaccin magntica que hace que los momentos magnticos tiendan a disponerse en la misma direccin y sentido. Ha de extenderse por todo un slido para alcanzar el ferromagnetismo.Los ferromagnetos estn divididos en dominios magnticos, separados por superficies conocidas como paredes de Bloch. En cada uno de estos dominios, todos los momentos magnticos estn alineados. En las fronteras entre dominios hay cierta energa potencial, pero la formacin de dominios est compensada por la ganancia en entropa.Al someter un material ferromagntico a un campo magntico intenso, los dominios tienden a alinearse con ste, de forma que aquellos dominios en los que los dipolos estn orientados con el mismo sentido y direccin que el campo magntico inductor aumentan su tamao. Este aumento de tamao se explica por las caractersticas de las paredes de Bloch, que avanzan en direccin a los dominios cuya direccin de los dipolos no coincide; dando lugar a un monodominio. Al eliminar el campo, el dominio permanece durante cierto tiempo.
4) Antiferromagnticos. En estos materiales, las interacciones entre los espines tienden a alinearlos antiparalelamente. Como resultado, a bajas temperaturas y en ausencia de un campo magntico externo, habr una configuracin nica de mnima energa. En este estado del sistema, todos los espines apuntan alternadamente hacia arriba y hacia abajo, y el material no exhibe magnetismo a nivel macroscpico. Los cuerpos FERROMAGNETICOS Y PARAMAGNETICOS son siempre atrados hacia las zonas en que el campo magntico es ms intenso, por el contrario los materiales DIAMAGNETICOS son repelidos, es decir, se dirigen hacia los lugares en que el campo magntico es menos intenso
Al aplicar un campo magntico a un material ferromagntico desmagnetizado (Figura 10), dado que su permeabilidad y la susceptibilidad magntica son superiores a uno, el campo en el interior del material es mayor al campo magntico aplicado. Esto se debe a que los dominios del material se orientan con el campo magntico exterior reforzndolo.
Si ahora se retira el campo externo, los efectos del campo aplicado no desaparecen por completo, quedando un magnetismo remanente, que es la causa de la existencia de los imanes permanentes. Este magnetismo remanente se origina porque los momentos magnticos de los dominios no vuelven a su orientacin original, quedando mayoritariamente orientados en la direccin del campo aplicado
La facilidad con la que se imantan es muy diferente segn sea el valor del campo magntico aplicado. Esta caracterstica lleva a que la relacin entre la induccin magntica (B) y la excitacin magnetica (H) no sea lineal. Esta relacin se repersenta en la curva de magnetizacin del material.
Un aumento del campo magntico les origina una variacin de flujo diferente de la variacin que originara una disminucin igual de campo magntico. Este atributo indica que las relaciones que expresan la induccin magntica y la permeabilidad () como funciones del campo magntico no son lineales ni uniformes.
Conservan la imanacin cuando se suprime el campo.
Los materiales antiferromagnticos tienen un estado natural en el cual los momentos magnticos de tomos adyacentes son opuestos, de manera que el momento magntico neto es nulo ( Figura 14) . Este estado natural hace difcil que el material se magnetice, aunque de todas formas adopta una permeabilidad relativa ligeramente mayor que 1. Es decir, la interaccin antiferromagntica hace que los momentos magnticos tiendan a disponerse en la misma direccin y en sentido inverso, cancelndolos si tienen el mismo valor absoluto, o reducindolos si son distintos. Ha de extenderse por todo un slido para alcanzar el antiferromagnetismo ( Figura 15).
Si el campo magntico externo es muy intenso, algunos de los momentos magnticos se alinean paralelamente con l, an a costa de alinearse tambin paralelo a sus vecinos (superando la interaccin antiferromagntica). Generalmente, se requiere un campo magntico muy intenso para que esto suceda.
Como el ferromagnetismo, la interaccin antiferromagntica se destruye a alta temperatura. La temperatura por encima de la cual no se aprecia el antiferromagnetismo se llama temperatura de Nel. Por encima de esta temperatura los compuestos son tpicamente paramagnticos ( Figura 16).1
