Materiales magnticos

Son aquellos que pueden ser atrados o repelidos por un imn y que, a su vez, pueden ser magnetizados. El hierro y el acero son los materiales magnticos ms comunes. Los imanes permanentes se hacen con materiales magnticos duros, que como el acero al cobalto, conservan su magnetismo al retirrseles el campo. Un imn temporal es el que no tiene la capacidad de conservarse magnetizado al retirarse el campo magnetizador. Se llama permeabilidad a la capacidad de conservacin del flujo magntico por un material.

Materiales magnticosLos materiales se clasifican de la siguiente manera de acuerdo con sus propiedades magnticas

DiamagnetismoEl diamagnetismo es un efecto universal porque se basa en la interaccin entre el campo aplicado y los electrones mviles del material. El diamagnetismo queda habitualmente enmascarado por el paramagnetismo, salvo en elementos formados por tomos o iones que se disponen en capas electrnicas cerradas, ya que en estos casos la contribucin paramagntica se anula. Los materiales diamagnticos se magnetizan dbilmente en el sentido opuesto al del campo magntico aplicado. Resulta as que aparece una fuerza de repulsin sobre el cuerpo respecto del campo aplicado. La susceptibilidad magntica es negativa y pequea y la permeabilidad relativa es entonces ligeramente menor que 1. ParamagnetismoLos materiales paramagnticos se caracterizan por tomos con un momento magntico neto, que tienden a alinearse paralelo a un campo aplicado. Las caractersticas esenciales del paramagnetismo son:

Los materiales paramagnticos se magnetizan dbilmente en el mismo sentido que el campo magntico aplicado. Resulta as que aparece una fuerza de atraccin sobre el cuerpo respecto del campo aplicado.

FerromagnetismoEn los materiales ferromagnticos los momentos magnticos individuales de grandes grupos de tomos o molculas se mantienen lineados entre s debido a un fuerte acoplamiento, an en ausencia de campo exterior.Las caractersticas esenciales del ferromagnetismo son: Los materiales ferromagnticos se magnetizan fuertemente en el mismo sentido que el campo magntico aplicado. Resulta as que aparece una fuerza de atraccin sobre el cuerpo respecto del campo aplicado.

La susceptibilidad magntica es positiva y grande y la permeabilidad relativa es entonces mucho mayor que 1.

Ejemplos de materiales ferromagnticos son el hierro, el cobalto, el nquel y la mayora de los aceros

Anti ferromagnetismo Los materiales anti ferromagnticos tienen un estado natural en el cual los espines atmicos de tomos adyacentes son opuestos, de manera que el momento magntico neto es nulo. Este estado natural hace difcil que el material se magnetice, aunque de todas formas adopta una permeabilidad relativa ligeramente mayor que 1. Por encima de una temperatura crtica, llamada temperatura de Neel, un material anti ferromagntico se vuelve paramagntico.

Ferromagnticos

Los materiales ferromagnticos son similares a los anti ferromagnticos, salvo que las especies de tomos alternados son diferentes (por ejemplo, por la existencia de dos subredes cristalinas entrelazadas) y tienen momentos magnticos diferentes. Existe entonces una magnetizacin neta, que puede ser en casos muy intensa. La magnetita se conoce como imn desde la antigedad. Es uno de los xidos comunes del hierro (Fe3O4) y tambin es cbico

ImanesSuele llamarse imn a cualquier objeto que produce un campo magntico externo. Un imn permanente es un material que, cuando se lo coloca en un campo magntico suficientemente intenso, no slo produce un campo magntico propio o inducido, sino que contina produciendo campo inducido an despus de ser retirado del campo aplicado.

Clasificacin de los materiales Suele clasificarse a los materiales magnticos en dos grandes grupos: materiales magnticos blandos y materiales magnticos duros.

Materiales magnticamente blandos:Un material magntico blando es aquel que es fcil de imanar y desimanar, a diferencia de material magntico duro difcil de imanar y desimanar. La dureza fsica de un material magntico no necesariamente indica que sea magnticamente blando o duro.

Materiales magnticamente duros:Los materiales magnticamente duros o permanentes se caracterizan por un alto campo coercitivo H, y una alta induccin magntica remanente Br, Por ello los ciclos de histresis de los materiales magnticamente duros son anchos y altos. Estos materiales se imanan en presencia de un campo magntico lo suficientemente intenso como para orientar sus dominios magnticos en la direccin del campo aplicado.Los materiales magnticamente duros son difciles de desimanar una vez han sido imanados.

Materiales magnticos modernosAlnico:La aleacin de aluminio, nquel, cobalto y hierro conocida como Alnico se desarroll en la dcada de 1940 y represent el primer paso para crear imanes ms potentes y de mejores propiedades metalrgicas que el hierro y las variantes de aceros usadas hasta entonces.El Alnico tiene la menor resistencia a la desmagnetizacin, pero tiene la mejor respuesta a efectos trmicos, lo que hace que pueda usarse en ambientes hasta 550C y en aplicaciones donde se requiere estabilidad de las propiedades magnticas sobre un amplio rango de temperatura.Ferritas cermicasMuchos imanes permanentes est hechos mediante tcnicas metalrgicas que muelen el material hasta convertirlo en un polvo de pequeas partculas.Las ferritas cermicas se fabrican usando polvo de xido de hierro, al que se agrega bario o estroncio para mejorar el alineamiento de la estructura cristalina.

Samario cobaltoLos tomos de los elementos llamados tierras raras tienden a formar compuestos intermetlicos con metales de transicin como Fe, Ni o Co,y en la primera poca del desarrollo de los imanes de estos materiales la teora predeca que los elementos ms livianos en particular el samario se combinara de la forma ms favorable con el cobalto para producir una alta anisotropa cristalina

Histresis de un material ferromagnticoCuando a un material ferromagntico se le aplica un campo magntico creciente Bap su imantacin crece desde O hasta la saturacin Ms, ya que todos los dominios magnticos estn alineados. As se obtiene la curva de primera imantacin. Posteriormente si Bap se hace decrecer gradualmente hasta anularlo, la imantacin no decrece del mismo modo, ya que la reorientacin de los dominios no es completamente reversible, quedando una imantacin remanente MR: el material se ha convertido en un imn permanente. Si invertimos Bap, conseguiremos anular la imantacin con un campo magntico coercitivo Bc. El resto del ciclo se consigue aumentando de nuevo el campo magntico aplicado. Este efecto de no reversibilidad se denomina ciclo de histresis. El rea incluida en la curva de histresis es proporcional a la energa disipada en forma de calor en el proceso irreversible de imantacin y desimantacin. Si este rea es pequea, las prdidas de energa en cada ciclo ser pequea, y el material se denomina magnticamente blando.

MATERIALES ELECTRONICOS

Los materiales electrnicos se pueden clasificar como superconductores, conductores normales, semiconductores y materiales dielctricos aislantes dependiendo de la magnitud de su conductividad elctrica.

Materiales dielctricosUtilizamos el termino dielctrico para los materiales utilizados en aplicaciones donde la constante dielctrica es de importancia. La constante dielctrica (K) de un material es una propiedad sensible ala microestructura relacionada con la capacidad de dicho material para almacenar carga elctrica.

SUPERCONDUCTIVIDADUn superconductor es un material que tiene una resistencia elctrica igual a cero, bajo ciertas condiciones y rechaza completamente un campo magntico, es decir un superconductor es tambin un perfecto diamagneto.

SUPERCONDUCTORES DEL TIPO I:Lossuperconductores de tipo Isonsuperconductoresque en presencia de uncampo magnticoestablecen corrientes superficiales que impiden que dicho campo penetre en el material; este fenmeno se conoce comoefecto Meissner.Fueron los primeros superconductores en ser descubiertos, y su comportamiento est ampliamente explicado dentro del marco de la teora BCS.

SUPERCONDUCTORES DEL TIPO II:Cuando se les aplica un campo magntico hc1, inferior al crtico, este flujo magntico puede penetrar en el superconductor. Entonces, si el campo magntico aplicado se incrementa a un valor superior, conocido como el campo magntico critico superior hc2, la superconductividad desaparece.

Aplicaciones de los superconductores:Bajo ciertas condiciones, los superconductores ofrecen una resistencia elctrica igual a cero, lo que significa que podemos pensar en superconductores para aplicaciones elctricas.

AISLANTES Y SUS PROPIEDADES DIELECTRICAS En un gran nmero de aplicaciones elctricas y electrnicas se requieren materiales para aislar un campo elctrico de su entorno. Los aislantes elctricos deben tener una conductividad muy baja; es decir una elevada resistencia

POLARIZACION EN LOS MATERIALES DIELECTRICOSCuando sometemos los materiales a un campo elctrico, los tomos, molculas y iones responden al campo elctrico aplicando (E), entonces se dice q el material est polarizando.Existen cuatro mecanismos principales para causar la polarizacin:1. Polarizacin electrnica1. Polarizacin inica1. Polarizacin molculas1. Cara espacialELECTROSTRICCION, PIEZOELECTRICIDAD, PIROELECTRICIDADCuando cualquier material sufre la polarizacin, se desplazan sus nubes de iones y de electrones, causando el desarrollo de una deformacin mecnica en el material. Este efecto puede verse en todos los materiales sujetos a un campo elctrico y se conoce como electrostriccin. Estos materiales se conocen como materiales piezoelctricos, estos materiales desarrollan un voltaje cuando se deforman.A la inversa, cuando se le aplica un voltaje elctrico, un material piezoelctrico muestra el desarrolla de una deformacin.

FERROELECTRICIDADMateriales que muestran el desarrollo espontaneo y reversible de una polarizacin dielctrica. Los materiales ferroelectricos son piroelectricos en el hecho que desarrollan una polarizacin espontanea.

MATERIALES SEMICONDUCTORESDesde el punto de vista elctrico, todos los cuerpos simples o compuestos formados por esos elementos de pueden dividir en tres amplias categoras:

Materiales conductoresSe encuentran agrupados todo los metales que en mayor o menor medida conducen o permiten el paso de la corriente elctrica por los cuerpos.Banda de valenciaComo ya conocemos, todos tomos que integran cualquier cuerpo material poseen orbitas o capas, denominadas tambin niveles de energa. En el caso de los metales en la ltima orbita de sus tomos solo giran uno o tres electrones.Normalmente las bandas de energas se componen de:1. Una banda de valencia1. banda de conduccin1. banda interpuesta entre las dos anteriores denominada banda prohibidaLos elementos semiconductores que aparecen dispuestos en la Tabla Peridica constituyen la materia prima principal, en especial el silicio, para fabricar diodos detectores y ratificadores de corriente, transistores, circuitos integrados y microprocesadores.

SemiconductoresIntrnsecos Se denomina semiconductor intrnseco cuando se encuentra en estado puro o que no contiene ninguna impureza ni tomos de otro tipo dentro de su estructura.Cuando se eleva la temperatura de la red cristalina de un elemento semiconductor intrnseco, algunos de los enlaces covalentes se rompen y varios electrones pertenecientes a la banda de valencia se liberan de la atraccin que ejerce el ncleo del tomo sobre los mismos. Esos electrones libres saltan a la banda de conduccin y all funcionan como electrones de conduccin, pudindose desplazar libremente de un tomo a otro dentro de la propia estructura cristalina, siempre que el elemento semiconductor se estimule con el paso de una corriente elctrica.ExtrnsecoCuando a la estructura molecular cristalina del silicio o del germanio se le introduce cierta alteracin, esos elementos semiconductores permiten el paso de la corriente elctrica por su cuerpo en una sola direccin. Para hacer posible, la estructura molecular del semiconductores se dopa mezclando los tomos de silicio o de germanio con pequeas cantidades de tomos de otros elementos o impurezas.

Semiconductor de silicio "tipo-n"Como ya conocemos, ni los tomos de silicio, ni los de germanio en su forma cristalina ceden ni aceptan electrones en su ltima rbita; por tanto, no permiten la circulacin de la corriente elctrica, por tanto, se comportan como materiales aislantes.

Semiconductor de silicio tipo-pSe obtiene llevando a cabo un proceso dedopado, aadiendo un cierto tipo de tomos al semiconductor para poder aumentar el nmero de portadores de carga libres (en este caso positivos ohuecos).De esa forma el material adquiere propiedades conductoras y se convierte en un semiconductor extrnseco dopado tipo-P (positivo), o aceptante, debido al exceso de cargas positivas que provoca la falta de electrones en los huecos o agujeros que quedan en su estructura cristalina.

Mecanismo de conduccin de un semiconductorCuando a un elemento semiconductor le aplicamos una diferencia de potencial o corriente elctrica, se producen dos flujos contrapuestos: uno producido por el movimiento de electrones libres que saltan a la banda de conduccin y otro por el movimiento de los huecos que quedan en la banda de valencia cuando los electrones saltan a la banda de conduccin.

Anlisis semnticoBanda de valenciaComo ya conocemos, todos tomos que integran cualquier cuerpo material poseen orbitas o capas, denominadas tambin niveles de energa. En el caso de los metales en la ltima orbita de sus tomos solo giran uno o tres electrones.Normalmente las bandas de energas se componen de:1.Una banda de valencia2.banda de conduccin3.banda interpuesta entre las dos anteriores denominada banda prohibidaAnlisisLa banda de valencia es el ms alto rango de energas de electrones en el que los electrones estn normalmente presentes en la temperatura del cero absoluto. Los electrones de valencia estn ligados a los tomos individuales, en lugar de electrones de conduccin (que se encuentra en los conductores y semiconductores), que pueden moverse libremente dentro de la red atmica del material. En una grfica de la estructura de bandas electrnicas del material, la banda de valencia se encuentra por debajo de la banda de conduccin, separado de l en aislantes y semiconductores por un espacio de banda. En los metales, la banda de conduccin no tiene diferencia de energa que lo separa de la banda de valencia.PreguntaPorque los semiconductores tienes una estructura cristalina?Se describen como materiales cristalinos aquellos materiales slidos cuyos elementos constitutivos se repiten de manera ordenada y paralela y cuya distribucin en el espacio muestra ciertas relaciones de simetra. As, la propiedad caracterstica y definidora del medio cristalino es ser peridico es decir, que a lo largo de cualquier direccin, y dependiendo de la direccin elegida, la materia que lo forma se halla a distancias especficas y paralelamente orientada. Adems de sta, otras propiedades caractersticas son la homogeneidad y la anistropa. Por tanto, el cristal est formado por la repeticin montona de agrupaciones atmicas paralelas entre s y a distancias repetitivas especficas (traslacin). La red cristalina es una abstraccin del contenido material de este medio cristalino, y el tratarlo nicamente en funcin de las traslaciones presentes constituye la esencia de la teora de las redes cristalinas.

Vocabulario:

anistropa: La anisotropa (opuesta de isotropa) es la propiedad general de la materia segn la cual cualidades como: elasticidad, temperatura, conductividad, velocidad de propagacin de la luz, etc.

Microprocesadores: El microprocesador es un circuito integrado que es parte fundamental de un CPU o unidad central de procesamiento en una computadora.

Diamagneto: 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

Intermetlicos: Se llama compuesto intermetlico a todo sistema aleado que se presentir como una fase liquida o slida.... Estas fases se suelen llamar tambin compuestos intermetlicos