MAGNETISMO EN LA MATERIA.

• La materia está constituida por átomos en los que los electronesestán en movimiento. Utilizando un modelo atómico sencillo, lasórbitas electrónicas alrededor del núcleo de un átomo puedenconsiderarse, como corrientes eléctricas circulares alrededor del

núcleo y, por lo tanto, equivalentes a espiras de corriente.

VECTOR MAGNETIZACIÓN E INTENSIDAD DE CAMPO MAGNETICO

Campo magnético total en la región:

CLASIFICACIÓN DE SUSTANCIAS MAGNETICAS

• En la electrostática también nos encontramos en los dieléctricoscon la existencia de dipolos eléctricos y fenómenos depolarización, cuyo efecto consistía en disminuir el campoeléctrico dentro del material cuando éste era sometido a uncampo eléctrico externo. En el magnetismo, aunque puedapensarse que la situación es similar, el problema es máscomplejo, pues el momento magnético de un átomo depende dediversos factores como el número de electrones del átomo de silas capas electrónicas están o no completas, del momentomagnético de espín de los electrones desapareados del átomo,de la estructura electrónica del átomo en definitiva.

• La magnitud que se utiliza para cuantificar el estado de los momentosmagnéticos en una región, se denomina imantación M, magnitud vectorial,que se define en un punto como el momento magnético por unidad devolumen:

Por lo tanto, se dice que un material no está imantado (o magnetizado) si la sumade los momentos magnéticos en un volumen dado es nulo.

• Las diversas sustancias no presentan la misma respuesta alsituarlas en un campo magnético. Según el comportamientofrente a un campo magnético externo, se clasifican en tres tipos:diamagnéticas, paramagnéticas, y ferromagnéticas.

Si se aplica a un material un campo magnético Bo (campoaplicado), los momentos magnéticos atómicos, y por tanto laimantación, van a variar

En los materiales paramagnéticos y diamagnéticos, la imantación esdirectamente proporcional al campo magnético aplicado.

El campo total es:

Diamagnetismo�En la Tabla 0-1 se observa que Xm es un número muy pequeño. En

algunos materiales la susceptibilidad magnética es negativa, lo quesignifica que al someterles a un campo magnético externo, el campomagnético dentro del material disminuye. Este comportamiento sedenomina diamagnetismo, el cual fue descubierto por Faraday en 1846cuando vio que un trozo de bismuto era repelido por un polocualquiera de un imán; lo que indica que el campo externo del imáninduce un dipolo magnético en el bismuto de sentido opuesto alcampo.

• Las sustancias diamagnéticas no poseen momentos magnéticosatómicos permanentes, pues sus átomos poseen estructuraselectrónicas de capas completas con sus electrones apareados,cancelándose de este modo los momentos magnéticos electrónicos.

• Paramagnetismo

En otras sustancias, en cambio, la susceptibilidad magnética espositiva, lo que significa que la imantación tiene el mismo sentidoque el campo aplicado. A estas sustancias se les denominaparamagnéticas. En ellas existe un ligero acoplamiento de losdipolos magnéticos permanentes que son del orden de 1000 vecesmayores que los producidos por el comportamiento diamagnético,por lo que éste queda enmascarado.En los materiales paramagnéticos, la imantación depende de latemperatura: a temperaturas muy bajas es más fácil alinear losmomentos magnéticos. Al aumentar la temperatura la agitacióntérmica tiende a borrar cualquier acoplamiento que se produzcaentre los dipolos magnéticos, y de este modo la imantación esmás difícil y la susceptibilidad magnética disminuye.

Ferromagnetismo: Modelo de los dominios de Weiss y

Ciclo de histéresis.

• Los materiales ferromagnéticos se caracterizan por unos valoresde la susceptibilidad magnética positivos y muy altos, y queademás dependen de la historia magnética del material, de loscampos magnéticos a que haya sido sometido. Sustanciasferromagnéticas son el hierro, cobalto, níquel y algunasaleaciones. El motivo de este comportamiento singular estárelacionado con las fuertes interacciones entre espines de paresde electrones.

• En estas sustancias los momentos magnéticos atómicos se acoplan sinnecesidad de campo magnético externo, formando grandes regiones conorientación paralela de los espines electrónicos, y por lo tanto con losmomentos magnéticos paralelos. A estas regiones se les denominadominios magnéticos. El tamaño de estos dominios es microscópico (delorden de 10^(-6) m), aunque pueden crecer o decrecer, y su orientaciónespacial depende de la disposición espacial de los átomos en la redcristalina. Fueron descubiertos por Pierre Weiss en 1907.

Modelo de los dominios de Weiss.

• Al igual que en el paramagnetismo, la temperatura tiende a aumentarla agitación térmica, y por lo tanto a hacer desaparecer elferromagnetismo. Para cada sustancia ferromagnética, existe unatemperatura denominada temperatura de Curie, por encima de lacual la sustancia se vuelve paramagnética (770 ºC para el hierro) comoconsecuencia de que la agitación térmica contrarresta las fuerzas deinteracción entre espines electrónicos.

• Por otra parte, a diferencia del comportamiento paramagnético odiamagnético, la relación entre la imantación y el campo aplicado noes lineal, e incluso, como se comentó, depende de la historia previadel material.

Ciclo de histéresis

• Cuando un material ferromagnético es sometido a un campomagnético, experimenta una imantación que crece con el campoaplicado Bap. Si se representa la imantación M, frente a Bap, seobtiene la curva de primera imantación (1) como muestra laFigura 0-8. La imantación no crece indefinidamente, aunque seaumente mucho Bap, la imantación no puede aumentar más alláde cierto límite denominado imantación de saturación Ms.

• Si a continuación se disminuye gradualmente Bap, el materialpierde imantación, pero no toda. Aunque se anule el campoaplicado, queda una imantación remanente MR.

• Si posteriormente se disminuye gradualmente Bap, y luego se vuelve acambiar el sentido, los valores anteriores no se repiten, es decir la curva noes reversible. Este efecto de denomina histéresis, y al ciclo completo deimantación – desimantación que se produce al aplicar un campo magnéticoalterno, se denomina ciclo de histéresis. Los ciclos de histéresis se producencuando se aplica a una barra de hierro un campo magnético que varía con eltiempo.

Fig.8.1: Ciclos de histéresis. Los materiales en los incisos a) y b) permanecen muy magnetizadoscuando B0 se reduce a cero. Como el material de a) también es difícil de desmagnetizar, seríaadecuado para imanes permanentes. Puesto que el material de b) se magnetiza y desmagnetizacon más facilidad, podría usarse como material para memorias de computadoras. El material de c)sería útil para los transformadores y otros dispositivos de corriente alterna en los que sería óptimauna histéresis de cero.

• Aplicación: Una de las principales aplicaciones del ferromagnetismoes la grabación de información en soporte magnético. El soportepuede ser disco o cinta de material ferromagnético. Un cabezal deescritura está formado por un solenoide por donde circula unacorriente que produce un campo magnético que imanta el soportemagnético, grabando la información transmitida por la corrientetanto información analógica como digital, como se muestra en lafigura

• Para leer esta información, el disco o cinta debe moverse ahoraen las cercanías de un cabezal lector, formado por un circuitopasivo en el que hay un núcleo de hierro con una bobinaarrollada a su alrededor.