Entendiendo el Magnetismo: Tipos, Propiedades y Superconductividad

Magnetismo: Fundamentos y Propiedades

El magnetismo es el fenómeno por el cual los materiales ejercen fuerzas atractivas o repulsivas sobre otros materiales.

Campos y Magnitudes Magnéticas

Dipolos Magnéticos

Las fuerzas magnéticas se generan mediante el movimiento de partículas cargadas eléctricamente. Los dipolos magnéticos pueden considerarse como pequeños imanes formados por un polo norte y un polo sur, en analogía a las cargas eléctricas positivas y negativas.

Vectores de Campo Magnético

La intensidad del campo magnético, se designa por H (campo magnético aplicado, campo externo). El campo magnético externamente aplicado, B (campo magnético que adquiere el material, campo interno) representa la magnitud de la intensidad de campo magnético dentro de una sustancia que es sometida a un campo H. La intensidad del campo magnético y la densidad de flujo están relacionadas mediante:

B = μH

Donde μ = permeabilidad. La permeabilidad tiene dimensiones de weber por amperio-metro (Wb/A-m) o henrio por metro (H/m).

Bo = μoH; μo permeabilidad en el vacío.

μr = μ / μo; μr permeabilidad relativa.

M = magnetización del sólido.

Bo = μoH + μoM

En presencia de un campo H, los momentos magnéticos dentro del material tienden a alinearse con el campo y a reforzarlo.

M = XmH ; Xm susceptibilidad magnética.

Xm = μr - 1.

Tipos de Magnetismo

• Diamagnetismo: Débil, no permanente, originado por el cambio orbital de electrones, con dirección opuesta a H, permeabilidad μr ≤ 1, susceptibilidad Xm ≤ 0, B en sentido contrario.
• Paramagnetismo: Débil, no permanente, originado por la cancelación incompleta de los espines, con dirección de B igual al campo H, μr > 1, Xm > 0, B en el mismo sentido, sin aplicación directa en magnetismo.
• Ferromagnetismo: Fuerte, permanente, originado por la cancelación incompleta de los espines y el movimiento orbital, con dirección de B igual al campo H, μr >>> 1, Xm > 0, B en el mismo sentido, con aplicaciones en electroimanes.
• Antiferromagnetismo: Fuerte, permanente, originado por el alineamiento antiparalelo de los espines, resultando en un material no magnético en su conjunto.
• Ferrimagnetismo: Se da en cerámicas.

Influencia de la Temperatura en el Comportamiento Magnético

Al aumentar la temperatura de un sólido, se produce un aumento en la magnitud de las vibraciones térmicas de los átomos. Al aumentar la Tª, los átomos tienden a desalinear su momento.

Temperatura de Curie

La magnetización de saturación disminuye gradualmente.

Temperatura de Néel

Relacionada con el antiferromagnetismo.

Histéresis Magnética

Se parte de un material en estado 0, y se le aplica un campo para magnetizarlo hasta que llega a S. Después, se deshace su magnetividad y baja hasta S´. Si se quiere volver a magnetizar, se le vuelve a aplicar el campo hasta S.

Superconductividad

Existen algunos materiales en los cuales la resistividad a muy bajas temperaturas cae bruscamente desde un valor finito a uno que es virtualmente cero y permanece en este valor al enfriar más el material. Los materiales que presentan este comportamiento se denominan superconductores y la temperatura a la cual alcanzan la superconductividad se denomina temperatura crítica TC. Existen dos tipos: Tipo I y Tipo II.

Materiales Magnéticos Blandos y Duros

Los materiales blandos pueden resultar en pérdidas de energía a partir de corrientes eléctricas que se inducen en el material magnético por un campo magnético que varía en magnitud y dirección con el tiempo; se denominan corrientes parásitas o corrientes de Foucault.