Propiedaes Magneticas De La Materia

UNIDAD VI PROPIEDADES MAGNETICAS DE LA MATERIA

Muchos dispositivos, como transformadores, motores o electroimanes, contienen siempre hierro o aleaciones de hierro en sus estructuras, para aumentar el flujo magnético y confinarlo en una región deseada. También se utilizan delgadas partículas de óxidos metálicos en las memorias de los ordenadores y en las cintas para grabaciones de sonido e imágenes de TV. Se puede obtener una mejor comprensión del funcionamiento de tales dispositivos y de la naturaleza general de la materia, mediante el estudio de los principios que rigen el comportamiento de las sustancias magnéticas.

Las propiedades magnéticas no son exclusivas de una parte de la materia, sino que están presentes en todos los materiales o sustancias, aunque en unos en mayor grado que en otros.

Teniendo en cuenta que una pequeña espira de corriente situada en el seno de un campo magnético experimenta el mismo par de fuerzas que un imán, Ampére estableció que los campos magnéticos de la materia se debían a corrientes eléctricas que circulan en el interior del material. La teoría atómica ha demostrado que los momentos magnéticos observados en la materia tienen dos orígenes posibles: el movimiento orbital de los electrones alrededor del núcleo y el momento cinético intrínseco del electrón, denominado espín. Por lo que las corrientes eléctricas en el interior del material deben estar asociadas a los momentos magnéticos atómicos.

En el magnetismo se presentan unos efectos algo semejantes a lo que le ocurre a la materia cuando se encuentra en presencia de un campo eléctrico (Polarización) pero aquí son más complejos y para un estudio detallado de las interacciones magnéticas necesitaríamos recurrir a la Mecánica Cuántica, que está por encima de lo que se pretende. Por tanto la descripción del magnetismo en la materia que veremos se basará en el hecho experimental de que la presencia de materia en un campo magnético producido por corrientes, modifica dicho campo y la materia queda influida por el campo.

Por ejemplo, se observa que para una variación dada de la corriente en el bobinado de un solenoide, la FEM inducida no es la misma cuando el núcleo está vacío, que cuando en el núcleo se introduce un material magnético. La respuesta, de las sustancias (tanto sólidas, líquidas como gaseosas) a la acción de campos magnéticos externos, es claramente diferente, razón por la cual los medios magnéticos se clasifican en Ferromagnéticos, Paramagnéticos y Diamagnéticos.

6.1 MAGNETIZACION

Un material, como el hierro por ejemplo, puede magnetizarse en un campo magnético externo, en estas condiciones el material adquiere un momento magnético y así crea su propio campo magnético, que dependiendo del material que sea, será mas o menos intenso que el exterior. Al estudiar las propiedades magnéticas de los materiales, como los campos magnéticos se generan por corrientes eléctricas, Ampére propuso que los momentos magnéticos en un material magnetizado o un imán permanente, están asociados con las corrientes de los electrones en los átomos del material, o sea el material estará formado por un gran número de diminutas espiras de corriente dentro del material.

Si el material es homogéneo en los puntos del interior, las corrientes de las espiras tienen direcciones opuestas y se anulan, por lo que no hay corriente neta dentro del material. Sin embargo, las porciones de las espiras adyacentes a la superficie exterior no se anulan y la totalidad del conjunto de espiras equivale a una corriente Im en circulación por la superficie del material, se la suele denominar corriente amperiana.

Esta corriente superficial es semejante a la corriente de conducción real en un solenoide ya que producen un campo magnético en un punto, que sigue las mismas leyes que la corriente real, aunque no supone un flujo neto de carga.

La corriente de Ampére tiene la misma dirección que la corriente externa que produce el campo magnético en los materiales ferromagnéticos y paramagnéticos y es de dirección opuesta en los materiales diamagnéticos. El estado magnético de un material se describe por el vector magnetización (imanación o imantación) M, que es igual al momento magnético neto por unidad de volumen

El material uniformemente magnetizado de sección transversal S y longitud l se comporta como un gran dipolo magnético, resultante de la superposición de todos los dipolos atómicos o espiras de corriente. Con lo cual teniendo en cuenta que

Momento magnético = intensidad de corriente x área

Se tendrá

O sea el módulo de la magnetización es igual a la corriente amperiana por unidad de longitud. Por lo que las unidades de M son amperios por metro.

El campo magnético en el interior del material producido por su magnetización está dado por

Ya que el material es equivalente a un solenoide, en donde sabemos que el campo en su interior vale µ o n I y como la magnetización es la intensidad de corriente amperiana por unidad de longitud, coincidirá con el valor del solenoide para una sola vuelta de conductor.

6.2 INTENSIDAD MAGNETICA

Las corriente amperianas crean su propio campo magnético Bm que según el material se añade o sustrae al campo magnético exterior Bex, por lo que si se quiere determinar el campo magnético en un punto interior del material magnetizado, ya no será Bex, sino

Con objeto de diferenciar la acción de Bex debido a la corriente libre del Bm debido a la corriente amperiana (esta distinción entre corriente libre y corriente amperiana es análoga a la que existe entre carga libre y carga congelada en los dieléctricos) se define un nuevo vector H, denominado intensidad magnética o excitación magnética, como

Las dimensiones de H son amperios/metro. Las fuentes de H son únicamente las corrientes libres, no las de magnetización. En estos casos H obedece la ley de Ampére y la de Biot-Savart, en las formas

En las sustancias paramagnéticas y diamagnéticas los vectores M y H están relacionados mediante

M =Xm H (relación lineal)

En donde Xm es la susceptibilidad magnética de la sustancia y

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