Unidad IX: Propiedades Magnéticas de la Materia
Física II
Electricidad, Magnetismo y Circuitos - Un blog estudiantil de Ingeniería de Sistemas
Propiedades Magnéticas de los Materiales
Cuando un material se coloca dentro de un campo magnético externo, sus átomos reaccionan de distintas maneras según su estructura electrónica. Esta respuesta se describe mediante sus propiedades magnéticas, las cuales determinan su comportamiento en presencia de campos magnéticos.
Diferentes materiales exhibiendo sus propiedades magnéticas características
Tipos de Comportamiento Magnético
Los materiales pueden clasificarse en tres categorías principales según su respuesta a un campo magnético externo:
Diamagnetismo
Presente en todos los materiales; genera un campo magnético opuesto al campo aplicado. Es un efecto débil y temporal.
Mecanismo: Inducción de corrientes atómicas que crean campos opuestos.
Paramagnetismo
Los dipolos magnéticos atómicos tienden a alinearse con el campo externo. La magnetización desaparece cuando se retira el campo.
Mecanismo: Momentos magnéticos atómicos sin ordenar se orientan con el campo.
Ferromagnetismo
Ocurre cuando los dipolos se alinean fuertemente, produciendo una magnetización permanente incluso sin campo externo.
Mecanismo: Interacciones de intercambio que alinean espines electrónicos.
Permeabilidad Magnética
Una magnitud importante es la permeabilidad magnética (μ), que indica qué tan intensamente un material puede concentrar líneas de campo magnético.
Donde μ₀ es la permeabilidad del vacío, χ es la susceptibilidad magnética, B es la inducción magnética, H es la intensidad del campo, y M es la magnetización
Comparación de Propiedades Magnéticas
| Propiedad | Diamagnetismo | Paramagnetismo | Ferromagnetismo |
|---|---|---|---|
| Susceptibilidad (χ) | Negativa (-10⁻⁵ a -10⁻⁹) | Positiva pequeña (10⁻⁵ a 10⁻³) | Positiva grande (10¹ a 10⁶) |
| Respuesta al Campo | Débil, opuesta | Débil, en la misma dirección | Fuerte, en la misma dirección |
| Magnetización Permanente | No | No | Sí |
| Temperatura de Curie | No aplica | No aplica | Crítica (ej: 1043 K para Fe) |
| Ejemplos Comunes | Agua, cobre, oro | Aluminio, oxígeno, platino | Hierro, níquel, cobalto |
| Aplicaciones Típicas | Blindaje magnético | Investigación científica | Imanes, transformadores |
Aplicaciones Prácticas
Estas propiedades magnéticas explican el funcionamiento de numerosos dispositivos y tecnologías:
Imanes Permanentes
Materiales ferromagnéticos como las ferritas y aleaciones de neodimio se utilizan en:
- Motores eléctricos
- Altavoces y micrófonos
- Generadores eléctricos
- Sistemas de sujeción magnética
Núcleos de Transformadores
Materiales con alta permeabilidad magnética permiten:
- Transformación eficiente de voltaje
- Reducción de pérdidas por histéresis
- Miniaturización de dispositivos
- Aislamiento galvánico
Almacenamiento de Datos
Propiedades magnéticas en medios de almacenamiento:
- Discos duros (HDD)
- Cintas magnéticas
- Tarjetas de crédito/débito
- Discos flexibles
Curva de Histéresis
Los materiales ferromagnéticos exhiben histéresis magnética, una propiedad fundamental para muchas aplicaciones:
La histéresis causa pérdidas de energía que se manifiestan como calor
- Campo coercitivo (Hc): Campo necesario para desmagnetizar el material
- Magnetización remanente (Mr): Magnetización que persiste sin campo externo
- Materiales duros: Alta coercitividad, ideales para imanes permanentes
- Materiales blandos: Baja coercitividad, ideales para núcleos de transformadores
Representación de la curva de histéresis magnética para diferentes materiales
Dispositivos Electromecánicos
Las propiedades magnéticas son esenciales en numerosos dispositivos electromecánicos:
| Dispositivo | Material Magnético | Propiedad Utilizada | Aplicación |
|---|---|---|---|
| Relés | Acero al silicio | Ferromagnetismo | Conmutación eléctrica |
| Sensores Hall | Semiconductores | Efecto Hall | Medición de campos |
| Motores Paso a Paso | Ferritas | Ferromagnetismo | Posicionamiento preciso |
| Resonancia Magnética | Superconductores | Diamagnetismo perfecto | Imágenes médicas |
| Filtros Magnéticos | Ferritas | Permeabilidad variable | Electrónica de RF |
Materiales Avanzados
Además de los tres tipos principales, existen otros comportamientos magnéticos importantes:
- Antiferromagnetismo: Dipolos vecinos antiparalelos, susceptibilidad positiva pequeña
- Ferrimagnetismo: Similar al ferromagnetismo pero con momentos desiguales (ej: ferritas)
- Superconductores: Diamagnetismo perfecto (efecto Meissner) bajo temperatura crítica
- Vidrios de espín: Desorden magnético con propiedades interesantes para computación
Temperaturas críticas donde desaparece el orden magnético
Próximo Experimento
Identificación de propiedades magnéticas: Uso de campos magnéticos para clasificar diferentes materiales según su comportamiento magnético.
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