Propiedades magnéticas

Transcripción

1 Propiedades magnéticas

2 Fuerzas magnéticas Las fuerzas magnéticas se generan mediante el movimiento de partículas cargadas Eléctricamente; existen junto a las fuerzas electrostáticas. Distribuciones del campo magnético de : una espira por la que circula corriente y de un imán en forma de barra. En los materiales magnéticos existen polos magnéticos, Son análogos a los dipolos eléctricos. Los dipolos magnéticos pueden considerarse como pequeños imanes formados por un polo norte y un polo sur. Dentro de un campo magnético, la fuerza del campo orienta los dipolos en la dirección del campo

3 Campo magnético aplicado unidades = (ampere-vuelta/m) Campo magnético aplicado Campo magnético aplicado o intensidad del campo magnético, H Si el campo magnético es generado por medio de una bobina cilíndrica formada Por N espiras: Campo magnético Aplicado, H N = número de vueltas L = longitud total Corriente, I Entonces, H: N I H L corriente

4 Inducción magnética La inducción magnética o densidad de flujo magnético, B, es la intensidad de campo magnético dentro de una sustancia que es sometida a un campo H B = Inducción magnética (tesla) Dentro del material corriente I La intensidad del campo magnético y la densidad de flujo están relacionadas: B= H Donde es la permeabilidad B 0 = 0 H es la permeabilidad del vacío =4 x10-7 H/m

5 Magnetización La magnetización, M, de un sólido se define como: B 0 = 0 H+ 0 M En presencia de un campo H, los momentos magnéticos dentro del material tienden a alinearse con el campo y a reforzarlo en virtud de sus momentos magnéticos. La magnitud de M es proporcional al campo aplicado: M= m H Donde m es la susceptibilidad magnética. B > 0 vacío = 0 < 0 Susceptibilidad magnética, (adimensional) Mide la respuesta del material relativa al vacío H

6 Susceptibilidad magnética Las propiedades magnéticas macroscópicas de los materiales son consecuencia de los Momentos magnéticos de los electrones individuales. Mide la respuesta de los electrones a un campo magnético. Los electrones producen momentos magnéticos: Momentos magnéticos electrón electrón nucleo spin El momento magnético más fundamental es el Magnetón de Bohr B=9.27x10-24 A-m 2. Momento magnético neto: --suma de los momentos de todos los electrones. Tres tipos de respuesta... 6

7 3 tipos de magnetismo Inducción Magnética B (tesla) (3) B (1 ) H o ferromagnético ej. Fe 3 O 4, NiFe 2 O 4 ferrimagnético ej. ferrita( ), Co, Ni, Gd ( hasta 10 6!) Campo magnético aplicado (H) (ampere-vuelta/m) permeabilidad del vacío: (1.26 x 10-6 Henries/m) (2) paramagnético ( ~ 10-4 ) Ej. Al, Cr, Mo, Na, Ti, Zr vacío ( = 0) (1) diamagnético ( ~ -10-5) Ej. Al 2 O 3, Cu, Au, Si, Ag, Zn 7

8 aligned aligned random aligned none opposing Momentos magnéticos de tres tipos Sin campo Magnético aplicado (H = 0) Campo magnético(h) Aplicado (1) diamagnético (2) paramagnético (3) ferromagnético ferrimagnético 8

9 Diamagnetismo Es una forma muy débil de magnetismo que no es permanente y presiste sólo mientras el campo externo está presente. Es inducido por un cambio en el movimiento orbital de los electrones debido al campo magnético aplicado. Momento magnético es muy pequeño y tiene dirección opuesta al campo. Los materiales diamagnéticos No tienen aplicación práctica

10 Paramagnetismo En algunos materiales sólidos, cada átomo posee un momento magnético dipolar permanente, por la cancelación incompleta del espín de los electrones. En ausencia de campo magnético aplicado estos momentos magnéticos atómicos son al azar y son libre para girar. En presencia del campo aplicado los momentos pueden girar y alinearse con el campo. Susceptibilidad magnética pequeña pero positiva.

11 Ferromagnetismo Ciertos materiales poseen un momento magnético permanente en ausencia de campo externo aplicado Manifiestan magnetizaciones permanentes muy grandes. Tienen susceptibilidades magnéticas hasta de Los momentos magnéticos se deben al espín de los electrones no cancelados. Hay fuerzas de acoplamiento que hacen que los momentos de átomos adyacentes se orienten. Esta alineación mutua de los espines se presenta en volúmenes grandes del cristal dominios.

12 Magnética (B) Inducción Materiales ferromagnéticos Cuando el campo aplicado (H) aumenta... --los momentos magnéticos se alinean con H. B sat H H H H Los Dominios con momentos magnéticos crecen a expensas de los poco alineados. 0 H Campo magnético aplicado(h) H = 0 12

13 Magnetización de saturación Magnetización de saturación M s : Resulta cuando todos los dipolos magnéticos en una pieza sólida están mutuamente alineados con el campo externo. También existe la correspondiente densidad de flujo de saturación B s. La magnetización de saturación es igual al producto del momento magnético neto de cada átomo y el número de átomos presentes.

14 Ejemplo Calcule la magnetización de saturación y la densidad de flujo de saturación para el níquel, el cual tiene una densidad de 8.90 g/cm 3. El níquel tiene un momento magnético de 0.60 B. La magnetización de saturación es el producto del número de magnetones de Bohr Por átomo, la magnitud del B y el número de átomos por metro cúbico N: M s =0.60 B N El número de átomos por metro cúbico está relacionado con la densidad: N= N A /A Ni 9.13x10 28 átomos/m 3 M s =5.1x10 5 A/m La densidad de flujo de saturación es: B s = 0M s = 0.64 tesla

15 Antiferromagnetismo El acoplamiento entre los momentos magnéticos de átomos o iones contiguos produce un alineamiento antiparalelo. El alineamiento de los momentos de los espines de átomos o iones vecinos en es en direcciones opuestas. El MnO exhibe este comportamiento Los iones O2- no presentan momento magnético neto Los iones Mn2+ tienen momento magnético neto producido por el espín. Los momentos magnéticos opuestos se cancelan entre sí y en consecuencia el sólido no posee momento magnético macroscópico.

16 Ferrimagnetismo Algunos materiales cerámicos poseen un tipo de magnetización permanente llamada ferrimagnetismo. Son similiares a los ferromagnéticos La diferencia reside en el origen de los momentos magnéticos Se produce un momento ferrimagnético neto debido a que los momentos de espín no se cancelan completamente.

17 Influencia de la temperatura en el comportamiento magnético La temperatura aumentalas vibraciones térmicas de los átomos deselinean los momentos Los materiales ferromagnéticos, antiferromagnéticos y ferrimagnéticos disminuyen su magnetización de satruación al aumentar la Temperatura.

18 La magnetización de saturación es máxima a 0K. Al aumentar la temperatura la Ms disminuye gradualmente y después desciende abruptamente a cero, a la llamada temperatura de Curie, Tc.

19 Dominios Cualquier material ferromagnético o ferrimagn teico a temperaturas inferiores a Tc está formado por pequeñas regiones tridimensionles en las cuales los momentos magnéticos están todos alineados en la misma dirección. La magnitud del campo M para todo el sólido es la suma vectorial de las magnetizaciones de todos los dominios

20 Histéresis AA partir de la saturación, a partir de que el campo H se reduce debido a la inversión de su dirección, la corva no regresa por su caminio original. El campo B va retrasado con respecto al campo H. Existe un campo residual B remanencia, el material queda magnetizado en ausencia de un campo externo.

21 Materiales magnéticos suaves y duros

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