INTERACCIONES Y MATERIALES MAGNÉTICOS

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María Isabel Fidalgo Pérez
hace 7 años
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1 INTERACCIONES Y MATERIALES MAGNÉTICOS G U T I É R R E Z N Ú Ñ E Z D E B O R A H V A L E R I A I S L A S B A U T I S T A J O S É A L F R E D O L O E R A R U B A L C A V A J E S S I C A R I V E R O T R E V I Ñ O M A R Í A J O S É

2 Ferromagnetismo

3 Momento magnético

4 Dominios

7 Susceptibilidad magnética Intensificación del campo magnético.

8 Permeabilidad magnética µ o = 4 p 10-7 N/A 2

9 Temperatura de Curie

10 Ferrofluidos

11 Resonancia magnética

12 Paramagnetismo El paramagnetismo se produce cuando las moléculas de una sustancia tienen un momento magnético permanente. El campo magnético externo produce un momento que tiende a alinear los dipolos magnéticos en dirección paralela al campo.

13 Los materiales paramagnéticos se magnetizan débilmente en el sentido del campo aplicado, la magnitud del campo se describe por la Ley de Curie M = x H = C(H/T) Donde: M: es la magnetización resultante H: Densidad del flujo magnético del campo aplicado T: Temperatura absoluta en Kelvin C: Constante específica de cada material

14 La ley Curie sólo es aplicable a campos bajos o temperaturas elevadas, ya que falla en la descripción del fenómeno cuando la mayoría de los momentos magnéticos se hallan alineados (cuando nos acercamos a la saturación magnética)

15 Diamagnetismo El diamagnetismo es una propiedad de los materiales que consiste en repeler los campos magnéticos tanto el polo norte como el sur. Efecto por el cual un campo magnético aplicado a un material induce en éste una magnetización que tiene sentido opuesto al campo aplicado. El fenómeno del diamagnetismo fue descubierto y nominado por primera vez en Septiembre de 1845 por Michael Faraday, descubrió que un trozo de bismuto era repelido por un polo cualquiera de un imán; lo que indica que el campo externo del imán induce un dipolo magnético en el bismuto de sentido opuesto al campo.

16 El diamagnetismo se justifica por los momentos magnéticos asociados con los electrones individuales: En un átomo, cada electrón tiene momentos magnéticos que se originan de dos fuentes distintas. Una de estas fuentes es está relacionada con el movimiento orbital del electrón alrededor del núcleo. También puede considerarse que cada electrón gira sobre sí mismo alrededor de un eje; el otro momento magnético se origina del espín. En los materiales diamagnéticos el momento magnético intrínseco de los átomos o moléculas es nulo en ausencia del campo externo aplicado, esto debido a que en cada órbita de los átomos diamagnéticos se mueven dos electrones porque en un átomo que tiene completamente llenos los niveles o subniveles electrónicos, se produce la cancelación de los momentos orbitales y de espín. El diamagnetismo es inducido por un cambio en el movimiento orbital de los electrones debido a un campo magnético aplicado. La magnitud del momento magnético inducido es extremadamente pequeña y en una dirección opuesta a la del campo aplicado.

17 Para comprender cómo un campo magnético aplicado induce momentos orbitales atómicos opuestos a él, consideramos: 2 electrones que se mueven en órbitas circulares del mismo radio r con la misma velocidad v pero en sentidos opuestos. Primer caso Átomo cuyo momento magnético tiene el mismo sentido que el campo magnético exterior B. Antes de que existiera el campo B, el electrón giraba con velocidad v tal que la fuerza centrífuga se equilibraba con la fuerza eléctrica donde Fe va hacia adentro, pues el electrón es atraído por los protones del núcleo. Al existir el campo magnético B, sobre el electrón actúa una fuerza magnética F= qv x B, cuya dirección es radial (perpendicular a v y a B) y cuyo sentido es hacia afuera (v x B tiene sentido hacia adentro, pero Fm tiene sentido contrario al ser q negativa). Antes Fe= Fc Ahora Fe=F c + Fm Segundo caso Campo magnético exterior actuando sobre un electrón cuyo campo magnético m tiene sentido contrario al campo. Como ahora v tiene sentido contrario al caso anterior Fm también con lo que actúa hacia adentro de la órbita. F c- Fm = Fe Fc > Fc por lo tanto al actuar el campo magnético se incrementa la fuerza centrífuga, lo que implica una mayor velocidad angular del electrón. Por ello el momento magnético de electrón es mayor a la de antes.

18 Materiales diamagnéticos: Los materiales diamagnéticos son aquellos en los cuales los momentos magnéticos de todos los electrones de cada átomo se compensan, de modo que cada átomo posee un momento magnético cero en ausencia de un campo externo. El diamagnetismo es una forma muy débil de magnetismo que no es permanente y persiste sólo mientras el campo externo está presente. Los materiales tienen valores negativos muy pequeños de susceptibilidad magnética del orden de Su permeabilidad relativa es un número muy cercano a la unidad pero levemente menor a 1. Al menos, idealmente todos los materiales son diamagnéticos a temperaturas lo suficientemente altas. El diamagnetismo aparece en todos los materiales pero, dado que los momentos magnéticos inducidos por este efecto suelen ser muy pequeños, queda a menudo enmascarado por efectos paramagnéticos o ferromagnéticos. Los superconductores son perfectamente diamagnéticos, su susceptibilidad magnética es igual a -1. Esto quiere decir que un superconductor anula en su interior cualquier campo magnético aplicado. (este hecho se conoce con el nombre de efecto Meissner).

19 Iron Man, en su primera aparición n. 39 de Tales of Suspense, lucha para escapar del campamento-prisión vietnamita utilizando un <<turbo aislante magnético>> Marvel Comics

20 En 1997, Andre Geim y Konstantin Novoselov lograron hacer levitar una rana en un campo magnético de 16 Teslas en el laboratorio High Field Magnet, en Holanda. La fuerza de levitación es ejercida sobre las moléculas diamagnéticas del agua existentes en el cuerpo de la rana. Por aquellos experimentos con la rana, recibieron en 2000 el IgNobel de Física, uno de los galardones que se consideran Nobel alternativos y que se dan desde hace 20 años para aquellos trabajos "que primero hacen reír y después pensar". Científicos de la universidad de Nottingham, en el Reino Unido, han conseguido por vez primera hacer levitar magnéticamente algunos de los objetos más pesados de la naturaleza, como el plomo y el platino. Si el material es sumergido en un fluido, como el oxígeno líquido, la levitación puede ser potenciada. El oxígeno líquido amplifica el efecto de flotabilidad provocado por el magnetismo inherente a cada molécula de oxígeno. Esto es lo que permite hacer levitar objetos tan pesados como el oro con imanes de relativamente escasa potencia. La técnica de introducir objetos en un líquido para aumentar los efectos de su diamagnetismo se denomina Magneto-Archimedes levitation (levitación magnética de Arquímedes), por la flotación que permite el líquido en que se mueven los materiales.

21 Histéresis Inercia, retardo. Magnética Materiales Ferromagnéticos Magnetismo Remanente Histéresis Magnética

22 Ciclo de Histeresis

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