Magnetismo y Óptica Departamento de Física Universidad de Sonora

Transcripción

1 Magnetismo y Óptica 2006 Departamento de Física Universidad de Sonora

2 Magnetismo y óptica 2. Propiedades magnéticas de la materia. a. Dipolo magnético. b. Magnetismo atómico y nuclear. c. Magnetización. d. Materiales magnéticos: Paramagnetismo, diamagnetismo, ferromagnetismo, curva de histéresis. e. Efectos de la temperatura sobre el ferromagnetismo. f. Magnetismo de los planetas. (Tiempo aproximado: 4 horas)

3 Propiedades magnéticas de la materia Hasta ahora hemos considerado campos magnéticos en el vacío, es decir B generado por corrientes eléctricas: Ley de Ampere Ley de Biot-Savat

4 Campo B debido a corrientes eléctricas Campo total : B + campo debido al medio material + campo adicional

5 Sea B o al campo debido a corrientes eléctricas B o 0 medio material en ausencia de campo magnético externo B o = 0 Campo magnético total B t 0 Campo magnético total B t = 0

6 B t = B o + B m B o B t = B o + B m B o

7 De tal forma que: B t - B o = B m Donde B m es el campo magnético debido al medio material sumergido en un campo inicial B o. y B m = μ 0 M donde M es la magnetización

8 Magnetización imaginemos que cada átomo del medio material es un circuito de corriente

9 En un material con momento magnético aparecen corrientes microscópicas. Se crea una corriente superficial de carga En el interior la corriente es nula

10 Magnetización: Momento dipolar magnético por unidad de volumen M = dm dm = di A dvol dvol = A dl Corriente amperiana por unidad de longitud M = di dl Magnetización de saturación Todos los dipolos están orientados n= nº moléculas M n m por unidad de volumen s =

11 Circuitos atomicos Momentos atómicos

12 Electrón girando en torno a un núcleo Momento magnético m m = IA = eν ( πr = μb L ) = 2 e L 2m Magnetón de Bohr μ B = Am

13 El electrón tiene además momento interno (espín) Momento magnético total L S m = μ B ( + γ ) Factor giromagnético γ para electrones Los átomos Crean campos magnéticos. Pueden tener momentos dipolares inducidos. Se orientan según el campo magnético.

14 La magnetización M de material depende del campo B o y por lo tanto B t. ya que B t = B o + B m Por otra parte como B m = μ 0 M es posible experesar B t = B o + μ 0 M

15 Campo Intensidad magnética H De forma que al campo total B t se puede expresar como : B t =μ 0 (H + M) Las unidades de H y M son Ampere-metro Es decir H es la contribución al campo total debida solo a las corrientes eléctricas, exista o no medio material, en ambos casos la magnitud del campo H= ni Las unidades de H y M son Ampere-metro

16 Es decir B t =μ 0 H ya que M =0 y La magnitud de H = ni B t =μ 0 (H + M) y la magnitud de H = ni Las unidades de H y M son Ampere-metro

17 Clasificación de los materiales La magnetización depende del campo externo (corrientes eléctricas) Donde χ es la suceptibililidad magnetica

18 Donde es la permeabilidad magnética Los materiales de clasifican dependiendo del valor de

19 Paramagnéticos χ > 0 M = χ H La magnetización es en la dirección del campo H = B 0 /μ 0

20 Diamagnéticos χ < 0 M = χ H La magnetización es en dirección contraria al campo H = B 0 /μ 0

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22 Ferromagnéticos Son materiales no-lineales M= χ(h) H, χ no es una consatante, es función de H

23 Poseen magnetización permanente, entre ellos el Hierro, Níquel, Disprosio, etc. Pueden agruparse un conglomerado del orden de a átomos, formando dominios ferromagnéticos cuyas dimensiones oscilan entre a 10-8 m 3

24 Como se comporta un ferromagnético Supongamos que inicialmente el trozo de material ferromagnético inicialmente no muestra ninguna propiedad magnética y lo sometemos a un campo H

25 Dado que M = (B t H)/μ 0 Es posible minitorear la magnetización via la grafica de B t vs H, a medida que H se incrementa desde cero a una valor dado. Esta grafica se conoce como curva de Histéresis

26 Comportamiento de M De O a

27 Curvas de Histéresis

28 Curvas de Histéresis comprada con la linealidad

29 Curva de Histéresis para desmagnetizar un ferromagnético