Fundamentos del Magnetismo y Propiedades de los Materiales

Magnitudes Fundamentales del Magnetismo

Campo magnético H [A/m]: Es la intensidad del campo magnético o de la fuerza magnetomotriz que la produce. Es decir, es el campo generado por el producto externo.

Inducción magnética B [T] [G]: Es la concentración de líneas de fuerza que atraviesa una superficie. Es decir, mide la cantidad de campo magnético que admite el material.

Magnetización M: Campo magnético producido por el propio material en la materia. Se define por la relación: B = µ₀ · (H + M).

Diferencia entre M y H: La magnetización (M) es propia del material, mientras que el campo magnético (H) es de origen externo.

Permeabilidad y Susceptibilidad Magnética

Permeabilidad magnética (µ): Es la capacidad que posee una sustancia o un medio para atraer y hacer pasar por ella campos magnéticos. El grado de magnetización de un material en sí se denomina permeabilidad absoluta (µ) y está dada por: µ = B / H.

Permeabilidad magnética del vacío (µ₀): Es una constante con un valor de 4π · 10⁻⁷ [Tm/A].

Permeabilidad magnética absoluta (µ): Se calcula como µ = µ₀ · µᵣ, donde la permeabilidad relativa es µᵣ = 1 + M / H.

Tipos de Permeabilidad Magnética

• µᵣ >> 1 (Ferromagnéticos): Se dividen en Blandos (utilizados en máquinas) y Duros (utilizados en imanes).
• µᵣ > 1 (Paramagnéticos): Ejemplo común es el aluminio.
• µᵣ = 1 (No magnéticos): Se comportan igual que el vacío, como la madera.
• µᵣ < 0 (Diamagnéticos): Materiales con respuesta opuesta al campo.
• µᵣ = 0 (Superdiamagnéticos): Solo los superconductores forman parte de este grupo, aunque no todos los superconductores son superdiamagnéticos.

Susceptibilidad (X): Definida como X = M / H. Es la capacidad o facilidad que presenta un material para ser magnetizado en respuesta a un campo magnético. Es una magnitud adimensional.

Clasificación de los Materiales según su Comportamiento

Diamagnetismo

En presencia de un campo magnético externo se produce una magnetización opuesta dentro del material, que anula parte del campo externo; por lo tanto, la intensidad de inducción magnética dentro del material es menor que en el exterior. Esto es debido a que cada electrón de la nube electrónica reacciona por la Ley de Lenz, produciendo una corriente y, por lo tanto, un flujo opuesto a la magnetización. Todos los materiales son diamagnéticos en menor o mayor medida.

Paramagnetismo

En presencia de un campo magnético externo se produce una magnetización en el mismo sentido dentro del material, que se suma al externo, por lo que la inducción magnética va a ser mayor que la del vacío. Se debe a que hay materiales que poseen espines o electrones libres no apareados. Cuantos más espines libres existan, mayor será la magnetización.

Ferromagnetismo

Cuando un campo magnético externo es aplicado a un material, se produce una magnetización en el mismo sentido del campo externo pero con mayor intensidad (de 100 a 10,000 veces mayor) respecto al paramagnetismo. En los materiales ferromagnéticos los espines están enlazados cuánticamente, generando dominios magnéticos, los cuales generalmente están orientados de forma azarosa. Al aplicarse el campo magnético externo, no solo se orientarán los espines libres, sino también todos los espines de un mismo dominio, intensificando la inducción magnética respecto al paramagnetismo.

Fenómenos de Saturación

Efecto Saturación

Este fenómeno solo ocurre en materiales ferromagnéticos. Al aplicarse un campo magnético externo, los dominios fácilmente orientables lo harán rápidamente produciendo una magnetización horizontal; al ir aumentando el campo magnético externo, costará más orientar los dominios que quedan desorientados, por lo que la magnetización crecerá menos. A medida que incrementamos este campo, la magnetización se va haciendo asintótica, por lo que va a tender a un valor máximo, llamado saturación. Esto da lugar a que en los materiales ferromagnéticos la permeabilidad dependa de H, por lo que no es constante. Quiere decir que la permeabilidad se mantiene hasta un H determinado, y al entrar en la zona de saturación se invierten las curvas y la permeabilidad decrece, ya que no se puede producir una mayor alineación de los dominios.

Curva de Saturación

Muestra la variación de la magnetización del material respecto a la intensidad del campo externo.