Presentación, siento que quedo bien, sobre propiedades magnéticas y electromagnéticas.

1. Propiedades
magnéticas

2. Introducción
Magnetismo
“El fenómeno por el cual los materiales demuestran una fuerza de atracción o
repulsión, o incluso una influencia en otros materiales.”
Los principios y mecanismos de los fenómenos magnéticos son complejos
y sutiles. Muchas tecnologías actuales utilizan este concepto, como los
motores, telefonos, computadoras, etc.
Aun si no estamos familiarizados con el magnetismo, aun si es un hecho
que todas las sustancias, en diferentes niveles, son influenciadas por la
presencia de un campo magnético.

3. Conceptos básicos
Necesarios para entender las propiedades de los materiales

4. Las fuerzas magnéticas son generadas por el movimiento de
partículas eléctricamente cargadas.
Los dipolos magnéticos se pueden imaginar como pequeñas
barras magnéticas compuestos de polo norte y polo sur, en
lugar de positivos y negativos.
Estos dipolos existen en materiales magnéticos, y en
algunos aspectos son similares a los dipolos eléctricos.
Dipolos
Magneticos
Los momentos dipolares magnéticos están
representados por flechas, estos dipolos están
influenciados por los campos magnéticos de una manera
similar a la forma en que los dipolos eléctricos se ven
afectados por sus campos.

5. Antes de discutir el origen de los momentos magnéticos en materiales sólidos,
describiremos el comportamiento magnético en términos de varios vectores de
campo.
Vectores
del campo
magnético
Si el campo magnético se genera mediante una
bobina cilíndrica que consiste en N vueltas
estrechamente espaciadas que tienen una
longitud l y llevan una corriente de magnitud Ⅰ
La intensidad del campo magnético es designada
por H.
(20.1)
Las unidades de H son amperios por
metro.
La inducción magnética, o densidad de flujo magnético, denotado por B,
representa la magnitud de la intensidad del campo interno dentro de una
sustancia. (20.2)
Las unidades para B son teslas o webers por metro
cuadrado (Wb/m2)

6. El parámetro μ se llama permeabilidad, que es una propiedad
del medio específico a través del cual pasa el campo H y en el
que se mide B.
Vectores
del campo
magnético (20.3)
La permeabilidad μ tiene dimensiones de
weber por amperio metro(Wb/Am) o Henrys
por metro (H/m).
Donde μ0 es la permeabilidad del vacío, a una constante universal, que
tiene un valor de 4π X10-7 (1.287X10-6) H/m
Se pueden utilizar varios parámetros para describir las propiedades
magnéticas de los sólidos. Uno de ellos es la relación entre la permeabilidad
en un material y la permeabilidad en el vacío :
(20.4)
Donde μr es la permeabilidad relativa.

7. Vectores
del campo
magnético
Otra cantidad de campo, M, llamada magnetización del sólido, se define por
la expresión:
(20.5)
La magnitud de M es proporcional al campo aplicado de la
siguiente manera
(20.6)
Xm, es llamada susceptibilidad magnética.
La susceptibilidad magnética y la permeabilidad relativa están
relacionadas de la siguiente manera:
(20.7)

8. Tabla de
conversiones

9. Tabla de
susceptibilidad
(Xm)

10. Problema
20.1
Problema de: Conceptos Básicos
Una bobina de alambre de 0.25 m de largo con 400 vueltas tiene una
corriente de 15 A.
a) ¿Cual es la magnitud de la intensidad del campo magnético?
b) Calcula la densidad del flujo B si la bobina se encuentra en el vacío
c) Calcula la densidad del flujo B dentro de una barra de cromo
posicionada junto a la bobina, la susceptibilidad del cromo se
encuentra en la tabla 20.2
d) Calcula la magnitud de magnetización M.
Datos Formulas
l (longitud) = 0.25
N = 400
I (intensidad de la corriente) = 15 A
Xm del cromo (tabla) = 3.13 x10 ^ -4
H = ?
B0 = ?
B(cromo) = 0
M=?
H = Nl/I
B0 = μ0H
B = μ0H + μ0M
M = XmH

11. Problema
20.1
Procedimiento
a)H = Nl/I b)B0 = μ0H
H = (400)*(15 A)/(0.25 m) B0 = (1.287X10-6 kg*m/C^2)(24,000 A/m)
H = 6,000 A /0.25 m B0 = 0.0309 kg/s*C
H = 24,000 A/m
c)B = μ0H + μ0M d)M = XmH
B = (1.287X10-6 )(24,000) + M = ( 3.13 x10 ^ -4)(24,000 A/m)
(1.287X10-6 )(7.512) M = 7.512 A/m
B = 0.0309 + 9.67x10^-6
B = 0.030909667 kg/s*C
Datos Formulas
l (longitud) = 0.25
N = 400
I (intensidad de la corriente) = 15 A
Xm del cromo (tabla) = 3.13 x10 ^ -4
μ0 = 1.287X10-6 kg*m/C^2
H = Nl/I
B0 = μ0H
B = μ0H + μ0M
M = XmH

12. Las propiedades magnéticas macroscópicas de los materiales son una
consecuencia de los momentos magnéticos asociados a cada electrón.
Estos se originan en dos fuentes, una está relacionada con su movimiento
orbital alrededor del núcleo.
Orígenes del
momento
magnético
Demostración del momento magnético
asociado con (a) un electron en orbita y (b)
un electron giratorio.
También se puede pensar que cada electrón gira alrededor de un eje;
el otro momento magnético se origina en este espín electrónico, que
se dirige a lo largo del eje de espín.

13. Orígenes
del
momento
magnético
El momento magnético más importante es el magnetón de Bohr que
tiene una magnitud de 9.27 X10-24 A•m2.
Para cada electrón en un átomo el momento magnético de espín es 土
μB (más para girar hacia arriba, menos para girar hacia abajo).
La contribución del momento magnético orbital es igual a ml μB siendo
ml el numero cuantico magnetico del electrón.

14. Orígenes
del
momento
magnético
Los materiales compuestos por átomos con capas de electrones llenas
no son capaces de magnetizar permanentemente. (incluye los gases
inertes así como algunos materiales iónicos).
Los tipos de magnetismo incluyen el diamagnetismo, paramagnetismo
y el ferromagnetismo, además, el antiferromagnetismo y el
ferrimagnetismo se consideran subclases de ferromagnetismo.
Todos los materiales exhiben al menos uno de estos tipos, y el comportamiento
depende de la respuesta de los dipolos magnéticos electrónicos y atómicos a la
aplicación de un campo magnetico aplicado externamente.

15. Problema
20.1 FE
Xm no tiene unidades.
Xm = 4.6 x10^5 A/m / 52 A/m
Xm = 8,846.15 ≈ 8.85 x10^3
La respuesta es b
Datos Formulas
M = 4.6 x10^5 A/m
H = 52 A/m
Xm = ?
M = XmH
Xm = M/H
Problema de: susceptibilidad magnética
La magnetización de una barra de una aleación metálica es de 4.6 x10^5 A/m con
una H de 52 A/m, ¿cuál es la susceptibilidad magnética de esta aleación?
a) 1.13 x 10 ^-4
b) 8.85 x10 ^3
c) 1.11 x10 ^-2 H/m
d) 5.78 x10 ^-1 tesla

16. Diamagnetismo y
Paramagnetismo

17. Diamagnetismo
El diamagnetismo es una forma muy débil del magnetismo que no es permanente
y persiste solo mientras se aplica un campo externo.
Es inducido por un cambio en el movimiento orbital de los electrones debido a un
campo magnético aplicado.
El diamagnetismo se encuentra en todos los materiales, pero debido a que es tan
debil solo se puede observar cuando otros tipos de magnetismos están
totalmente ausentes.
Paramagnetismo
Para algunos materiales sólidos, cada átomo posee un
momento de dipolo permanente en virtud de la cancelación
incompleta del espín electrónico y/o los momentos
magnéticos orbitales. En ausencia de un campo magnético,
las orientaciones de estos momentos son aleatorias.
Estos dipolos atómicos son libres de girar, y el
paramagnetismo resulta cuando se alinean
preferentemente, por rotación, con un campo externo

18. Diamagnetismo
y
paramagnetismo
(a)La configuración del dipolo atómico para un
material diamagnético con y sin campo
magnético. En la ausencia de un campo externo,
no existen dipolos, en la presencia del campo se
inducen dipolos que están alineados en sentido
opuesto a la dirección del campo.
(b)Configuración de dipolo atómico con y
sin un campo magnético externo para un
material paramagnético.
Representación esquemática del flujo
densidad B y la intensidad del campo
magnético H para materiales diamagnéticos
y paramagnéticos.

19. Ferromagnetismo

20. Ciertos materiales metálicos poseen un momento magnético permanente en ausencia
de un campo externo y manifiestan magnetizaciones muy grandes y permanentes.
Estas son características del ferromagnetismo, y se muestran en los metales de
transicion hierro, cobalto, níquel y algunos metales de tierras raras como el gadolinio.
Las susceptibilidades magnéticas de hasta 106 son posibles para materiales
ferromagnéticos, en consecuencia, de la ecuación (20.5) escribimos:
Ferromag-
netismo
(20.8)
La magnetización por saturación, Ms, de un material ferromagnético representa la
magnetización que resulta cuando todos los dipolos magnéticos de una pieza sólida
se alinean mutuamente con el campo externo.
La magnetización por saturación es igual al producto del momento magnético neto
para cada átomo y al número de átomos presentes.

21. Calcular magnetización por saturación y densidad de flujo para níquel.
Problema
de ejemplo
20.1
Calcular
a)La magnetización por saturación
b)La densidad de flujo de saturación para el níquel, que tiene una
densidad de 8.90 kg/m3
a)La magnetización por saturación es el producto del número de magnetrones
Bohr por átomos (0.60) la magnitud del magnetón Bohr μB y el número N de
átomos por metro cúbico, ó :
(20.9)
El número de átomos por metro cúbico está relacionado con la densidad p, el
peso atómico ANi , y el número NA de avogadro :
(20.10)

22. Problema
de ejemplo
20.1
Finalmente
b) A partir de la ecuación (20.8), la densidad del flujo de saturación es

23. Anti-ferromagnetismo
Y Ferrimagnetismo

24. El acoplamiento magnético entre los
átomos adyacentes o los iones también
ocurre en materiales distintos a los que
son ferromagnéticos.
La alineación de los momentos de giro
de los átomos o iones vecinos en
direcciones exactamente opuestas se
denomina antiferromagnetismo.
Algunas ceramicas tambien exhiben una
magnetización permanente denominada
ferrimagnetismo.
El ferrimagnetismo es un fenómeno
físico en el que se produce
ordenamiento magnético de los
momentos magnéticos de una muestra
de modo que todos los momentos
magnéticos están alineados en la
misma dirección pero no en el mismo
sentido.
Antiferromagnetismo
https://educalingo.com/es/dic-
pt/antiferromagnetismo
Ferrimagnetismo
https://educalingo.com/es/dic-
pt/antiferromagnetismo

25. Calcule la magnetización de saturación para Fe3O4 dado que cada
celda de la unidad cúbica contiene 8 iones de Fe2+ y 16 Fe3+ y que la
longitud del borde de la celda de la unidad es de 0.839nm.
Solucion:
La magnetización de saturación es igual al producto del número de los
magnetons por metro cúbico de Fe3O4 y el momento magnético por
magnetón de bohr:
Ahora N´ es igual a el número de magnetones de bohr por unidad de
celda, dividido por el volumen de la celda de la unidad:
EJEMPLO
Problema
20.2
(20.11)
(20.12)

26. La celda unitaria es un cubo y el volumen de la celda es igual a a3,siendo la longitud del
borde de la celda:
Por lo tanto al resolver esta operación,nos da como resultado:
(20.13)

27. Influencia de la
temperatura

28. El aumento de temperatura de un sólido incrementa la magnitud de las
vibraciones de los átomos, haciendo que el momento magnético de los
mismos pueda rotar y variar.
La saturación magnética es máxima a 0 K, a la cual las vibraciones son
mínimas.
Cuando la temperatura incrementa
la saturación disminuye drásticamente
hasta 0, a dicha temperatura se le
denomina Temperatura Curie (Tc)
El antiferromagnetismo también es
afectado por la temperatura en un
fénomeno llamado Temperatura de
Neél, donde este comportamiento
desaparece y los materiales se vuelven
paramagneticos.
Gráfica de la saturación en función de la
temperatura

29. Dejar caer un imán repetidas veces causa que se desimante
¿Porque pasa eso?
Cuando los polos magnéticos de un objeto metálico se encuentran alineados en
una misma dirección se produce el magnetismo.
La desmagnetización se produce cuando se cambia o hay algún tipo de
desorden en los polos magnéticos.
Esto ocurre cuando:
● Calentamos el material hasta la temperatura de Curie
● Golpeando los extremos, causando deformaciones
● Usando corriente alterna para cambiar los polos
● Frotas dos imanes
Reafirmación
de los
conceptos
aprendidos

30. Dominios e
Histéresis

31. Cualquier material ferri o ferromagnético debajo de Tc está compuesto de
pequeñas regiones donde hay un alineamiento hacia en la misma dirección de
todos los momentos dipolares magnéticos, estas regiones se llaman dominios.
Cada dominio tiene su propia saturación magnética,
y son separados por fronteras donde la dirección de la
magnetización cambia gradualmente.
Ejemplos de fronteras y el cambio de dirección entre ellas
Dominios

32. En un nivel macroscópico hay un gran número de dominios.
La magnitud del campo magnético de un sólido completo es el vector suma de la
magnetización de todos los dominios.
La contribución de cada dominio depende de la fracción del volumen que
abarcan, en un material desmagnetizado la suma de los vectores es cero.
Cuando se aplica un campo H al material, los dominios cambian de forma y
tamaño debido al movimiento de las fronteras, orientándose en la dirección del
campo.
Si este proceso continúa al aumentar la fuerza de H, entonces todo el material se
convierte a un solo dominio.
Ahora, cuando se reduce la intensidad del campo, la magnetización de saturación
no regresa a su estado anterior de forma exacta (debido a la fluctuación del
campo). Al momento de graficar este cambio se aprecia una curva en el ciclo,
esto es a lo que se le llama Histéresis.
Intro-
ducción a la
Histéresis

33. Este efecto es producido cuando el campo B se “retrasa” respecto al campo H
aplicado.
Cuando H = 0, existe una B residual (Br) donde el material permanece
magnetizado en la ausencia del campo H.
Histéresis
Este comportamiento
podría explicarse
debido al movimiento
de las fronteras y la
resistencia al
movimiento de las
mismas en respuesta
al incremento del
campo magnético en
la dirección contraria.

34. Para reducir el remanente de B a 0, se debe aplicar Hc en la dirección contraria al
campo original, Hc es llamado Coercitividad, o fuerza coercitiva.
Coercitividad
Para los materiales con propiedades
diamagnéticas y paramagnéticas el
comportamiento de esta propiedad es
linear.

35. Anisotropia
magnetica

36. Las curvas de histéresis tienen diferentes formas dependiendo de varios factores:
1. Si el espécimen es un solo cristal o policristalino.
2. Si tiene alguna orientación preferida [UVW].
3. La presencia de poros o impurezas.
4. Factores como la temperatura o estrés aplicado.
La dependencia del comportamiento magnético en base a la orientación se llama
anisotropía magnética.
Por cada material existe una dirección cristalográfica donde la magnetización es
más fácil
Curvas de magnetización para
cristales unitarios de hierro y
níquel generadas cuando el
campo magnético fue aplicado en
las direcciones [100],[110] y [111]
Anisotropía

37. La forma y el tamaño de la curva de histéresis es de importancia práctica,
el área dentro del ciclo representa la energía magnética pérdida por
unidad de volumen del material por magnetización.
Esta energía se manifiesta como calor .
Ambos materiales ferri y ferromagnéticos son clasificados como suaves y
duros, en base a sus características de histéresis.
t.ly/hgdD

38. Materiales
magnéticos suaves

39. Son utilizados en equipos que manejan
campos eléctricos alternos y cuyas
pérdidas energéticas son bajas (se
magnetizan y desmagnetizan con
facilidad).
En consecuencia, estos materiales
deben tener permeabilidad inicial alta y
baja coercitividad.
Deberá alcanzar su magnetización de
saturación con un campo relativamente
‘suave’ (débil).
Esta última está determinada por la
composición del material.
Defectos estructurales en el material
tienden a restringir el movimiento de las
fronteras de los dominios, incrementando
la coercitividad, en consecuencia, estos
materiales deben de estar libres de
defectos.
Ejemplos
Suaves
o Blandos

40. Propiedades de algunos materiales
magnéticos suaves

41. Materiales
magnéticos duros

42. Este tipo de material tiene una alta remanencia magnética (histéresis),
alta resistencia a desmagnetización, alta coercitividad, saturación y
pérdidas de energía. Aunado a una baja permeabilidad
Estos materiales “duros” recaen dentro de 2 categorías: Convencionales y
de alta energía.
Caracteristicas

43. Convencionales
Los valores (BH) considerados para que el material se clasifica como
convencional van desde 2 kJ/m^3 hasta 80 kJ/m^3.
Normalmente estos materiales crean una aleación con tungsteno y/o cromo,
y bajo condiciones de temperatura apropiadas, también con carbón.
Alta energía
Productos que excedan los 80 kJ/m^3 son considerados de alta energía.
Recientemente se han desarrollado mezclas de metales con una variedad de
propósitos, 2 han encontrado uso comercial: SmCo5 and Nd2Fe14, cuyas
propiedades fueron listadas en la tabla.
Clasificación

44. Almacenamiento
magnético

45. Los materiales magnéticos son importantes en el área de almacenamiento de
información, se ha convertido prácticamente en la tecnología universal para el
almacenamiento de información electrónica.
Esto se evidencia por la preponderancia de los medios de almacenamiento en disco.
Algunos ejemplos son los compuestos(tanto de escritorio como portatil) y discos
duros de la videocámara de alta definición, tarjetas de crédito/débito (rayas
magneticas) etc.
En esencia los bytes de computadora, el sonido o las imágenes visuales en forma de
señales eléctricas se registran magnéticamente en segmentos muy pequeños del
medio de almacenamiento magnético, una cinta o disco.

46. Unidades de disco
duro

47. Los discos duros de almacenamiento magnético consisten en discos circulares rígidos con
diámetros que oscilan entre aproximadamente 65mm (2.5 pulg) y 95mm (3.75pulg).
Para la tecnología actual de HDD(Bits
magneticos) apuntan hacia arriba o hacia abajo
perpendicular al plano de la superficie del disco.
Este esquema se llama grabación magnética
perpendicular(PMR) y se representa en la figura
20.23
Figura 20.23
Figura 20.24
Micrografía electrónica de transmisión que
muestra la microestructura del medio de
grabación magnético perpendicular usado en
unidades de disco duro.

48. Cintas magneticas

49. El desarrollo del almacenamiento de cinta magnética procedió a la de las
unidades de disco duro,hoy en dia el almacenamiento de cinta es menos
costoso que el HDD; sin embargo las densidades del almacenamiento son más
bajos para la cinta.
Durante la operación, una unidad de cinta, utilizando motores sincronizados por
presión, vierte la cinta de un carrete a otro para acceder a un punto de interés.
Figura 20.25:
Micrografias de barrido de
electrones que muestran medios de
partículas utilizados en el
almacenamiento de memoria de
cinta.

50. Superconductividad

51. La superconductividad es básicamente un fenómeno eléctrico, pero tiene
implicaciones magnéticas relativas al estado.
En muchos metales de alta pureza acercándose a la temperatura de 0 K, la
resistividad eléctrica decrece gradualmente.
Para algunos materiales, la resistividad se desploma a cierta temperatura crítica
(Tc), esta varía dependiendo del material.
Figura 20.26:
Dependencia de la temperatura y
resistividad eléctrica para
conductores normales y
superconductores.

52. Esta temperatura varía dependiendo del material.
Una teoría que explica satisfactoriamente la superconductividad, en esencia el
estado es el resultado de interacciones entre electrones conductores cuyos
movimientos se coordinan tal que las vibraciones térmicas y las impurezas se
vuelven insignificantes, por lo cual la resistividad es igual a cero.
Los superconductores se dividen en dos clasificaciones, tipo I y II. Cuando
estos materiales se encuentran en un estado superconductivo se vuelven
completamente diamagneticos, gracias al efecto Meissner.
Figura 20.28:
El efecto Meissner-Ochsenfeld,
consiste en la desaparición total
del flujo del campo magnético en
el interior de un material
superconductor por debajo de su
temperatura crítica.

53. Tipo I
Cuando H se incrementa, el material permanece diamagnético hasta alcanzar
un punto crítico Hc, donde la conducción regresa a la normalidad.
Tipo II
Estos con completamente diamagneticos en campos poco intensos y la
exclusión del campo es total.
La transición del estado superconductor al normal es gradual y ocurre en
puntos críticos menores o superiores, designados Hc1 y Hc2.
Este tipo de conductores se prefiere debido a sus aplicaciones prácticas, en
virtud de su Tc alta y Hc.
Clasificación

54. Temperaturas
críticas y flujos
Magnéticos
para algunos
materiales
supercon-
ductores.

55. Ejemplos
Los imanes superconductores son capaces de generar fuertes campos
electromagnéticos consumiendo poca energía, usados en investigación
científica, en adición a resonancias magnéticas (MRI).
Además, anormalidades en el cuerpo pueden ser encontradas gracias a un
análisis químico mediante la espectroscopía por resonancia magnética.
Aplicaciones

56. Conclusión
Las propiedades electromagnéticas se encuentran en todas partes, cumpliendo funciones en nuestra vida
diaria, desde aparatos de comunicación hasta equipo médico, pero estos son solo los usos que nos
parecen prácticos.
Dado a que todo material posee estas propiedades se puede deducir que nosotros y nuestro mundo
fuimos adaptados a estas, aun si apenas estamos empezando a comprenderlas a profundidad.
Gracias a estos modelos matemáticos basados en la interpretación de la investigación de los materiales
es que podemos seguir estudiandolos e intentar construir las bases de los futuros avances en este
‘campo’ de estudio.

57. Bibliografía
¿Cómo se puede desmagnetizar un imán? (2021, 17 septiembre). IMA. Recuperado 27 de octubre de
2021,
de https://imamagnets.com/blog/como-se-puede-desmagnetizar-un-iman/
WILLIAM D. CALLISTER, JR. DAVID G. RETHWISCH. (2014). Materials Science and Engineering AN
INTRODUCTION. United States of America: WILEY.

58. ¡Gracias por su
atención!

59. Problema
20.5
Tercer problema
La densidad de flujo magnético de una barra de algún material es 0.630 tesla con
un campo H de 5 x 10^5 A/m. Calcule a) La permeabilidad magnética, b) la
susceptibilidad magnética.
B = μ0(H + M)
(0.630 tesla )= (4π x10^-7)(5e5 A/m+ M)
M = 1338.070 A/m
M = XmH
M/H = Xm
Xm = (1338.070 A/m)/(5 x 10^5 A/m)
Xm = 2.676 x 10 ^-3
Datos Formulas
B = 0.630 tesla
H = 5 x 10^5
A/m
a) μ = ?
b) Xm = ?
μ0 = 4π x10^-7
B = μ0(H + M)
M = XmH