Propiedades Megneticas de los materiales

1. Propiedades Magnéticas
Ing. Beliana de Cabello

2. Magnetización
•La magnetización un fenómeno físico por el que
los materiales ejercen fuerzas de atracción o
repulsión sobre otros materiales.

3. Comportamiento Magnético
• El comportamiento magnético de los
materiales está determinado
principalmente por su estructura
electrónica, que es la que proporciona
dipolos magnéticos. Las interacciones
entre estos dipolos determinan el tipo
de comportamiento magnético que se
observará.

4. • En las estructuras electrónicas y números
cuánticos se aprecia que cada nivel
discreto de energía contiene dos
electrones, cada uno de ellos con un spin
opuesto al otro.
• De esta manera, los momentos
magnéticos de cada par de electrones en
un nivel de energía están en oposición. En
consecuencia, siempre que un nivel de
energía esté totalmente ocupado, no
habrá momento magnético neto.

5. Configuración Electrónica y Spin
• El magnetismo siempre se manifiesta cuando existen partículas eléctricas
en movimiento. Éste puede surgir ya sea del movimiento de los electrones
en su desplazamiento orbital del núcleo, o por el spin (movimiento
rotatorio) del electrón mismo.
• El spin del electrón, (una propiedad de la mecánica cuántica), en realidad es
el efecto dominante dentro de los átomos y el movimiento orbital solo
modifica ligeramente el campo magnético creado por el spin.

6. Configuración Electrónica y Spin
• La suma de momentos magnéticos de los electrones determina el momento
magnético total del átomo, por tanto, el momento magnético total del
átomo es la resultante de la suma de todos los momentos magnéticos de los
electrones individuales.
• Debido a la tendencia de los dipolos magnéticos a oponerse uno al otro para
reducir la energía neta, en el átomo los momentos de la mayoría de los
pares de electrones se cancelan uno al otro, tanto en su movimiento orbital
como en sus momentos magnéticos de spin.

7. Configuración Electrónica y Spin
• Por lo tanto, en el caso de un átomo con un orbital o sub-orbital
completamente lleno los momentos normalmente se cancelan uno al otro
totalmente, y solo los átomos con orbitales parcialmente llenos tienen un
momento magnético neto, cuya fuerza depende del número de electrones
sin pareja y también determina la formación del dipolo magnético del
átomo, con dos polaridades distintas y opuestas.

8. • El campo magnético creado por el spin de los electrones es el responsable
del magnetismo de los imanes permanentes y de la atracción de ciertas
sustancias a los imanes.
• Sin embargo, el campo también se manifiesta cuando un electrón libre (el
que no se encuentra dentro del átomo) se mueve por el espacio o se mueve
dentro de otro material, (lo que se llama corriente eléctrica), en cuyo caso se
le denomina campo electromagnético.

16. Magnetización
• La magnetización (M), también llamada imantación o imanación
de un material es la densidad de momentos dipolares
magnéticos. En la mayoría de los materiales aparece cuando se
aplica un campo magnético y representa el incremento en la
inducción magnética debida al material del núcleo.

17. Permeabilidad Magnética
• Capacidad que tienen los materiales, medios o sustancias de afectar y ser
afectados por los campos magnéticos, así como la capacidad de convertirse
en fuentes de estos, es decir, capacidad para crearlos sin la necesidad de
corrientes externas.
Material Permeabilidad Magnética Relativa (μr)
Plata 0,99998
Plomo 0,999983
Níquel 600
Hierro 1500

18. Permeabilidad Magnética
• Esta magnitud está definida por la relación entre la Inducción Magnética (B)
(también llamada densidad de flujo magnético) y la Excitación Magnética o
campo magnético que estén incidiendo en el interior del material (H), y es
representada por el símbolo μ
𝜇 =
𝐵
𝐻

19. Permeabilidad Magnética
• Si μ es constante se dice que el material es lineal.
• Si μ es igual en todos los puntos del material, significa que es un material
homogéneo
• Si μ no varía en ninguna dirección partiendo de un punto arbitrario del
material, significa que este es isotrópico.

20. Permeabilidad Magnética
• La permeabilidad del vacío, conocida también como constante magnética,
se representa mediante el símbolo μ0 y en unidades SI se define como:
𝜇 = 4𝜋 𝑥10−7
𝑇. 𝑚. 𝐴−1
• Para comparar entre sí los materiales, se entiende la permeabilidad
magnética absoluta (μ) como el producto entre la permeabilidad magnética
relativa (μr) y la permeabilidad magnética de vacío (μo)

21. Suceptibilidad Magnética
• Constante de proporcionalidad adimensional que indica
el grado de sensibilidad a la magnetización de un
material influenciado por un campo magnético
Material Suceptibilidad Magnética (χ)
Cobre -0,085
Plata -0,20
Estaño -0,25
Aluminio +0,651
Platino +1.10
Titanio + 1,25

22. Clasificación de los materiales según el
comportamiento magnético
• Diamagnéticos
• Paramagnéticos
• Ferromagnéticos
• Suaves
• Duros
• Ferrimagnéticos
• Cerámicos de baja conductividad

23. Diamagnéticos
• Los materiales diamagnéticos repelen el campo magnético aplicado.
• Cuando se someten a un campo, los dipolos se orientan en sentido contrario
al campo aplicado produciendo campos magnéticos contrarios mismo.
• Al tener un número par de electrones, éstos forman pares con momentos
magnéticos opuestos, lo cual cancela el efecto magnético neto.
• Los valores de susceptibilidad de estos materiales es pequeña y negativa
• Su permeabilidad es ligeramente inferior a la unidad.

24. Diamagnéticos
Ausencia de Campo Magnético Alineación contraria al
Campo Magnético Aplicado

25. Paramagnéticos
• Los materiales paramagnéticos son “débilmente atraídos” por las zonas de campo
magnético intenso.
• Sus átomos o moléculas tienen momentos magnéticos permanentes, aun en la
ausencia de un campo externo. Esto se debe a la presencia de electrones sin pareja.
• Los dipolos están orientados al azar debido a la agitación térmica, y normalmente
no interactúan, resultando en un momento magnético total de cero
• Los momentos dipolares se orientan en dirección al campo aplicado
• Tiene permeabilidades ligeramente superior a la unidad
• Su susceptibilidad es pequeña pero positiva.
• Este efecto desaparece al dejar de aplicar el campo magnético.

26. Paramagnéticos
En ausencia de Campo Magnético los
dipolos están orientados al azar
En presencia de Campo
Magnético, los dipolos se
alinean en la dirección del
Campo Magnético Aplicado

27. Ferromagnéticos
• Toman su nombre del hierro, quien es el material que por excelencia
presenta este comportamiento.
• Cada átomo de hierro tiene cuatro electrones cuyos spines no se cancelan,
sino que se alinean, haciéndolo poderosamente magnético, cuando se
encuentran cercanos varios átomos de hierro, automáticamente se alinean,
así sumando sus campos magnéticos y haciéndolos más fuertes.
• Producen campos magnéticos que pueden mantenerse o eliminarse a
voluntad.

28. Ferromagnéticos
Momento magnético en ausencia de Campo Magnético

29. Dominios Ferromagnéticos
• Un pedazo ordinario de hierro, generalmente no tiene un momento magnético
neto, o muy poco, sin embargo, si se le aplica un campo magnético lo
suficientemente fuerte, los Dominios Ferromagnéticos o Dominios de Weiss se
reorientarán en paralelo con el campo aplicado y permanecerán en esa orientación
después de que se quite el campo magnético externo.
• Aunque este estado de dominios alineados no se encuentran en una configuración
de energía mínima, ésta es extremadamente estable, ya que se ha observado que
puede persistir durante millones de años

30. Dominios Ferromagnéticos
• Regiones con un campo magnético resultante de la suma de los campos magnéticos originados por el
movimiento de los electrones de los átomos que conforman estas regiones.
• Dentro de estas regiones se cumple que todos los dipolos debidos a los espines desapareados se
encuentran alineados en la misma dirección.
• La razón de su existencia se debe a una cuestión termodinámica
• Cada dominio se comporta así como un pequeño imán permanente
• Los dominios, al igual que los granos de un material metálico, están separados por un borde o pared
del dominio, conocidas como Paredes de Bloch.

31. Dominios Ferromagnéticos
• Al someter un material ferromagnético a un campo magnético intenso, los
dominios tienden a alinearse con este, de forma que aquellos dominios en
los que los dipolos están orientados con el mismo sentido y dirección que el
campo magnético inductor aumentan su tamaño.

32. Temperatura de Curie
• Conforme aumenta la temperatura, las moléculas aumentan la amplitud y
fuerza de sus vibraciones y se desordena cada vez más esta alineación,
hasta que la magnetización neta se torna cero.
• Por encima de cierta temperatura crítica (Temperatura de Curie), los
dominios magnéticos se desordenan por efecto de la entropía, dando lugar
a un sistema paramagnético.

33. Tipos de Materiales Ferromagnéticos
• Los factores estructurales constitutivos que llevan a la dureza magnética
son generalmente los mismos que los que provocan la dureza mecánica. Sin
embargo, la dureza física de un material magnético no necesariamente
indica que sea magnéticamente blando o duro.
• Blandos: con paredes de los dominios magnéticos que se mueven
fácilmente cuando se aplica un campo; es decir, que se pueden magnetizar
y desmagnetizar con facilidad.
• Duros: menor movilidad de las paredes de los dominios, lo que los hace
ideales como imanes permanentes

34. Ferrimagnéticos
• Presentan un fenómeno de magnetización análogo al de los materiales
ferromagnéticos, pero en menor proporción.
• 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.
• Algunos de estos momentos magnéticos están opuestos y se anulan entre
sí, en parte o completamente. Sin embargo, no consiguen anular por
completo la magnetización espontánea.
• A laTemperatura de Curie, también se vuelven paramagnéticos.

35. Magnetización y Desmagnetización
• Al aumentar el campo aplicado a un
material Ferromagnético aumenta la
Inducción Magnética (B) desde cero hasta
la Inducción de Saturación (Bs).
• Al disminuir el campo aplicado a cero, la
curva de imanación original no vuelve por
sus pasos, y queda un flujo magnético
denominado Inducción Remanente (Br)
• A esto se le conoce como Ciclo de
Histéresis