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lección 12 1
LECCIÓN 12. PROPIEDADES MAGNÉTICAS DE LA MATERIA.
LECCIÓN 12. PROPIEDADES MAGNÉTICAS DE LA MATERIA.
1.
1.-
-Teoría electrónica del magnetismo.
Teoría electrónica del magnetismo.
2.
2.-
- Imantación inducida y excitación magnética.
Imantación inducida y excitación magnética.
2.1
2.1-
- ley de ampere.
ley de ampere.
3.
3.-
- Clasificación de las sustancias por sus
Clasificación de las sustancias por sus
propiedades magnéticas.
propiedades magnéticas.
4.
4.-
- Paramagnetismo y ferromagnetismo.
Paramagnetismo y ferromagnetismo.
Histéresis.
Histéresis.
5.
5.-
- Circuitos magnéticos.
Circuitos magnéticos.
lección 12 2
1. TEORÍA ELECTRÓNICA DEL MAGNETISMO.
1. TEORÍA ELECTRÓNICA DEL MAGNETISMO.
Momento magnético [IL2]
S
m
r
r
i
=
r
S
i
r
m
r
S
i
r
m
Un átomo que tenga varios electrones se comporta como un
dipolo magnético, como un pequeño imán.
¾ Un átomo es ferromagnético si las orbitas de los electrones y
sus spines están orientados de forma que posee un momento
propio.
¾ Si no posee momento magnético permanente propio se dice
que el átomo es paramagnético.](https://image.slidesharecdn.com/propiedades-211027101046/85/Propiedades-1-320.jpg)
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lección 12 3
2. IMANTACIÓN INDUCIDA Y EXCITACIÓN MAGNÉTICA.
2. IMANTACIÓN INDUCIDA Y EXCITACIÓN MAGNÉTICA.
¾ Cuando una sustancia adquiere propiedades magnéticas
decimos que ha sufrido imantación, imanación o magnetización.
¾ Todas las sustancias se convierten en imanes bajo la acción
de un campo magnético, aunque en la mayoría de los casos su
imantación es tan pequeña que resulta difícilmente observable.
Únicamente los materiales ferromagnéticos adquieren una
imantación apreciable.
¾ La imantación de un material es la relación entre el momento
magnético y su volumen. Se expresa como,
Imantación
dv
d
J
M
m
v
r
r
=
= [IL-1] [ ]
m
A
lección 12 4
2. IMANTACIÓN INDUCIDA Y EXCITACIÓN MAGNÉTICA.
2. IMANTACIÓN INDUCIDA Y EXCITACIÓN MAGNÉTICA.
¾ Para aquellos materiales cuya imantación inducida es muy
pequeña (diamagnéticos o paramagnéticos) se observa
experimentalmente que la imantación depende de las
características magnéticas del material y del lugar que ocupa
en el campo magnético, siendo independiente del medio en el
que está, y expresándose,
En donde representa las características magnéticas del
material frente al campo magnético y se llama susceptibilidad
magnética (adimensional). Puede deducirse que μ=μ0(1+ )
¾ El campo H representa la excitación magnética o causa de
la existencia del campo magnético (H=B/μ), y no depende del
medio ya sea material o vacío.
H
J
r
r
⋅
χ
=
χ
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- 1. 1 lección 12 1 LECCIÓN 12. PROPIEDADES MAGNÉTICAS DE LA MATERIA. LECCIÓN 12. PROPIEDADES MAGNÉTICAS DE LA MATERIA. 1. 1.- -Teoría electrónica del magnetismo. Teoría electrónica del magnetismo. 2. 2.- - Imantación inducida y excitación magnética. Imantación inducida y excitación magnética. 2.1 2.1- - ley de ampere. ley de ampere. 3. 3.- - Clasificación de las sustancias por sus Clasificación de las sustancias por sus propiedades magnéticas. propiedades magnéticas. 4. 4.- - Paramagnetismo y ferromagnetismo. Paramagnetismo y ferromagnetismo. Histéresis. Histéresis. 5. 5.- - Circuitos magnéticos. Circuitos magnéticos. lección 12 2 1. TEORÍA ELECTRÓNICA DEL MAGNETISMO. 1. TEORÍA ELECTRÓNICA DEL MAGNETISMO. Momento magnético [IL2] S m r r i = r S i r m r S i r m Un átomo que tenga varios electrones se comporta como un dipolo magnético, como un pequeño imán. ¾ Un átomo es ferromagnético si las orbitas de los electrones y sus spines están orientados de forma que posee un momento propio. ¾ Si no posee momento magnético permanente propio se dice que el átomo es paramagnético.
- 2. 2 lección 12 3 2. IMANTACIÓN INDUCIDA Y EXCITACIÓN MAGNÉTICA. 2. IMANTACIÓN INDUCIDA Y EXCITACIÓN MAGNÉTICA. ¾ Cuando una sustancia adquiere propiedades magnéticas decimos que ha sufrido imantación, imanación o magnetización. ¾ Todas las sustancias se convierten en imanes bajo la acción de un campo magnético, aunque en la mayoría de los casos su imantación es tan pequeña que resulta difícilmente observable. Únicamente los materiales ferromagnéticos adquieren una imantación apreciable. ¾ La imantación de un material es la relación entre el momento magnético y su volumen. Se expresa como, Imantación dv d J M m v r r = = [IL-1] [ ] m A lección 12 4 2. IMANTACIÓN INDUCIDA Y EXCITACIÓN MAGNÉTICA. 2. IMANTACIÓN INDUCIDA Y EXCITACIÓN MAGNÉTICA. ¾ Para aquellos materiales cuya imantación inducida es muy pequeña (diamagnéticos o paramagnéticos) se observa experimentalmente que la imantación depende de las características magnéticas del material y del lugar que ocupa en el campo magnético, siendo independiente del medio en el que está, y expresándose, En donde representa las características magnéticas del material frente al campo magnético y se llama susceptibilidad magnética (adimensional). Puede deducirse que μ=μ0(1+ ) ¾ El campo H representa la excitación magnética o causa de la existencia del campo magnético (H=B/μ), y no depende del medio ya sea material o vacío. H J r r ⋅ χ = χ χ
- 3. 3 lección 12 5 2. IMANTACIÓN INDUCIDA Y EXCITACIÓN MAGNÉTICA. 2. IMANTACIÓN INDUCIDA Y EXCITACIÓN MAGNÉTICA. Imantación dv d J M m v r r = = [IL-1] [ ] m A dl di dl S S di dv m d J = ⋅ ⋅ = = r r S di dm ⋅ = dl S dv ⋅ = Excitación magnética H dado que J B H 0 r r r − μ = 0 vacío B H μ = r r 0 0 B H J μ μ = + u r r r lección 12 6 IMANTACIÓN IMANTACIÓN r B r dm r M corriente superficial = libre 0 libres i n B ⋅ ⋅ μ = ligadas libres B B B + = J B 0 ligada ⋅ μ = ) ( 0 J nI B + = μ
- 4. 4 lección 12 7 libre 0 libres i n B ⋅ ⋅ μ = ligadas libres B B B + = J B 0 ligada ⋅ μ = ) J nI ( B 0 + μ = i N L i n dl H ⋅ = ⋅ ⋅ = ⋅ ∫ r Teorema de Ampere: La circulación de la excitación magnética a lo largo de una curva cerrada depende únicamente de las corrientes libres. En una amplia gama de materiales paramagnéticos y diamagnéticos la relación entre J y H es lineal y vale: H J r r ⋅ χ = Susceptibilidad magnética lección 12 8 H J r r ⋅ χ = J B H 0 r r r − μ = H H ) 1 ( ) H H ( B 0 0 r r r r r ⋅ μ = ⋅ χ + μ = ⋅ χ + ⋅ μ = ) 1 ( 0 χ + μ = μ Para materiales lineales e isótropos H B r r ⋅ μ = Permeabilidad magnética del material ) 1 ( 0 r χ + = μ μ = μ Permeabilidad magnética del material
- 5. 5 lección 12 9 ¾ Diamagnéticas: en ellas el momento magnético adquirido es opuesto al campo magnético en el que se encuentra, por lo que la susceptibilidad es negativa, aunque muy pequeña, la permeabilidad magnética menor que la del vacío y el campo magnético en su interior es algo menor que el correspondiente al vacío. ¾ Paramagnéticas: susceptibilidad pequeña y positiva, permeabilidad magnética mayor que la del vacío. El campo magnético en su interior es algo mayor que el del vacío ¾ Ferromagnéticas: susceptibilidad magnética grande y positiva, la permeabilidad magnética es mucho mayor que la del vacío, así como el campo en su interior. Clasificación de las sustancias por sus propiedades magnéticas. lección 12 10 DIAMAGNETISMO DIAMAGNETISMO r Δm i r m r Δm 0 dV m d = r 0 dV m d ≠ r r B r M
- 6. 6 lección 12 11 DIAMAGNETISMO DIAMAGNETISMO r B r M μr<1 r Binterior r Baplicado r M 0 dV m d = r 0 dV m d ≠ r r Δm 0 μ < μ 1 r < μ 0 < χ 1 <<< χ lección 12 12 PARAMAGNETISMO PARAMAGNETISMO 0 dV m d = r 0 dV m d ≠ r r B r M μr>1 r Binterior r Baplicado r M 0 μ > μ 1 r > μ 0 > χ 1 <<< χ
- 7. 7 lección 12 13 FERROMAGNETISMO FERROMAGNETISMO Pueden presentar imantación permanente. Relación entre J y H no es lineal. y ) H ( μ = μ ) H ( χ = χ Presentan fenómenos de histéresis La imantación persiste después de haber cesado la excitación. 0 μ >> μ 0 >> χ lección 12 14 PERMEABILIDAD MAGNÉTICA RELATIVA PERMEABILIDAD MAGNÉTICA RELATIVA Sustancia μr Bismuto 0.99983 Mercurio 0.999968 Oro 0.999964 Plata 0.99998 Plomo 0.999983 Cobre 0.999991 Agua 0.999991 Sustancia μr Bismuto 0.99983 Mercurio 0.999968 Oro 0.999964 Plata 0.99998 Plomo 0.999983 Cobre 0.999991 Agua 0.999991 Ferromagnéticos Ferromagnéticos Diamagnéticos Diamagnéticos Sustancia μr Vacío 1 Aire 1.00000036 Aluminio 1.000021 Volframio 1.000068 Paladio 1.00082 Cobalto 250 Níquel 600 Hierro comercial 6000 Hierro alta pureza 2·105 Supermalloy (79% Ni, 5 % Mo) 106 Sustancia μr Vacío 1 Aire 1.00000036 Aluminio 1.000021 Volframio 1.000068 Paladio 1.00082 Cobalto 250 Níquel 600 Hierro comercial 6000 Hierro alta pureza 2·105 Supermalloy (79% Ni, 5 % Mo) 106 Paramagnéticos Paramagnéticos 0 μ < μ 1 r < μ 0 < χ 1 <<< χ 0 μ >> μ 0 >> χ 0 μ > μ 1 r > μ 0 > χ 1 <<< χ
- 8. 8 lección 12 15 CICLO DE HISTÉRESIS CICLO DE HISTÉRESIS B J Bc JR Curva de 1ª imantación JS Gráfico de Microsoft Excel Magnetización de saturación Magnetización remanente Campo coercitivo lección 12 16 FERROMAGNETISMO FERROMAGNETISMO direcciones fáciles direcciones difíciles
- 9. 9 lección 12 17 DOMINIOS MAGNÉTICOS DOMINIOS MAGNÉTICOS Cristal cúbico μr >>>>>1 r Binterior r Baplicado r M Cristal hexagonal 18 GRABACIÓN Y REPRODUCCIÓN GRABACIÓN Y REPRODUCCIÓN t V t V
- 10. 10 lección 12 19 CIRCUITOS MAGNÉTICOS CIRCUITOS MAGNÉTICOS Conjunto de líneas de campo magnético que se cierran sobre sí mismas. Formado por material ferromagnético de muy alta permeabilidad. una bobina de N vueltas enrollada a él. El flujo magnético es constante en cualquier sección del circuito. S H S B r r r r ⋅ ⋅ μ = ⋅ = φ lección 12 20 I N S dl I N l d H ⋅ = ⋅ μ ⋅ φ = ⋅ = ⋅ ∫ ∫ r r S H S B r r r r ⋅ ⋅ μ = ⋅ = φ S H ⋅ μ φ = I N⋅ Fuerza magneto motriz = ⋅ μ ∫ S dl reluctancia R I N R ⋅ = ⋅ φ R LEY DE HOPKIMSON