MAGNETISMO Y SUBTEMAS DEL MISMO

1. S
MAGNETISMO
Tipos de imanes (propiedades y características) – Campo magnético – Densidad de flujo magnético – Intensidad y
Permeabilidad – Inclinación y declinación del campo magnético terrestre - Teorías Magnéticas – Reluctancia y
Materiales (Ferromagnetismo, paramagnetismo y diamagnéticos)

2. HISTORIA DEL
MAGNETISMO
S Los fenómenos magnéticos fueron conocidos por los antiguos griegos
a través de una mineral llamado magnetita; se dice que por primera vez
se observaron en la ciudad de Magnesia del Meandro en Asia Menor,
de ahí el término magnetismo. Sabían que ciertas piedras atraían el
hierro, y que los trocitos de éste atraían a su vez a otros. Estas se
denominaron imanes naturales.
S El primer filósofo que estudió el fenómeno
del magnetismo fue el griego
Tales de Mileto [625 - 545 a. C.].
S A finales del siglo XVIII y principios del XIX comenzaron, curiosamente,
la investigación simultánea de las teorías de electricidad y magnetismo.

3. S en 1820 Hans Christian Ørsted, profesor de la Universidad de
Copenhague, descubrió que un hilo conductor sobre el que
circulaba una corriente que ejercía una perturbación magnética a
su alrededor, llegaba a poder mover una aguja magnética situada
en ese entorno.
S El científico británico Michael Faraday (1791 - 1867) descubrió
importantes hallazgos sobre el movimiento de un imán que se
encuentra cercano a una corriente eléctrica.
S James Clerk Maxwell sintetizó y explicó estas observaciones en
sus ecuaciones de Maxwell. Unificó el magnetismo y la electricidad
en un solo campo, el electromagnetismo.
S En 1905, Einstein usó estas leyes para comprobar
su teoría de la relatividad especial, en el
proceso mostró que la electricidad y
el magnetismo estaban fundamentalmente vinculadas.

4. IMANES
Un imanes se refiere a aquellos materiales que tienen la
capacidad de atraer materiales como el hierro, níquel, o incluso
cobalto. Además de esto, el imán puede producir campos
magnéticos exteriores, que es donde se percibe su capacidad de
atraer a otros elementos.
S Todo imán está compuesto por dos polos, que son
denominados Norte y Sur. En ellos es donde la atracción se
genera con mayor potencia. Se debe tener en cuenta que los
polos opuestos se atraen mientras que los que son iguales se
repelen.
S Los imanes cuentan además con una línea neutral que es
aquella que actúa como aislante de las áreas polarizadas y se
ubica en la superficie del elemento. Por último, el eje
magnético es otra parte básica de los imanes

5. TIPO DE IMANES
S Imanes Naturales:
Son los que se hallan en el suelo terrestre, de forma natural,
sin que haya intervenido la mano del hombre, de allí su nombre.
Estos elementos tienen la capacidad de atraer al hierro.
Los imanes naturales están compuestos por óxido de hierro natural,
(Fe3O4) que es aquello que le otorga su propiedad magnética.
S Imanes Artificiales:
Estos, en cambio, son producto da elaboración del hombre, a partir de la aleación
de diferentes metales. También conocidos bajo el nombre de materiales
ferromagnéticos, por su combinación de hierro con otros metales, estos pueden ser
imantados a través de corrientes eléctricas o bien, al friccionarlo con otros imanes.
Esto hace que su imantación sea adquirida de forma artificial. Estos cuerpos que
han sido imanados en forma artificial. El hierro y el acero pueden ser magnetizados.
El acero se magnetiza permanentemente, como comprobaste con la aguja; lo mismo
sucede con las tijeras: si la dejas en contacto con el imán durante un rato .

6. CLASIFACIÓN(SEGÚN SUS CAPACIDADES)
S Temporales: poseen sus propiedades magnéticas por períodos de tiempo
extremadamente cortos. Esto sucede a pesar de que deben ser
sometidos a procesos de imantación sumamente prolongados. Estas
características son propias de metales como el hierro dulce e incluso del
aluminio. Por supuesto que, imanes como estos son siempre artificiales,
puesto que carecen de magnetita, que es aquel mineral que cuenta con
propiedades magnéticas de forma natura
S Permanentes: imanes de este tipo, en cambio, son aquellos que están
compuestos por minerales que poseen propiedades magnéticas de forma
natural, tal como sucede con la magnetita. Esto hace que su capacidad
de atraer otros metales duren períodos de tiempo sumamente extensos,
aún si no se encuentran influenciados por ningún campo inductor. Suelen
estar compuestos por aleaciones, las cuales pueden variar de acuerdo al
uso que se le quiera dar. Las más comunes suelen ser: tungsteno –
acero; acero – cobalto; titanio – acero, o incluso, aluminio – hierro –
níquel – cobalto.

7. S De alnico: están compuestos por cobalto, níquel y aluminio, los cuales se
fusionan tomando distintas proporciones de cada uno. Los imanes de
alnico se caracterizan por ser muy económicos, aunque presentan la
desventaja de contar con una atracción bastante débil. Otra ventaja que
presentan estos elementos es que frente a temperaturas muy altas,
presentan un buen comportamiento. El nombre de este elemento
proviene justamente de la combinación de sus tres componentes AL por
aluminio, NI por níquel y CO por cobalto.
S Moldeados por inyección: esta clase de imanes se caracteriza por tener
rasgos muy similares a los materiales compuestos por plástico. Para
poder ser moldeados, los especialistas recurren a polvos magnéticos así
como también de resina.
S Flexibles: como su nombre indica, estos imanes son sumamente flexibles,
puesto a que están compuestos por estroncio y hierro, junto con
materiales como PVC o caucho. Estos imanes están compuestos por
bandas angostas, algunas de ellas contienen polos Norte y otras, polos
Sur, por lo que se las coloca de forma alternada. Esto genera que, si bien
su campo magnético cuenta con cierta intensidad, este tiene corto
alcance.

8. S Cerámicos: debido a su color y apariencia, estos son semejantes a la porcelana,
puesto que son grises y alisados. De todas formas, se los denomina de esta forma
debido a sus propiedades físicas. Se caracterizan por ser sumamente frágiles, a tal
punto que pueden partirse si son atraídos por otro imán. Para fabricarlos, se utilizan
partículas de hierro, a los que, por medio de tratamientos especiales se los
convierte en aglomerados. En algunos casos, los especialistas recurren al estroncio
o bario para su fabricación.
S Súper-imanes: este material, también conformado de forma artificial, están
compuestos por bobinas que a bajas temperaturas se enfrían ya que son hechas
con bobinas de aleaciones metálicas que actúan como súper-conductores, de allí
su nombre.
S De tierras raras: a pesar de su tamaño reducido, estos cuentan con una potencia
que en algunos casos es hasta diez veces superior a la de otros imanes. Estos
están compuestos por boro, hierro y neodimio, de allí sus rasgos metálicos. Por su
fragilidad y tendencia a oxidarse, son recubiertos con una capa de barniz, cinc o
níquel. Gracias a su potencia, también son muy utilizados para desmagnetizar y
magnetizar a otros imanes. Según el material químico que los componga, estos
imanes se suelen dividir en dos grupos. Por un lado se identifican los de neodimio,
que son aquellos materiales compuestos por níquel, hierro y neodimio. Se
caracterizan por oxidarse con extrema facilidad y por ser muy económicos. Por otro
lado, se habla del grupo de imanes de samario cobalto. A diferencia de los
anteriores, estos no se oxidan con tanta facilidad, lo que los vuelve un producto
mucho más costoso.

9. CAMPO MAGNETICO
S Este es un concepto introducido desde hace más de un
siglo por el inglés Michael Faraday a partir de la
observación fuerza que ejerce un imán . Imagino que
de un imán salían hilos o líneas que se esparcían y las
llamo líneas de fuerza magnéticas .
Dichas líneas se encuentran más en los polos.
S Las líneas de fuerza producidas por un imán ya sea de barra o herradura se
esparcen desde el polo norte hasta el polo sur.
S La zona que rodea a un imán y en la cual su influencia
puede detectarse, recibe el nombre de campo magnético.
S Faraday señaló que cuando dos imanes se encuentran
cerca su campos magnéticos se interfieren recíprocamente

10. DENSIDAD DE FLUJO
MAGNETICO
S El concepto propuesto por Faraday acerca de las líneas de fuerza es
imaginario, pero resulta muy útil para dibujar los campos magnéticos
y cuantificar sus efectos. Una sola línea de fuerza equivale a la
unidad del flujo magnético φ en el sistema CGS y recibe el nombre de
maxwell.
S Por definición: La densidad del flujo magnético en una región de un
campo magnético equivale al numero de líneas de fuerza (o sea al
flujo magnético) que atraviesan perpendicularmente a la unidad de
área. Matemáticamente se expresa:

11. S donde:
B = densidad de flujo magnético, en el
sistema internacional se mide en
webers/metro cuadrado (Wb/m2)
Φ = flujo magnético, su unidad es el
weber (WB)
A = área sobre la que actúa el flujo
magnético, se expresa en metros
cuadrados (m2)
S En el SI la unidad de densidad del
flujo magnético es el Wb/m2, el cual
recibe el nombre de Testla (t) en
honor del físico Nicolás Tesla.

12. S Cuando el flujo magnético no penetra perpendicularmente un área,
sino que lo hace con un cierto ángulo, la expresión para calcular la
densidad del flujo magnético será:
Donde θ = ángulo formado por el flujo magnético

13. PERMEABILIDAD
MAGNÉTICA
S Capacidad de una sustancia o medio para atraer y hacer pasar a través
de ella campos magnéticos, la cual está dada por la relación entre la
inducción magnética existente y la intensidad de campo magnético que
aparece en el interior de dicho material.
S La magnitud así definida, el grado de magnetización de un material en
respuesta a un campo magnético, se denomina permeabilidad absoluta y
se suele representar por el símbolo μ:
Donde B es la inducción magnética (también llamada densidad de flujo
magnético) en el material, y H es intensidad de campo magnético.

14. S Es un fenómeno presente en algunos materiales, como en el hierro dulce, donde las líneas de
fuerza de un campo magnético pasan con mayor facilidad a través del material de hierro que por
el aire o el vacío, esto provoca que cuando un material permeable se coloca en un campo
magnético, concentre un mayor número de líneas de flujo por unidad de área y aumente el valor
de la densidad de flujo magnético.
S La permeabilidad magnética de diferentes medios se representa con la letra griega (Mu = μ). La
permeabilidad magnética del vacío (μ0) tiene un valor en el S.I de:
Para fines prácticos, la permeabilidad del aire se considera igual a la permeabilidad del vacío.
La permeabilidad relativa de una sustancia se calcula con la expresión:

15. S Podemos concluir que la permeabilidad magnética está
directamente relacionada con los campos magnéticos ya
que la misma permeabilidad es aquella sustancia que tiene
la capacidad para traer y pasar por medio de ella campos
magnéticos.

16. INTENSIDAD DEL CAMPO
MAGNÉTICO (H)
S Para un medio dado, el vector intensidad del campo magnético es el
cociente que resulta de la densidad del flujo magnético, entre la
permeabilidad magnética del medio. Se define por la relación
H = B0/μ0 = B/μ0 - M
y tiene un valor que designa de forma inequívoca, la influencia que
ejerce la corriente externa en la creación del campo magnético del
material, independientemente de la respuesta magnética del material.
La relación de B se puede escribir de forma equivalente
B = μ0(H + M)

17. H y M tendrán las mismas unidades, amperios/metro. Para distinguir
aún mas B de H, a veces se le llama a B densidad de flujo
magnético o inducción magnética. A la cantidad M en estas
fórmulas, se le llama magnetización del material.
Otro uso común para la relación entre B y H es
B = μmH
Donde:
H: Intensidad del campo magnetico para u medio dado, se expresa
amper/metro A/m
B: Densidad de flujo magnético se expresa en teslas (T).
μ: Permeabilidad magnética del medio. Su unidad es tesla metro/
amper (T m/ A)

18. S Se concluye que la intensidad del campo magnético se da
por diferentes factores en los cuales incluye el tipo de
materiales magnéticos así como sus características
particulares de cada uno de ellos, tomando en cuenta la
permeabilidad de los mismos materiales.

19. EL MAGNETISMO
TERRESTRE
S Siglo II
S William Gilbert
S La declinación magnética: líneas isógonas
S La inclinación magnética terrestre

20. TEORÍAS
MAGNÉTICAS
S Teoría de Weber:
Esta teoría establece que el proceso de imantación de cualquier
material ferromagnético consiste en alinear los imanes moleculares
en filetes magnéticos, que antes de la imantación tenían direcciones
aleatorias cada uno. En los extremos de los filetes se localizan los
polos formados.

21. S Teoría de Ewing:
Considera que los dipolos magnéticos moleculares no eran,
propiamente, los que se movían orientándose al magnetizar un
material ferromagnético; sino que, en los materiales se formaban
grupos de átomos con el mismo momento magnético del orden de
1017 a 1021 átomos localizados en regiones limitadas por otros
grupos con momentos magnéticos diferentes.

22. El proceso de magnetización de un material consiste, según Ewing
en:
S 1.- El agrandamiento de los dominios que tengan la dirección ó
dirección cercana a la del campo magnetizador si éste es débil.
S 2.- El giro de los dominios y agrandamiento de éstos en dirección
del campo magnetizador si la intensidad de éste es fuerte.

23. S Teoría de Ampere:
La teoría de Ampere menciona corrientes elementales en el
interior de un material ferro magnético, con direcciones
diversas. Magnetizar un material según Ampere significaba
ordenar las corrientes elementales. El resultado de este
ordenamiento es una corriente en la periferia de un imán de
barra, corriente que ocasionaba dos polos de nombre
contrario en los extremos de la barra.

24. RELUCTANCIA MAGNETICA
S En un material o circuito magnético es la resistencia que
éste posee al paso de un flujo magnético cuando es
influenciado por un campo magnético. Se define como la
relación entre la fuerza magnetomotriz.

25. S La reluctancia R de un circuito magnético uniforme se puede calcular como:
S Dónde:
R: reluctancia, medida en amperio (también llamado [amperio vuelta])
por weber ( A v/Weber ). Esta unidad es equivalente al inverso del Henrio (H-1)
multiplicado por el número de espiras .
L: longitud del circuito, medida en metros.
μ: permeabilidad magnética del material, medida en H/m (henrio/metro).
A: Área de la sección del circuito (sección del núcleo magnético), en metros
cuadrados.
S Cuanto mayor sea la reluctancia de un material, más energía se requerirá para
establecer un flujo magnético a través del mismo

26. FERROMAGNETISMO
S Es un fenómeno físico en el que se produce ordenamiento magnético de todos
los momentos magnéticos de una muestra, en la misma dirección y sentido.
S Los ferromagnetos están divididos en dominios magnéticos, separados por
superficies conocidas como paredes de Bloch
S Al someter un material ferromagnético a un campo magnético intenso, los
dominios tienden a alinearse con éste, 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.

27. PARAMAGNETICOS
S Es la tendencia de los momentos magnéticos libres a alinearse paralelamente
a un campo magnético. En presencia de un campo magnético externo tienden
a alinearse paralelamente al campo, pero esta alineación está contrarrestada
por la tendencia que tienen los momentos a orientarse aleatoriamente debido
al movimiento térmico.
S Se denomina materiales paramagnéticos a los materiales o medios
cuya permeabilidad magnética es similar a la del vacío. Estos materiales o
medios presentan en una medida despreciable el fenómeno de
ferromagnetismo
S Los materiales paramagnéticos sufren el mismo tipo de atracción y repulsión
que los imanes normales, cuando están sujetos a un campo magnético. Sin
embargo, al retirar el campo magnético, la entropía destruye el alineamiento
magnético, que ya no está favorecido energéticamente

28. S A campos magnéticos bajos, los materiales paramagnéticos exhiben
una magnetización en la misma reacción del campo externo, y cuya
magnitud se describe por la ley de Curie:
S M Es la magnetización resultante,
S H Es la densidad de flujo magnético del campo aplicado,
S T Es la temperatura absoluta (en Kelvin) y
S C Es una constante específica de cada material (su constante de
Curie).

29. LEY DE CURIE
S Esta ley indica que los materiales paramagnéticos
tienden a volverse cada vez más magnéticos al
aumentar el campo aplicado, y cada vez menos
magnéticos al elevarse la temperatura.
S La ley de Curie sólo es aplicable a campos bajos o
temperaturas elevadas, ya que falla en la descripción del
fenómeno cuando la mayoría de los momentos
magnéticos se hallan alineados

30. CAUSAS DE
PARAMAGNETISMO
S Los materiales paramagnéticos están constituidos por
átomos y moléculas que tienen momentos
magnéticos permanentes
S En ausencia de campo las poblaciones de espines
alineados y anti-alineados es más o menos la misma,
pero en presencia de campo debe aumentar el número
de alineados y decrecer el número de desalineados.

31. DIAMAGNETISMO
S Propiedad de los materiales por la cual se magnetizan
débilmente en sentido opuesto a un campo magnético
aplicado.
S Los materiales diamagnéticos son repelidos débilmente por los
imanes. El magnetismo inducido desaparece si lo hace el
campo aplicado.
S Las sustancias, en su gran mayoría, son diamagnéticas,
puesto que todos los pares de electrones con espín opuesto
contribuyen débilmente al diamagnetismo, y sólo en los casos
en los que hay electrones desparejados existe una
contribución paramagnética.