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Introducción
El estudio de los materiales magnéticos requiere una breve introducción al tema del magnetismo, esta importante rama de la física que esta íntimamente relacionada con el fenómeno eléctrico.
Podemos considerar elementos magnéticos a aquellos elementos de la tabla periódica que tienen electrones desapareados, pero en realidad esto no sucede, ya que sólo existen 3 elementos que se magnetizan al aplicarles un campo magnético, son el Hierro (Fe), Cobalto (Co), Níquel (Ni).
Aunque los materiales presentan un comportamiento magnético variado, uno de los más importantes es el ferromagnetismo que, como su nombre lo indica, esta relacionado con las aleaciones metálicas que contienen hierro. El ferrimagnetismo es una sutil variación del comportamiento ferromagnético presente en algunos materiales compuestos cerámicos. Los materiales magnéticos metálicos son normalmente clasificados como blandos o duros dependiendo de su comportamiento magnético. Los materiales magnéticos cerámicos son ampliamente utilizados y se hallan mejor representados por muchos compuestos de ferrita basados en la estructura cristalina de la espinela inversa.
Para entender más profundamente la naturaleza de varios de estos materiales magnéticos, se realizará a continuación una breve explicación de los fundamentos del magnetismo y sus propiedades.
Distribuciones del campo magnético de :
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Un anillo de corriente eléctrica genera una región de atracción física, o campo magnético, el campo magnético no es mas que la región del espacio en la que se manifiestan los fenómenos magnéticos. Estos actúan según unas imaginarias "líneas de fuerza": éstas son el camino que sigue la fuerza magnética conocidas también como líneas de flujo magnético (este campo se traduce en unas líneas de fuerza y dos polos de los que parten estas líneas conocidas como bipolar).La intensidad o dirección del campo magnético en un determinado punto cercano al anillo de corriente viene dado por H, una magnitud vectorial.
La evidencia más familiar de magnetismo es que la fuerza atractiva o repulsiva observó para actuar entre los materiales magnéticos como hierro. Se encuentran los efectos más sutiles de magnetismo, sin embargo, en toda la materia. Estos efectos han proporcionado las pistas importantes a la estructura atómica de materia.
Propiedades de los materiales magnéticos
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Propiedades Magnéticas Macroscópicas: son producto de los momentos magnéticos asociados con los electrones individuales. Cuando el electrón gira alrededor del núcleo, se convierte en una carga eléctrica en movimiento, por lo que se genera un momento magnético. Cada electrón gira alrededor de si mismo creando un momento magnético.
El momento magnético neto de un átomo es la suma de los momentos magnéticos generados por los electrones. Si incluyen los momentos orbítales, de rotación, y el hecho de que los momentos pueden cancelarse.
En los átomos donde el nivel de energía de los electrones están completamente llenos, todos los momentos se cancelan. Estos materiales no puedes ser magnetizados permanentemente (Gases inertes y algunos materiales iónicos).
De acuerdo a sus propiedades magnéticas y cuando los materiales se someten a un campo magnético, estos se pueden clasificar en:
Diamagnéticos: los materiales diamagnéticos son `débilmente repelidos' por las zonas de campo magnético elevado. Cuando se someten a un campo, los dipolos se orientan produciendo campos magnéticos negativos, contrarios al campo aplicado. Los valores de susceptibilidad de estos materiales es pequeña y negativa y su permeabilidad próxima a la unidad. También estos materiales son una forma muy débil de magnetismo, la cual es no permanente y persiste no solamente cuando se aplica un campo externo.
Paramagnéticos: los materiales paramagnéticos son débilmente atraído por las zonas de campo magnético intenso. Se observa frecuentemente en gases. Los momentos dipolares se orientan en dirección al campo, y tiene
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características de los sistemas en los que se los usa. Los materiales ferromagnéticos no son `lineales'. Esto significa
que las relaciones entre
Ferrimagnéticos: es la base de la mayoría de los imanes metálicos de utilidad, los materiales magnéticos cerámicos se basan en un fenómeno ligeramente diferente. En cuanto a la histéresis, el comportamiento es básicamente el mismo. Sin embargo, la estructura cristalina de la mayoría de los materiales magnéticos cerámicos comunes implica un emparejamiento antiparalelo de los spines de los electrones, reduciendo por tanto el movimiento magnético neto que es posible alcanzar en los metales. Este fenómeno se distingue del ferromagnetismo mediante un nombre ligeramente diferente denominándose ferrimagnetismo.
Ferrimagnetismo
Puedes observar el ferrimagnetismo en un óxido natural de hierro llamado magnetita, con fórmula química Fe3 O4. Permanece magnético mientras se mantiene por debajo de
una cierta temperatura llamada temperatura "Curie". El magnetismo es un resultado de la alineación de regiones muy pequeñas en el material llamado "dominios magnéticos" o "momentos magnéticos" en el material. Para el ferrimagnetismo, estos momentos magnéticos están en direcciones opuestas.
Ferromagnetismo
El ferromagnetismo ocurre espontáneamente en algunos elementos, tales como hierro, níquel y cobalto. En estos elementos, los momentos magnéticos se alinean en la misma dirección y en paralelo entre sí para producir imanes fuertes. La temperatura afecta a la alineación de los momentos magnéticos. La temperatura máxima a la que todavía existe el ferromagnetismo en un material es la temperatura de Curie. Para algunos materiales ferromagnéticos, puede ser tan alta como 1.200 grados centígrados.
Tipos de Materiales Magnéticos:
- Materiales magnéticos metálicos: los materiales magnéticos metálicos comerciales más importantes son ferromagnéticos. En general, esos materiales se clasifican como blandos o duros. Los factores estructurales constitutivos que llevan a la dureza magnética son generalmente los mismos que los que provocan la dureza mecánica.
Materiales magnéticos blandos: se denomina materiales magnéticos blandos a los materiales ferromagnéticos con paredes de dominios magnéticos que se mueven fácilmente cuando se aplica un campo; es decir, que se pueden desmagnetizar.
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- Materiales magnéticos cerámicos: los materiales magnéticos cerámicos pueden dividirse en dos categorías:
Materiales magnéticos de baja conductividad: los materiales magnéticos cerámicos tradicionales, de importancia comercial, son ferrimagnéticos, tienen la baja conductividad características de los cerámicos. Los principales ejemplos son las ferritas, basadas en la estructura cristalina de la espinela inversa.
Materiales magnéticos superconductores: los magnéticos superconductores más potentes pertenecen a una familia de óxidos cerámicos, tradicionalmente incluidos en la categoría de aislante, presentaban superconductividad con valores de temperatura crítica sensiblemente mayores de los que era posible conseguir con los mejores superconductores metálicos.
Aplicaciones del Magnetismo:
Numerosas aplicaciones de magnetismo y de materiales magnéticos se ha levantado en los últimos 100 años. Por ejemplo, el electroimán es la base del motor eléctrico y el transformador. En los más recientes tiempos, el desarrollo de nuevos materiales magnéticos ha sido también importante en la revolución de la computadora. Pueden fabricarse los recuerdos de la computadora usando los dominios de la burbuja. Estos dominios son regiones realmente más pequeñas de magnetización que o es paralelo o antiparalelo a la magnetización global del material. Dependiendo de esta dirección, la burbuja indica uno o un ceros, mientras sirviendo así como las unidades del sistema del número binario usaron en las computadoras. Los materiales magnéticos también son electores importantes de cintas y discos en que se guardan los datos. Además del atómico - clasificó según tamaño unidades magnéticas usadas en las computadoras-, los imanes grandes, poderosos son cruciales a una variedad de tecnologías modernas.
La levitación magnética entrena que usa los imanes fuertes para permitir al tren flotar sobre la huella para que no haya fricción entre el vehículo y las huellas y reducir la velocidad el tren. Se usan los campos magnético poderosos en el imaging de resonancia magnético nuclear, una herramienta de diagnóstico importante usada por doctores. Los imanes de Superconducción se usan en más aceleradores de la partícula poderosos para guardar las partículas aceleradas enfocadas y entrando un camino encorvado.
Ley de Lenz
Los estudios sobre inducción electromagnética, realizados por Michael Faraday nos indican
que en un conductor que se mueva cortando las líneas de fuerza de un campo magnético se
produciría una fuerza electromotríz (FEM) inducida y si se tratase de un circuito cerrado se produciría una corriente inducida. Lo mismo sucedería si el flujo magnético que atraviesa al
conductor es variable.
La Ley de Lenz nos dice que las fuerzas electromotrices
o las corrientes inducidas serán de un sentido tal que
se opongan a la variación del flujo magnético que las
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intensidad I en un punto situado a una distancia r, viene dado por la ley de Biot-Savart:
Las líneas del campo magnético son circunferencias concéntricas al hilo y situadas en un plano perpendicular al mismo.
