Materiales magneticos

MATERIALES MAGNÉTICOS

Existen unos cuantos materiales que son magnéticos de forma natural, o que tienen el potencial de convertirse en imanes. Algunos de estos materiales son:

§  hierro

§  magnetita

§  gases ionizados, (como el material del que están hechas las estrellas )

Se puede hacer un imán para atraer objetos que contengan material magnético, como el hierro, aunque este no esté magnetizado. Pero no se puede hacer un imán para atraer materiales plásticos, de algodón o de cualquier otro material, como roca de silicato, pues estos no son materiales magnéticos.

El que un material contenga hierro, o cualquier otro material magnético, no significa que sea un imán. Para que un material magnético se pueda convertir en un imán ha de tener condiciones especiales. Esto se debe a que un imán es un objeto de donde emana la fuerza del magnetismo.

Existen diversos tipos de comportamiento de los materiales magnéticos, siendo los principales el ferromagnetismo, el diamagnetismo y el paramagnetismo.

En los materiales diamagnéticos, la disposición de los electrones de cada átomo es tal, que se produce una anulación global de los efectos magnéticos. Sin embargo, si el material se introduce en un campo inducido, la sustancia adquiere una imantación débil y en el sentido opuesto al campo inductor.

Si se sitúa una barra de material diamagnético en el interior de un campo magnético uniforme e intenso, esta se dispone transversalmente respecto de aquel.

Los materiales paramagnéticos no presentan la anulación global de efectos magnéticos, por lo que cada átomo que los constituye actúa como un pequeño imán. Sin embargo, la orientación de dichos imanes es, en general, arbitraria, y el efecto global se anula.

Asimismo, si el material paramagnético se somete a la acción de un campo magnético inductor, el campo magnético inducido en dicha sustancia se orienta en el sentido del campo magnético inductor.

Esto hace que una barra de material paramagnético suspendida libremente en el seno de un campo inductor se alinee con este.

El magnetismo inducido, aunque débil, es suficiente intenso como para imponer al efecto magnético. Para comparar los tres tipos de magnetismo se emplea la razón entre el campo magnético inducido y el inductor.

La rama de la química que estudia las sustancias de propiedades magnéticas interesantes es la magneto química.

DIAMAGNETISMO***

El diamagnetismo es una propiedad de los materiales que consiste en ser repelidos por los imanes. Es lo opuesto a los materiales ferromagnéticos los cuales son atraídos por los imanes. El fenómeno del diamagnetismo fue descubierto y nominado por primera vez en septiembre de 1845 por Michael Faraday cuando vio un trozo de bismuto que era repelido por un polo cualquiera de un imán; lo que indica que el campo externo del imán induce un dipolo magnético en el bismuto de sentido opuesto.

v  MATERIALES DIAMAGNÉTICOS

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 (o más compleja) en sentido contrario.

Algunos ejemplos de materiales diamagnéticos son: el bismuto metálico, el hidrógeno, el helio y los demás gases nobles, el cloruro de sodio, el cobre, el oro, el silicio, el germanio, el grafito, el bronce y el azufre. Nótese que no todos los citados tienen número par de electrones.

El grafito pirolítico, que tiene un diamagnetismo especialmente alto, se ha usado como demostración visual, ya que una capa fina de este material levita (por repulsión) sobre un campo magnético lo suficientemente intenso (a temperatura ambiente).

Experimentalmente, se verifica que los materiales diamagnéticos tienen una permeabilidad magnética inferior a la unidad, y una susceptibilidad magnética negativa, prácticamente independiente de la temperatura, y generalmente del orden (en unidades cegesimales) de  e.m.u./mol, donde M es la masa molecular. En muchos compuestos de coordinación se obtiene una estimación más exacta utilizando las tablas de Pascal.

En los materiales diamagnéticos, el flujo magnético disminuye y en los paramagnéticos el flujo magnético aumenta.

PARAMAGNETISMO***

El paramagnetismo es la tendencia de los momentos magnéticos libres (espín u orbitales) a alinearse paralelamente a un campo magnético. Si estos momentos magnéticos están fuertemente acoplados entre sí, el fenómeno será ferromagnetismo o ferrimagnetismo. Cuando no existe ningún campo magnético externo, estos momentos magnéticos están orientados al azar. 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.

En el paramagnetismo puro, el campo actúa de forma independiente sobre cada momento magnético, y no hay interacción entre ellos. En los materiales ferromagnéticos, este comportamiento también puede observarse, pero sólo por encima de su temperatura de Curie.

Se denomina materiales paramagnéticos a los materiales o medios cuya permeabilidad magnética es similar a la del vacío. Estos materiales o medios no presentan en ninguna medida el fenómeno de ferromagnetismo.

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. Es decir, los materiales paramagnéticos son materiales atraídos por imanes, pero no se convierten en materiales permanentemente magnetizados. Algunos materiales paramagnéticos son: aire, aluminio, magnesio, titanio y wolframio.

                                                                                                                                   

FERROMAGNETISMO***

El ferromagnetismo 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. Un material ferromagnético es aquel que puede presentar ferromagnetismo. La interacción ferromagnética es la interacción magnética que hace que los momentos magnéticos tiendan a disponerse en la misma dirección y sentido. Ha de extenderse por todo un sólido para alcanzar el ferromagnetismo.

Generalmente, los Ferro magnetos están divididos en dominios magnéticos, separados por superficies conocidas como paredes de Bloch. En cada uno de estos dominios, todos los momentos magnéticos están alineados. En las fronteras entre dominios hay cierta energía potencial, pero la formación de dominios está compensada por la ganancia en entropía.

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. Este aumento de tamaño se explica por las características de las paredes de Bloch, que avanzan en dirección a los dominios cuya dirección de los dipolos no coincide; dando lugar a un monodominio. Al eliminar el campo, el dominio permanece durante cierto tiempo.

MATERIAL	Temp. Curie (K)
Fe	1043
Co	1388
Ni	627
Gd	292
Dy	88
MnAs	318
MnBi	630
MnSb	587
CrO2	386
MnOFe2O3	573
Fe3O4	858
NiO2Fe3	858
CuOFe2O3	728
MgO2Fe3	713
EuO	69
Y3Fe5O12	560

v  MATERIALES FERROMAGNÉTICOS

El ferromagnetismo no es una propiedad que depende sólo de la composición química de un material, sino que también depende de su estructura cristalina y la organización microscópica. El acero eléctrico, por ejemplo, es un material producido a escala industrial cuyas propiedades ferromagnéticas han sido optimizadas para hacer uso de ellas en aplicaciones donde se requiere el establecimiento de campos magnéticos de manera eficiente. Sin embargo hay aleaciones ferromagnéticas de metal, cuyos componentes no son ferromagnéticos, llamado aleaciones Heusler. Por el contrario existen aleaciones no magnéticas, como los tipos de acero inoxidable, compuesta casi exclusivamente de los metales ferromagnéticos.