Download - Magnetismo en La Materia GITIsin
BLOQUE TEMÁTICO 2
CAMPO MAGNÉTICO
TEMA 4. CAMPO MAGNÉTICO EN EL VACÍO4.1. Campo magnético. Vector inducción magnética4.2. Fuerza magnética sobre una carga puntual. Aplicaciones4.3. Fuerza magnética sobre una corriente eléctrica
- Espira de corriente en un campo magnético uniforme4.4. Efecto Hall
Física II
TEMA 5. FUENTES DEL CAMPO MAGNÉTICO5.1. Ley de Biot y Savart. Aplicaciones5.2. Ley de Ampère. Aplicaciones5.3. Flujo magnético. Ley de Gauss para el campo magnético
TEMA 6. MAGNETISMO EN LA MATERIA6.1. Dipolos magnéticos atómicos. Vector magnetizac ión6.2. El vector intensidad de campo magnético (o exc itación magnética)6.3. Susceptibilidad y permeabilidad magnéticas6.4. Fenómenos magnéticos en medios materiales
TEMA 6
MAGNETISMO EN LA MATERIA
CONCEPTOS
Magnetización
Excitación magnética
Permeabilidad
Susceptibilidad
OBJETIVOS
Comprender la respuesta de distintosmateriales frente a un campo magnéticoexterno
Susceptibilidad
Sustancias diamagnéticas
Sustancias paramagnéticas
Sustancias ferromagnéticas
Ciclo de histéresis
Distinguir las sustancias diamagnéticas,paramagnéticas y ferromagnéticas
Comprender el fenómeno de histéresisferromagnética
Física II
Momento dipolar magnético atómico
• electrónico orbital
• electrónico de spín
• del núcleo mrmrmr
6.1. DIPOLOS MAGNÉTICOS ATÓMICOS. VECTOR MAGNETIZAC IÓN6.1. DIPOLOS MAGNÉTICOS ATÓMICOS. VECTOR MAGNETIZAC IÓN
Las propiedades magnéticas macroscópicas de los materiales: consecuencia demomentos magnéticos asociados a electrones individuales
smr±
2241027,9 mAms−⋅=
Movimiento orbital alrededor del núcleo (analogía con espira)Rotación en torno a su eje: spin del electrón
Magnetón de Böhr
→ Las corrientes debidas a los movimientos
Átomos polieletrónicos
atm orb spinm m m= +r r r
mr
sur
Lr
vr
I
e-
SImrr =
Momento magnético neto delátomo: depende de ladistribución de los e- en el átomo
Física II
r
ve
T
eI
π2==
surveSImrrr
21==
evmrLrrr
×=
→ Las corrientes debidas a los movimientosde los e- a escala atómica son la causa de suspropiedades magnéticas
Momento dipolar magnético atómico
Lm
em
e
rr
2−=
extBr
Sustancia no magnetizada
Momento magnético neto ϑd
mdM
rr
=
Magnetización
El estado magnético de unmaterial se describe medianteel VECTOR MAGNETIZACIÓN
VECTOR MAGNETIZACIÓN
Física II
Corriente superficial ld
SIm
Mr
Magnetización Corriente superficial efectiva
)/( mAI
S
SImM mm
ll==
∆∆=
ϑ
6.2. EL VECTOR INTENSIDAD DE CAMPO MAGNÉTICO (O EXCITACIÓN MAGNÉTICA)
6.2. EL VECTOR INTENSIDAD DE CAMPO MAGNÉTICO (O EXCITACIÓN MAGNÉTICA)
S.I.: [A /m]VECTOR INTENSIDAD DE CAMPOMAGNÉTICO o intensidad magnéticaM
BH
rr
r−=
Campo total: aplicado + material
MHBrvr
00 µµ +=
Física II
S.I.: [A /m]MAGNÉTICO o intensidad magnéticao excitación magnética
MB
H −=0µ
Campo total dentro de unmaterial: Inducción magnética odensidad de flujo magnético [enTesla o en Wb m-2].
Contribución al campo magnéticodebido a la corriente externa.
Contribución al campo magnéticodebido a los momentos magnéticosde la sustancia magnetizada
HBvr
0µ=En el vacío
6.3. SUSCEPTIBILIDAD Y PERMEABILIDAD MAGNÉTICAS6.3. SUSCEPTIBILIDAD Y PERMEABILIDAD MAGNÉTICAS
Susceptibilidad magnética
HM m
rrχ=
MHBrvr
00 µµ +=Magnetización de un sólido: cuando existe H, losdipolos magnéticos en el material tienden a alinearsecon el campo y hay una contribución adicionalproporcional a H.
( )HHHMHBrvvrvr
χµχµµµµ +=+=+= 1
mrm χµµµκ +==≡ 1
0
( )HHHMHB mm χµχµµµµ +=+=+= 100000
( )mχµµ += 10
{ } 0000 BBHHHB rr
rrrvvrµµµµµ =====
Permeabilidad magnética
Permeabilidad magnética relativa
Física II
Tipo de material Se cumple Susceptibilidad Permeabilid ad
Diamagnético
Paramagnético
Ferromagnético 0>>χχχχ
0<mχχχχ10 <<< mχχχχ
µµµµµµµµ >>
oµµµµµµµµ ≥oµµµµµµµµ <
0
0
µχ B
M m
rr
=
0χ BM
rr
≠
6.4. FENÓMENOS MAGNÉTICOS EN MEDIOS MATERIALES6.4. FENÓMENOS MAGNÉTICOS EN MEDIOS MATERIALES
En función del comportamiento de sus moléculas frente a un ca mpo magnético exterior
Ferromagnético 0>>mχχχχoµµµµµµµµ >>
0
0
µχ B
M m≠
Física II
Física II
Materiales Diamagnéticos 0<mχ 0µµ < M y B0 tienen sentidos opuestos
• Materiales con moléculas individuales sin momento dipolar magnético.
• En presencia de un campo externo se induce un pequeño momento dipolar magnético.
• El momento magnético inducido se opone al campo externo.
• La magnetización es, generalmente, proporcional al campo (materiales lineales).
• El efecto diamagnético es muy débil.
• Las propiedades diamagnéticas son esencialmente independientes de la temperatura.
Bi, Cu, Ag, Au, Pb,...
Materiales Paramagnéticos 10 <<< mχ0µµ > M y B0 tienen
igual sentido
Bi, Cu, Ag, Au, Pb,...
• Materiales con átomos que presentan momento dipolar magnético permanente.
• Dipolos magnéticos orientados aleatoriamente en ausencia de campo externo.
• Orientación de los dipolos magnéticos con el campo externo.
• La temperatura dificulta la orientación.
• La magnetización es proporcional al campo aplicado e inversamente
proporcional a la temperatura.
Al, Ca, Cr, Li, Mg,... T
BCMMfM S =⇒=
Física II
mnM S
rr=
Dominios magnéticos
Materiales Ferromagnéticos ( )0Bfm
r=χ 0µµ >> Fe, Co, Ni,...
• Alineación fácil de los momentos magnéticos atómicos enpresencia de un campo externo.
• La magnetización persiste cuando se retira el campo externo(Imán permanente).
• Fuerte acoplamiento de los momentos magnéticos cercanos(Dominios magnéticos ).
• Temperaturas altas contrarrestan el acoplamiento (Temperaturacrítica)
La magnetización no es realmente permanente. Los dominios pueden relajarse. Existe un tiempo derelajación . En función de éste podemos clasificar los materiales ferromagnéticos en blandos y duros .relajación . En función de éste podemos clasificar los materiales ferromagnéticos en blandos y duros .
Ciclo de histéresis
No existe una relación lineal entre M y B
Mr = magnetización remanente
Ms = magnetización de saturación
BC = campo coercitivo
Mr
MS
BBC-BC
-MS
-Mr
M
Material ferromagnético duro
Mr
MS
BBC
-BC
-MS
-Mr
M
Material ferromagnético blando
Física II
Para-ferro-magnetismo, dependencia con la temperatu ra
A altas temperaturas, las sustancias ferromagnéticas pueden convertirse enparamagnéticas, especialmente cuando la magnetización es grande. La explicación resideen que la agitación térmica destruye la interacción entre dominios magnéticos.Existe una temperatura (Temperatura de Curie, T C) característica de cada materialferromagnético, por encima de la cual deja de serlo y pasa a ser paramagnético
Física II