propiedades magnÉticas · 2017-07-28 · permeabilidad magnética relativa (k m): es el cociente...
TRANSCRIPT
1
U N A MFacultad de Ingeniería
AVM
PROPIEDADES MAGNÉTICAS
PROPIEDADES MAGNÉTICAS
M. C. Q. Alfredo Velásquez Márquez
U N A MFacultad de Ingeniería
AVM
CLASIFICACIÓN
Dependiendo de su comportamiento en presencia de un campo magnético
externo, las sustancias se pueden clasificar en:
Diamagnéticas. Sustancias que son débilmente repelidas por las líneas de
flujo de un campo magnético externo.
Paramagnéticas. Sustancias que son débilmente atraídas por las líneas de
flujo un campo magnético externo.
Ferromagnéticas. Sustancias que son fuertemente atraídas por las líneas de
flujo de un campo magnético externo.
2
U N A MFacultad de Ingeniería
AVM
NS
U N A MFacultad de Ingeniería
AVM
Norte magnético
Sur magnético Norte magnético
Sur magnético
3
U N A MFacultad de Ingeniería
AVM
Hidrógeno: 1s1
1s
N
S
PARAMAGNÉTICO
Helio: 1s2
1s
N
S N
S
DIAMAGNÉTICO
U N A MFacultad de Ingeniería
AVM
Diamagnéticas. Sustancias que son repelidas por las líneas de flujo de un
campo magnético externo. Presentan todos sus electrones apareados.
Paramagnéticas. Sustancias que son atraídas por las líneas de flujo un
campo magnético externo. Presentan al menos un electrón desapareado
Ferromagnéticas. Sustancias que son fuertemente atraídas por las líneas de
flujo de un campo magnético externo. ?
4
U N A MFacultad de Ingeniería
AVM
Litio: 1s2, 2s1
1s
N
S N
S
2s
N
S
PARAMAGNÉTICO
Berilio: 1s2, 2s2
1s
N
S N
S
2s
N
S N
S
DIAMAGNÉTICO
U N A MFacultad de Ingeniería
AVM
Boro: 1s2, 2s2, 2p1
1s
S
N
N
S2s
S
N
N
S2px
N
S2py 2pz
PARAMAGNÉTICO
1s 2s 2px 2py 2pz
Caben: 2 Existen: 2
Caben: 2 Existen: 2 Caben: 6
Existe: 1
5
U N A MFacultad de Ingeniería
AVM
Carbono: 1s2, 2s2, 2p2 Caben: 6 Existen: 2 PARAMAGNÉTICO
Nitrógeno: 1s2, 2s2, 2p3 PARAMAGNÉTICO
Oxígeno: 1s2, 2s2, 2p4 PARAMAGNÉTICO
Flúor: 1s2, 2s2, 2p5 PARAMAGNÉTICO
Neón: 1s2, 2s2, 2p6 DIAMAGNÉTICO
U N A MFacultad de Ingeniería
AVM
ELEMENTO PARAMAGNÉTICO
Sur Norte Sur Norte
6
U N A MFacultad de Ingeniería
AVM
ELEMENTO PARAMAGNÉTICO
Sur Norte Sur Norte
U N A MFacultad de Ingeniería
AVM
ELEMENTO PARAMAGNÉTICO
7
U N A MFacultad de Ingeniería
AVM
ELEMENTO PARAMAGNÉTICO
Sur Norte Sur Norte
U N A MFacultad de Ingeniería
AVM
ELEMENTO PARAMAGNÉTICO
Sur Norte Sur Norte
8
U N A MFacultad de Ingeniería
AVM
ELEMENTO PARAMAGNÉTICO
Sur Norte Sur Norte
U N A MFacultad de Ingeniería
AVM
ELEMENTO PARAMAGNÉTICO
9
U N A MFacultad de Ingeniería
AVM
ELEMENTO PARAMAGNÉTICO
Sur Norte Sur Norte
ELEMENTO FERROMAGNÉTICO
HIERRO
COBALTO
NÍQUEL
U N A MFacultad de Ingeniería
AVM
Sur Norte Sur Norte
Permeabilidad Magnética (m): Puede considerarse como una medida de
la facilidad con la que una sustancia permite el paso de las líneas de
flujo de un campo magnético externo; es decir, que tan “permeable” es
la sustancia al paso de las líneas de flujo de un campo magnético.
10
U N A MFacultad de Ingeniería
AVM
Permeabilidad Magnética Relativa (km): Es el cociente que resulta de dividir la
permeabilidad magnética de una sustancia, entre un valor patrón, el cual generalmente
es la permeabilidad magnética del vacío (4px10-7 [T·m·A-2]). Dependiendo del valor de
km, se puede determinar si una sustancia es diamagnética, paramagnética o
ferromagnética con base en los valores siguientes:
km < 1
1 ≤ km < 10
10 ≤ km
Diamagnética
Paramagnética
Ferromagnética
U N A MFacultad de Ingeniería
AVM
11
U N A MFacultad de Ingeniería
AVM
2INN
NμB
I2NN
NμB
y m x= + b
U N A MFacultad de Ingeniería
AVM
2
Nm Nμo
Nm μ
μk
12
U N A MFacultad de Ingeniería
AVM
y = 9.7500E-04x - 1.0306E-03
-0.001
0
0.001
0.002
0.003
0.004
0.005
0.006
0.007
0.008
0.009
0.2 0.4 0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.8 2
I vs BLineal (I vs B)
U N A MFacultad de Ingeniería
AVM
CICLO DE HISTÉRESIS EN MATERIALES FERROMAGNÉTICOS
Los materiales ferromagnéticos poseen pequeñas zonas que tienen un momentomagnético diferente de cero, a estas zonas se les llama dominios magnéticos, ysu momento magnético es el resultado de la suma de los campos magnéticosdebidos a los movimientos de traslación y rotación de los electrones que estánpresentes en tales dominios.
13
U N A MFacultad de Ingeniería
AVM
CICLO DE HISTÉRESIS EN MATERIALES FERROMAGNÉTICOS
Si un material ferromagnético se coloca bajo la influencia de un campomagnético externo, sus dominios magnéticos se alinean con las líneas defuerza de dicho campo; es decir, se obtiene un campo magnético inducidoen el material, cuya intensidad B, depende de la intensidad H del campomagnético externo.
U N A MFacultad de Ingeniería
AVM
CICLO DE HISTÉRESIS EN MATERIALES FERROMAGNÉTICOS
Si un material ferromagnético se coloca bajo la influencia de un campo magnéticoexterno, sus dominios magnéticos se alinean con las líneas de fuerza de dichocampo; es decir, se obtiene un campo magnético inducido en el material, cuyaintensidad B, depende de la intensidad H del campo magnético externo.
H pequeña, induce B pequeña
H grande,induce B grande
14
U N A MFacultad de Ingeniería
AVM
CICLO DE HISTÉRESIS EN MATERIALES FERROMAGNÉTICOS
Si se inicia con una porción dematerial ferromagnético, cuyo campomagnético neto es nulo (B = 0), y
poco a poco se aumenta H, se
puede graficar H vs B, obteniéndoseuna gráfica como la siguiente:
La curva obtenida se conoce comocurva de primera saturación.
H
B
–H
–B
U N A MFacultad de Ingeniería
AVM
CICLO DE HISTÉRESIS EN MATERIALES FERROMAGNÉTICOS
Si una vez alcanzada lamagnetización máxima, si sedisminuye H, disminuiría también B;es decir, se empezaría adesmagnetizar el material, perosiguiendo un camino distinto alrecorrido durante la curva de primeramagnetización, obteniéndose unagráfica como la siguiente:
H
B
–H
–B
15
U N A MFacultad de Ingeniería
AVM
CICLO DE HISTÉRESIS EN MATERIALES FERROMAGNÉTICOS
Como se observa, aún cuando H =0 el material conserva un campomagnético inducido, se diceentonces que el material quedómagnetizado. Si ahora se aplica uncampo magnético externo deintensidad –H (opuesto al anterior),los dominios magnéticos se iránorientando, ahora en sentidocontrario, disminuyendo con ello lamagnetización del material, de talforma que se obtendría una gráficacomo la siguiente:
H
B
–H
–B
U N A MFacultad de Ingeniería
AVM
CICLO DE HISTÉRESIS EN MATERIALES FERROMAGNÉTICOS
Al continuar aumentando –H, elmaterial se irá magnetizando perocon campo contrario al de suprimera magnetización,obteniéndose una gráfica como lamostrada a continuación, donde laintensidad del campo magnéticoinducido se denota con –B.
H
B
–H
–B
16
U N A MFacultad de Ingeniería
AVM
CICLO DE HISTÉRESIS EN MATERIALES FERROMAGNÉTICOS
Como se observa, al aumentar–H, aumenta –B, hasta llegar a unpunto de máxima saturación, dondelos dominios están alineados ensentido contrario a como sealinearon en la curva de primerasaturación. Ahora, si se disminuye elvalor de –H hasta –H = 0, seobtiene una gráfica como lasiguiente:
H
B
–H
–B
U N A MFacultad de Ingeniería
AVM
CICLO DE HISTÉRESIS EN MATERIALES FERROMAGNÉTICOS
Como se observa, aún cuando–H=0 el material conserva uncampo magnético inducido. Si ahorase aplica un campo magnéticoexterno de intensidad H (opuesto alanterior), los dominios magnéticosse irán orientando, ahora en sentidocontrario, disminuyendo con ello lamagnetización del material, de talforma que se obtendría una gráficacomo la siguiente:
H
B
–H
–B
17
U N A MFacultad de Ingeniería
AVM
CICLO DE HISTÉRESIS EN MATERIALES FERROMAGNÉTICOS
Como se observa, al ir aumentandoH, disminuye –B, hasta llegar a cero;ahora bien si se continuaaumentando H, el material se irámagnetizando, obteniéndose unagráfica como la siguiente:
H
B
–H
–B
U N A MFacultad de Ingeniería
AVM
CICLO DE HISTÉRESIS EN MATERIALES FERROMAGNÉTICOS
Como se observa, al ir aumentandoH se llegar hasta el punto en el cualla alineación de los dominios es lamáxima posible; es decir, se lleganuevamente a la máxima saturaciónque se alcanzó en la curva deprimera saturación; completando así,el ciclo de histéresis del material.
H
B
–H
–B
18
U N A MFacultad de Ingeniería
AVM
CICLO DE HISTÉRESIS EN MATERIALES FERROMAGNÉTICOS
Específicamente, se le llama ciclo dehistéresis al ciclo que forman todaslas curvas excepto la de primerasaturación; es decir, para el casodescrito anteriormente, el ciclo dehistéresis correspondería almostrado en la gráfica siguiente: H
B
–H
–B
U N A MFacultad de Ingeniería
AVM
CICLO DE HISTÉRESIS EN MATERIALES FERROMAGNÉTICOS
El ciclo de histéresis de un material ferromagnético puede ser “angosto” o “ancho”dependiendo de la composición del material. Los materiales con ciclo de histéresisangosto, se les llama materiales ferromagnéticos blandos y a los que tienen un ciclode histéresis grueso se les llama materiales ferromagnéticos duros.
Ferromagnéticos blandos Ferromagnéticos duros
19
U N A MFacultad de Ingeniería
AVM
CICLO DE HISTÉRESIS EN MATERIALES FERROMAGNÉTICOS
Los materiales ferromagnéticos duros se magnetizan al aplicar un campo magnéticogrande y para desmagnetizarlos se requiere de campos magnéticos grandes; por ello,se emplean en la fabricación de dispositivos de almacenamiento de información comolos discos duros de una computadora, cintas magnéticas, las tarjetas de crédito, losboletos del metro, etc.