Trabajo II-propiedades Magneticas
Trabajo II-propiedades Magneticas
Trabajo II-propiedades Magneticas
Presentado por:
Entregado a:
Física electromagnética
Espinal-Tolima
2023
Introducción
Objetivo especifico
- Explicar el magnetismo
- Ley de Ampere en los materiales magnéticos
- Explicar las características de los materiales paramagnéticos, diamagnéticos y
ferromagnéticos.
- Describir el fenómeno de histéresis
Propiedades magnéticas de la materia
Las Propiedades magnéticas de los materiales son las que ponen de manifiesto su
comportamiento frente a determinados materiales, particularmente metales. Se define
como magnetismo el fenómeno físico por el que los materiales tienen la capacidad de atraer
o repeler a otros materiales, o de ejercer fuerzas de atracción o repulsión sobre ellos.
El comportamiento magnético de un material depende de su estructura interna y, en
particular, de su configuración electrónica.
Existen dos campos magnéticos diferenciables:
• Por una parte, está el campo magnético intrínseco del electrón, cada electrón
es como un pequeño imán. Cada material posee innumerables electrones que
están orientados aleatoriamente, en diversas direcciones. Y lo que ocurre en
los imanes es que todos los electrones tienden a orientarse en la misma
dirección, creando una fuerza magnética.
• Por otra parte, está el campo magnético provocado por el movimiento orbital
de cada electrón alrededor de su propio núcleo. Este efecto es comparable al
campo que genera una corriente eléctrica al circular por una bobina.
Todos los materiales se ven influidos por la presencia de un campo magnético en mayor o
menor medida, pero sólo algunos tienen mucho más magnetismo que los demás, estos son
los materiales que denominamos materiales magnéticos o imanes. Algunos materiales
conocidos que presentan propiedades magnéticas fácilmente detectables son el hierro,
el níquel, el cobalto, y sus aleaciones.
Historia de las propiedades de la materia
El ser humano conoce el magnetismo desde épocas tempranas. Sus efectos fueron descritos
en la antigüedad griega por Tales de Mileto (625-545 a.C.) y otros filósofos parecidos,
quienes notaron que ciertas piedras provenientes de la ciudad de Magnesia del Meandro
(Asia menor) atraían el hierro. De allí proviene el nombre magnetismo.
El primer tratado propiamente formal del magnetismo fue escrito en el siglo XIII por el
francés Peter Peregrinus de Maricourt, preludio a los de futuros estudios científicos de
William Gilbert (1600) y sobre todo Hans Christian Orsted (1820), quien descubrió que el
magnetismo no se limitaba únicamente a los imanes, sino que tenía un vínculo estrecho con
la corriente eléctrica.
Esto abrió la puerta para que André-Marie Ampere, Carl Friedrich Gauss,
Michael Faraday y otros inauguraran el campo del electromagnetismo, y luego James Clerk
Maxwell lo determinara a través de su célebre conjunto de ecuaciones.
Cuando una fuente de potencia de caer se conecta a un transformador fluye una corriente en
su circuito primario, aun cuando su circuito secundario este en circuito abierto. Esta
corriente es la necesaria para producir un flujo en el núcleo ferromagnético real y consta de
dos componentes.
Una vez que la intensidad máxima de flujo alcanza el punto de saturación en el núcleo, un
pequeño aumento en la intensidad pico de flujo requiere un aumento muy grande en la
corriente de magnetización máxima.
La componente de más alta frecuencia en la corriente de magnetización puede ser más bien
grandes, comparados con la componente fundamental. En general, cuanto más se impulse
un núcleo de transformador hacia la saturación, tanto más grande se volverán los
componentes armónicos.
⃗M
⃗⃗ = n ∗ μ
La ley de Ampere describe la relación entre el flujo de corriente que pasa a través de una
curva cerrada y el campo magnético que se crea alrededor de esta curva.
La integral de línea del campo magnético alrededor de una curva cerrada y orientada, C, es
igual a la permeabilidad del vacío por la corriente neta Ci que pasa a través del área
encerrada por C.
La ley de Ampare también nos ayuda a entender la fuerza de atracción o repulsión entre dos
cables conductores de corriente.
Si la dirección del flujo de la corriente es la misma en ambos cables, la fuerza es atractiva.
Si la corriente fluye en direcciones opuestas, la fuerza es repulsiva. La dirección del campo
magnético producido por la corriente en cada cable se puede visualizar usando diferentes
métodos conocidos como reglas nemotécnicas. ¡Veamos algunas de ellas!
La relación entre el flujo de corriente que pasa a través de una curva cerrada y el campo
eléctrico que se crea alrededor de esta curva.
Todos los componentes que funcionan con electricidad se basan en principios relacionados
con la corriente y los campos magnéticos que se producen. Por eso, la ley de Ampere se
aplica en muchas áreas de nuestra vida diaria y de campos científicos:
⃗ max = Xm ∗ B
B ⃗ ext
Entonces el campo total en el material es la suma del campo generado por el material y el
campo externo.
Xm Xm
⃗M
⃗⃗ = ⃗Bext = ⃗B
μ0 μ0(1 + Xm)
El vector ⃗M
⃗⃗ una densidad volumétrica de momento magnético. Es el producto del número
de dipolos orientados por unidad de volumen por el momento magnético μ
⃗ de cada átomo o
molécula (debidos a movimiento orbital y spin).
⃗ ∗M
∇ ⃗⃗⃗ = Jligada
Usando la definición de ⃗M
⃗⃗ tenemos:
⃗B = ⃗Bext + Xm ∗ ⃗Bext = ⃗Bext + μ
⃗ ∗ ⃗M
⃗⃗
Es decir, el campo total en el material es la suma del campo externo más una contribución
de los dipolos magnéticos inducidos por el mismo campo externo.
⃗B ⃗B XmB⃗ XmB⃗ ⃗B
⃗⃗ =
H ⃗⃗⃗ =
−M − = =
μ0 μ0 μ0(1 + Xm) μ0(1 + Xm)μ0 μm
⃗ ∗B
Entonces ∇ ⃗ =∇
⃗ ∗ (B
⃗ ext + μ ⃗⃗⃗ ) = ∇
⃗ ∗M ⃗ ∗B
⃗ ext + μ0 ∗ ∇
⃗ ∗M
⃗⃗⃗
⃗ ∗B
Como, ∇ ⃗ ext = μ0 Jlibre, entonces:
⃗ ∗B
∇ ⃗ = μ0(Jlibre + Jlijada)
⃗ ∗B
∇ ⃗ − Jlijada = μ0 ∗ Jlibre
1
⃗ ∗B
∇ ⃗ − Jlijada = Jlibre
μ0
Entonces:
1 ⃗
B
⃗∇ ∗ ⃗B − ⃗∇ ∗ ⃗M
⃗⃗ = ⃗∇X [ − ⃗M
⃗⃗ ] = Jlibre
μ0 μ0
Y recordando la definición de ⃗H
⃗:
⃗∇ ∗ ⃗H
⃗ = Jlibre
LEY DE
⃗⃗⃗ = ∬ J libre ∗ da
⃗⃗ ∗ dl
∮H ⃗⃗⃗⃗ AMPER PARA MEDIO
C S
MAGNETICOS
En toda exploración geológica es sumamente importante tener en cuenta tanto los aspectos
químicos como físicos de la zona y mucho se habla de la composición elemental del terreno
donde se utilizan técnicas como absorción atómica, fluorescencia de rayos X, infrarrojos,
entre otros, sin embargo, a la hora de realizar un estudio físico las opciones son un poco
complicadas de trabajar ya que no todos los materiales pueden requieren pruebas de
impacto, estiramiento, quiebre, resistencia al fuego entre otras.
Existen pruebas modernas y muy útiles para el trabajo de exploración como son las fuerzas
magnéticas, entre ellas se encuentra una en particular como es la susceptibilidad magnética,
es bien conocido que toda sustancia, al ser colocada en un campo magnético
externo, experimenta una magnetización. La susceptibilidad magnética es una de las
propiedades inherentes de la materia y nos permite describir la forma y grado de
magnetización de cualquier sustancia que al ser colocada en un campo magnético este
adquiere una magnetización en el mismo sentido, o en sentido contrario al campo externo y
con esta información podemos saber si la sustancia es ferromagnética, paramagnética o
diamagnética, respectivamente.
Gracias a lo moderno de los equipos de análisis como los son el KT-10 y KT-20 de la
marca Terraplus y el desarrollo de sus diferentes sensores estos pueden ser utilizado para
paredes de rocas o de material arenoso, núcleos de perforación o material suelto que facilita
significativamente el trabajo de exploración pudiendo realizar inspecciones como los
siguientes:
Con toda la información que podemos recibir con la técnica de susceptibilidad magnética
es sumamente importante poder contar con un equipo que trabaje bajo este principio, es por
esto que los equipo Terraplus pueden identificar los tipos de materiales susceptibles al
magnetismo de manera rápida y confiable lo que disminuye considerablemente los tiempos
de exploración con resultados precisos y a su vez disminuye los costos asociados siendo un
instrumento muy rentable para cualquier empresa que realice estudios de minerales para ser
explotados posteriormente.
Materiales ferro-magnéticos
Ambos términos se suelen utilizar como sinónimos, pero este uso es incorrecto. Un objeto
se considera ferromagnético si un imán se queda adherido a él. Por ejemplo, si un imán se
adhiere a una estantería de acero, se dice que esa estantería es ferromagnética. En este caso,
coloquialmente se suele hablar de forma errónea de una superficie magnética.
Solo es correcto decir que un objeto es magnético si este se comporta como un imán.
Los imanes solo atraen objetos de determinados materiales. Los tres materiales
ferromagnéticos más conocidos son:
• el hierro (Fe),
• el cobalto (Co),
• y el níquel (Ni).
Algunos metales de tierras raras también son ferromagnéticos, pero solo a temperaturas
mucho más bajas; a temperatura ambiente solo son paramagnéticos. Esto significa que los
imanes los atraen ligeramente. Se trata de los siguientes metales:
• el disprosio (Dy),
• el erbio (Er),
• el gadolinio (Gd),
• el holmio (Ho),
• el terbio (Tb).
Materiales diamagnéticos y paramagnéticos
No, el oro y la plata no son ferromagnéticos, es decir, los imanes no atraen ninguno de estos
dos metales. El oro y la plata forman parte del grupo de materiales diamagnéticos, lo que
quiere decir que los imanes los repelen ligeramente. Por esto motivo, es imposible que los
imanes se adhieran al oro o a la plata. Sin embargo, si un imán se queda adherido a un
lingote de oro, puede estar seguro de que ese lingote está contaminado con metales
ferromagnéticos. Por este motivo, los imanes son muy prácticos a la hora de comprobar la
autenticidad del oro y de la plata.
El aluminio es uno de los metales paramagnéticos, lo que significa que los imanes solo lo
atraen débilmente. Tan débilmente que se podría pensar que estos no ejercen influencia
alguna sobre el aluminio. No obstante, en el vídeo que le presentamos aquí se demuestra
que los imanes sí tienen efecto sobre el aluminio.
Entre los proyectos de nuestros clientes encontrará tres experimentos interesantes con
aluminio e imanes:
• Caída contenida
• Papel de aluminio como paracaídas invisible
• Apuesta de la esfera rodante
¿el cobre es ferromagnético?
No. Los imanes no se adhieren al cobre. Al igual que el oro y la plata, el cobre también
pertenece al grupo de los metales diamagnéticos. Por ello, los imanes lo repelen
ligeramente.
Entre los proyectos de nuestros clientes encontrará algunos experimentos interesantes con
cobre e imanes:
Esta pregunta no se puede responder de forma general, ya que se debe tener en cuenta la
composición del acero inoxidable. El acero inoxidable puede ser ferromagnético, en cuyo
caso se trata de un acero ferrítico. En cambio, el llamado acero austenítico es
predominantemente no ferromagnético. Sin embargo, como no somos expertos en acero
inoxidable, no podemos darle más información al respecto.
Puede afirmarse que el paramagnetismo refleja la tendencia que tienen los momentos
magnéticos libres a disponerse de modo paralelo a un campo magnético. Cuando los
momentos magnéticos establecen un enlace fuerte entre sí, se trata de ferromagnetismo.
El aluminio, el magnesio, el litio, el titanio y el platino son algunos de los materiales con
propiedades de paramagnetismo. Esta cualidad puede aprovecharse de distintas maneras a
nivel industrial.
En este marco debemos hablar de la ley de Curie, cuyo nombre hace referencia a su
creador, el científico francés Pierre Curie, uno de los pioneros en el campo de la
radiactividad. En su definición se expone que cuando los campos magnéticos son bajos,
podemos apreciar una magnetización en los materiales paramagnéticos que se encuentra en
la reacción del campo externo y su magnitud se describe haciendo uso de la
siguiente ecuación: M = χH = C/T H.
Un material diamagnético es repelido por un imán. Es importante mencionar que todos los
materiales cuentan con un cierto nivel de diamagnetismo, aunque se califica como
diamagnético solamente a aquél cuya capacidad diamagnética no es disimulada o tapada
por otra clase de magnetismo.
Las tres propiedades principales de los materiales diamagnéticos son las siguientes:
Histéresis Magnética
El Ciclo de Histéresis
Se puede concluir que el magnetismo es una acción de repulsión y atracción que se presenta
mas en algunos materiales que en otros, como se observó en el trabajo, este magnetismo se
presenta mas en hierro, cobalto y níquel, este fenómeno de magnetismo se presenta hoy en
día en muchos aparatos eléctricos.
Referencias
Orozco, S. (08 de febrero de 2019). Linkedin. Obtenido de
https://www.linkedin.com/pulse/corriente-de-magnetizaci%C3%B3n-en-
transformadores-saul-orozco/?originalSubdomain=es