Ejemplo de Materiales Magnéticos

Los Materiales Magnéticos son aquellos que son capaces de producir un Campo de Fuerzas que atrae a los materiales metálicos, Campo también llamado Campo Magnético.

Magnetismo

El Magnetismo es la capacidad de un material de producir un campo magnético, que se encargará de acarrear los metales que se encuentren próximos a él.

Es posible que las corrientes eléctricas produzcan un campo magnético al pasar por un material, convirtiéndolo en magnético. A este fenómeno se le llama Electromagnetismo. Además de esta opción, hay materiales naturales o creados de forma sintética, que crean un campo magnético.

Los campos creados por los materiales magnéticos provienen de dos fuentes atómicas: los momentos angulares orbitales y de espín de los electrones, que al estar en movimiento continuo en el material, experimentan fuerzas ante un campo magnético que se llegue a aplicar.

Las características magnéticas de un material pueden cambiar por mezcla o aleación con otros elementos, donde son alteradas por las interacciones entre los átomos.

Por ejemplo, un material no magnético como el aluminio puede comportarse como un material magnético en materiales como la mezcla Alnico (Aluminio-Níquel-Cobalto) o Manganeso-Aluminio-Carbono.

También, el material no magnético puede tomar esta característica mediante trabajo mecánico u otra fuente de tensiones que cambie la geometría de la red cristalina que lo conforma originalmente.

Los Momentos Magnéticos

Todo material está compuesto por átomos que contienen electrones móviles. Un campo magnético aplicado sobre él actúa siempre sobre los electrones considerados individualmente. Esto da origen al efecto llamado Diamagnetismo. Este es un fenómeno muy conocido, y depende únicamente del movimiento de los electrones.

Los electrones van a tener un Momento Magnético, que es un trabajo hecho por ellos para crear un Campo Magnético. El Momento Magnético puede ser Orbital, debido al movimiento de los electrones alrededor del núcleo, o Intrínseco o de spín, que es debido al giro del electrón en sí mismo.

A nivel del átomo, el empalme de los Momentos Magnéticos, aportados por los electrones al átomo o molécula del cual forman parte, da un momento magnético resultante al átomo o molécula.

Cuando hay un momento neto atómico o molecular, los momentos magnéticos tienden a alinearse con el campo aplicado (o con los campos creados por momentos magnéticos vecinos), dado lugar al efecto del Paramagnetismo.

Al mismo tiempo, la energía térmica presente en todos lados tiende a orientar al azar a los momentos magnéticos, de manera que la intensidad relativa de todos estos efectos va a determinar el comportamiento del material. En un material No Magnetizado los Momentos Magnéticos están orientados al azar.

Permeabilidad Magnética

Los materiales magnéticos se caracterizan por su Permeabilidad µ, que es la relación entre el campo de inducción magnética (el que se le aporta) y el campo magnético dentro del material:

Comportamientos Magnéticos

Los materiales susceptibles de ser modificados con un campo magnético pueden comportarse de diversas formas, entre ellas las principales son el Diamagnetismo, el Paramagnetismo, el Ferromagnetismo, el Antiferromagnetismo, y el Ferrimagnetismo.

Diamagnetismo

El Diamagnetismo es un efecto que se basa en la interacción entre el campo aplicado y los electrones móviles del material.

Los materiales diamagnéticos se magnetizan débilmente en el sentido opuesto al del campo magnético aplicado. Resulta así que aparece una fuerza de repulsión sobre el cuerpo respecto del campo aplicado.

Ejemplos de materiales diamagnéticos son el cobre y el helio.

Paramagnetismo

Los materiales Paramagnéticos se caracterizan por átomos con un momento magnético neto, que suelen alinearse paralelos a un campo aplicado. Las propiedades del paramagnetismo son los siguientes.

Los materiales paramagnéticos se magnetizan débilmente en el mismo sentido que el campo magnético aplicado. Resulta así que aparece una fuerza de atracción sobre el cuerpo respecto del campo aplicado.

La intensidad de la respuesta es muy pequeña, y los efectos son prácticamente imposibles de detectar excepto a temperaturas extremadamente bajas o campos aplicados muy intensos.

Ejemplos de materiales paramagnéticos son el aluminio y el sodio. Distintas variantes del paramagnetismo se dan en función de la estructura cristalina del material, que induce interacciones magnéticas entre átomos vecinos.

Ferromagnetismo

En los materiales Ferromagnéticos los momentos magnéticos individuales de grandes grupos de átomos o moléculas se mantienen alineados entre sí debido a un fuerte acoplamiento, aún en ausencia de campo exterior.

Estos grupos se denominan Dominios, y actúan como un pequeño imán permanente. Los dominios se forman para minimizar la energía magnética entre ellos.

En ausencia de campo aplicado, los dominios tienen sus momentos magnéticos netos distribuidos al azar. Cuando se aplica un campo exterior, los dominios tienden a alinearse con el campo. Este alineamiento puede permanecer en algunos casos de muy fuerte acoplamiento cuando se retira el campo, creando un imán permanente. La agitación térmica tiende a desalinear los dominios.

Los materiales ferromagnéticos se magnetizan fuertemente en el mismo sentido que el campo magnético aplicado. Así aparece una fuerza de atracción sobre el cuerpo respecto del campo aplicado.

A temperatura normal, la energía térmica no es en general suficiente para desmagnetizar un material magnetizado. Sin embargo, por encima de una cierta temperatura, llamada Temperatura de Curie, el material se vuelve paramagnético.

Una forma de desmagnetizar un material ferromagnético es entonces calentarlo por encima de esta temperatura.

Ejemplos de materiales ferromagnéticos son el hierro, el cobalto, el níquel y los aceros.

Antiferromagnetismo

Los materiales Antiferromagnéticos tienen un estado natural en el cual los espines atómicos de átomos adyacentes son opuestos, de manera que el momento magnético neto es nulo. Este estado natural hace difícil que el material se magnetice.

El fluoruro de manganeso (MnF) es un ejemplo simple. Por encima de una temperatura crítica, llamada temperatura de Neel, un material antiferromagnético se vuelve paramagnético.

Otro ejemplo de material antiferromagnético es el cromio.

Ferrimagnetismo

Los materiales Ferrimagnéticos son similares a los antiferromagnéticos, salvo que las especies de átomos alternados son diferentes, como por ejemplo, por la existencia de dos subredes cristalinas entrelazadas y tienen momentos magnéticos diferentes.

Existe entonces una magnetización neta, que puede ser en casos muy intensa. La Magnetita se conoce como material magnético desde la antigüedad. Es uno de los óxidos del hierro (Fe₃O₄) y es de estructura con arreglo cúbico. Otros ejemplos de materiales ferrimagnéticos son las ferritas.

Los Imanes

Suele llamarse Imán a cualquier objeto que produce un campo magnético externo. Un imán permanente es un material que, cuando se lo coloca en un campo magnético suficientemente intenso, no sólo produce un campo magnético propio o inducido, sino que continúa produciendo campo inducido aún después de ser retirado del campo aplicado.

Esta propiedad no se altera ni se debilita con el tiempo salvo cuando el imán se somete a cambios de temperatura, campos desmagnetizantes, tensiones mecánicas, etc. La habilidad del material para soportar sin cambios en sus propiedades magnéticos diversos tipos de ambientes y condiciones de trabajo define los tipos de aplicaciones en que se lo puede usar.

Se llama Material Magnético Blando a aquel que pierde su magnetización cuando el campo exterior que la produjo es retirado. Es útil para transportar, concentrar o conformar campos magnéticos.

Los Materiales Magnéticos Duros son aquellos que sostienen la magnetización aún quitando el campo aplicado. Se utilizan para la fabricación de imanes permanentes.

Ejemplos de Materiales Magnéticos

1. Mezcla Alnico (Aluminio-Níquel-Cobalto)
2. Mezcla Manganeso-Aluminio-Carbono
3. Cobre (Diamagnético)
4. Helio (Diamagnético)
5. Aluminio (Paramagnético)
6. Sodio (Paramagnético)
7. Hierro (Ferromagnético)
8. Cobalto (Ferromagnético)
9. Níquel (Ferromagnético)
10. Aceros (Ferromagnético)
11. Fluoruro de Magnesio MnF (Antiferromagnético)
12. Cromio (Antiferromagnético)
13. Magnetita Fe₃O₄ (Ferrimagnético)
14. Ferritas (Ferrimagnético)