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