Ensayo de Magnetismo

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Materiales Magnéticos y Péndulo de Curie

Materia: Procesos y Expresión del Pensamiento

Alumno: Abner Jair Ramírez Romero

Clave ULSA: 181213

Fecha de Entrega: 09 de Octubre de 2018

Maestra: Silvia López

INTRODUCCIÓN

Los materiales magnéticos son extraordinarios materiales para muchos diseños en la Ingeniería Electromecánica. Primeramente abordaremos un concepto claro y preciso sobre el magnetismo y examinaremos los diferentes tipos de materiales magnéticos con sus respectivas características y propiedades. A continuación seleccionaremos un material magnético más aplicado en la industria electromecánica y finalmente describiremos porque el material designado es el mayor utilizado y eficaz.

DESARROLLO

El magnetismo es un fenómeno físico por el que los materiales ejercen fuerzas de atracción o repulsión sobre otros materiales. Un ejemplo típico de un material magnético, que todos conocemos es el de los imanes permanentes. Pero no todos estos materiales se comportan de la misma manera, debido a que sus propiedades magnéticas dependen de diversos factores. Existen diferentes tipos de comportamiento de los materiales magnéticos, siendo los principales el ferromagnetismo, el diamagnetismo y el paramagnetismo. A continuación elaboraremos una tabla con los tipos de materiales magnéticos y sus características.

Paramagnéticos.

Un material es paramagnético solo por encima de su temperatura de Curie. Los materiales paramagnéticos son no magnéticos cuando un campo magnético está ausente y magnético cuando se aplica un campo magnético. Cuando un campo magnético está ausente, el material se ha desordenado los momentos magnéticos; es decir, los átomos son asimétricos y no están alineados. Cuando hay un campo magnético presente, los momentos magnéticos se realinean temporalmente en paralelo al campo aplicado; los átomos son simétricos y están alineados. Los momentos magnéticos que se alinean en la misma dirección son lo que causa un campo magnético inducido.  

Para el paramagnetismo, esta respuesta a un campo magnético aplicado es positiva y se conoce como susceptibilidad magnética. La susceptibilidad magnética solo se aplica por encima de la temperatura de Curie para estados desordenados.  

Las fuentes de paramagnetismo (materiales que tienen temperaturas de Curie) incluyen:  

• Todos los átomos que tienen electrones desapareados; • Átomos que tienen capas internas que están incompletas en electrones; • Radicales libres; • Metales.

Por encima de la temperatura de Curie, los átomos se excitan y las orientaciones de giro se aleatorizan, pero se pueden realinear mediante un campo aplicado, es decir, el material se vuelve paramagnético. Por debajo de la temperatura de Curie, la estructura intrínseca ha sufrido una transición de fase,  los átomos están ordenados y el material es ferromagnético.  Los campos magnéticos inducidos por los materiales paramagnéticos son muy débiles en comparación con los campos magnéticos de los materiales ferromagnéticos. [Fan 1987, pp. 64–65]

Materiales Ferromagnéticos.

Los materiales son solo ferromagnéticos por debajo de sus correspondientes temperaturas Curie. Los materiales ferromagnéticos son magnéticos en ausencia de un campo magnético aplicado.

Cuando falta un campo magnético, el material tiene una magnetización espontánea que es el resultado de los momentos magnéticos ordenados; es decir, para el ferromagnetismo, los átomos son simétricos y alineados en la misma dirección creando un campo magnético permanente.

Las interacciones magnéticas se mantienen unidas por interacciones de intercambio; De lo contrario, el desorden térmico superaría las débiles interacciones de los momentos magnéticos. La interacción de intercambio tiene una probabilidad cero de que los electrones paralelos ocupen el mismo punto en el tiempo, lo que implica una alineación paralela preferida en el material. El factor de Boltzmann contribuye en gran medida ya que prefiere que las partículas que interactúan se alineen en la misma dirección. Esto hace que los ferromagnetos tengan fuertes campos magnéticos y altas temperaturas de Curie de alrededor de 1000 K. [Hall & Hook 1994, p. 220]

Por debajo de la temperatura de Curie, los átomos están alineados y paralelos, causando un magnetismo espontáneo; El material es ferromagnético. Por encima de la temperatura de Curie, el material es paramagnético, ya que los átomos pierden sus momentos magnéticos ordenados cuando el material experimenta una transición de fase.

Materiales Ferrimagneticos.

Los materiales son solo ferrimagnéticos por debajo de su temperatura de Curie correspondiente. Los materiales ferrimagnéticos son magnéticos en ausencia de un campo magnético aplicado y están compuestos por dos iones diferentes.  

Cuando falta un campo magnético, el material tiene un magnetismo espontáneo que es el resultado de momentos magnéticos ordenados; es decir, para el ferrimagnetismo, los momentos magnéticos de un ion se alinean mirando en una dirección con cierta magnitud y los momentos magnéticos del otro ion se alinean mirando hacia la dirección opuesta con una magnitud diferente. Como los momentos magnéticos son de diferentes magnitudes en direcciones opuestas, todavía hay un magnetismo espontáneo y un campo magnético está presente. [Jullien & Guinier 1989, pp. 158–59]

 Al igual que en los materiales ferromagnéticos, las interacciones magnéticas se mantienen unidas por interacciones de intercambio. Sin embargo, las orientaciones de los momentos son anti-paralelas, lo que se traduce en un momento neto al sustraer su momento. [Jullien & Guinier 1989, pp. 158–59]

Por debajo de la temperatura de Curie, los átomos de cada ión se alinean de forma antiparalelo con diferentes momentos que causan un magnetismo espontáneo; El material es Ferrimagnético. Por encima de la temperatura de Curie, el material es paramagnético ya que los átomos pierden sus momentos magnéticos ordenados a medida que el material experimenta una transición de fase.

Materiales antiferrimagneticos.

Los materiales solo son antiferrimagneticos por debajo de su temperatura correspondiente de Néel. Esto es similar a la temperatura de Curie, ya que por encima de la temperatura de Néel, el material experimenta una transición de fase y se vuelve paramagnético.

 El material tiene momentos magnéticos iguales alineados en direcciones opuestas que resultan en un momento magnético cero y un magnetismo neto de cero en todas las temperaturas por debajo de la temperatura de Néel. Los materiales antiferromagnéticos son débilmente magnéticos en ausencia o presencia de un campo magnético aplicado.

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