Materiales Magneticos

GRUPO No 4

NOMBRES:

JUAN CARLOS CABRERA

LIZETH BENAVIDES

WILMER GOMEZ

LUIS DAVID GUERRA

ESTEBAN PANTOJA

DIEGO ARMANDO RUALES

DIAMAGNETISMO

En 1847, Michael Faraday descubrió que una muestra de bismuto era repelida por un imán potente. A tales sustancias las llamó diamagnéticas. El diamagnetismo es una forma muy débil de campo magnético que no es permanente y persiste sólo mientras un campo externo está presente, se presenta en algunas sustancias comunes como, por ejemplo, el agua (líquido), o diclorobenceno y naftalina (sólido).

El diamagnetismo es un efecto universal porque se basa en la interacción entre el campo aplicado y los electrones móviles del material. El diamagnetismo queda habitualmente enmascarado por el paramagnetismo, salvo en elementos formados por átomos o iones que se disponen en “capas” electrónicas cerradas, ya que en estos casos la contribución paramagnética se anula.

En ausencia del campo, los momentos dipolares de espín se orientan al azar y se cancelan casi totalmente, y el átomo (o molécula) tiene un momento dipolar neto igual a cero. A nivel macroscópico, las fluctaciones de los dipolos individuales por efectos de temperatura se promedia estadísticamente para dar un momento dipolar neto nulo.

Otra forma de explicar el diamagnetismo es a partir de la configuración

electrónica de los átomos o de los sistemas moleculares. De esta forma, el

comportamiento diamagnético lo presentan sistemas moleculares que

contengan todos sus electrones apareados y los sistemas atómicos o iónicos

que contengan orbitales completamente llenos. Es decir los espines de los

electrones del último nivel se encontrarán apareados. El diamagnetismo se

presenta en todos los sistemas aromáticos (por ejemplo, el benceno y sus

derivados). Las sustancias, en su gran mayoría, son diamagnéticas, puesto que todos los pares de electrones con espín opuesto contribuyen débilmente al diamagnetismo, y sólo en los casos en los que hay electrones desparejados existe una contribución paramagnética en sentido contrario.

Algunos ejemplos de materiales diamagnéticos son: el bismuto metálico, el hidrógeno, el helio y los demás gases nobles, el cloruro de sodio, el cobre, el oro, el silicio, el germanio, el grafito, el bronce y el azufre. Nótese que no todos los citados tienen número par de electrones.

El grafito pirolítico, que tiene un diamagnetismo especialmente alto, se ha usado como demostración visual, ya que una capa fina de este material levita (por repulsión) sobre un campo magnético lo suficientemente intenso (a temperatura ambiente).

Susceptibilidades magnéticas de algunas elementos diamagnéticos

Elementos diamagnetismo Susceptibilidad magnética

Cadmio

Cobre

Plata

Estaño

Cinc

Bismuto

Diamante

Oro

Plomo

Mercurio

Nitrogeno

Silicio -0,18 1*10-6

-0,086 1*10-6

-0,20 1*10-6

-0,25 1*10-6

-0,157 1*10-6

-1,66 1*10-5

-2,2 1*10-5

-3,6 1*10-5

-1,7 1*10-5

-2,9 1*10-5

-5 1*10-9

-4,2 1*10-6

Tabla No.1

PARAMAGNETISMO

Cuando los materiales tienen electrones no pareados, se les asocia un momento magnético neto debido al espín o giro electrónico. Cuando se aplica un campo magnético los dipolos se alinean con el mismo, lo aumentan, y dan origen a una permeabilidad relativa mayor que la unidad (1,01) y a una pequeña pero positiva susceptibilidad magnética. Las susceptibilidades para los materiales paramagnéticos van desde 10-5 a 10-2. Sin embargo, debido a que los dipolos no interactúan, se requieren campos magnéticos extremadamente grandes para alinear a todos los dipolos. Este efecto es importante solamente a temperaturas elevadas. Estos materiales son considerados no magnéticos debido a que solo presentan magnetización en presencia de un campo externo, además la densidad de flujo en estos materiales es prácticamente la misma que en el vacío.

Las sustancias paramagnéticas tienden a alinear los momentos magnéticos libres paralelamente a un campo magnético externo, sin embargo esta alineación suele ser contrarrestada por efecto del desorden térmico. Esto significa que el campo magnético externo que atraviesa una sustancia paramagnética se ve solo ligeramente reforzado.

Este alineamiento de los dipolos magnéticos atómicos con un campo externo tiende a fortalecerlo. Esto se describe por una permeabilidad magnética superior a la unidad, o lo que es lo mismo, una susceptibilidad magnética positiva y muy pequeña.

Si se aplica un campo externo, entonces los espines se orientan ligeramente, dando como resultado una imantación en la dirección del campo aplicado. Todos los materiales magnéticos se comportan como paramagnetos cuando se encuentran a una temperatura alta; se dice entonces que se encuentran en su fase paramagnética. Este comportamiento se debe a que a temperaturas altas los factores externos dominan sobre los internos, por lo cual el tipo de interacciones entre los espines pierde importancia.

Los materiales paramagnéticos sufren el mismo tipo de atracción y repulsión que los imanes normales, cuando están sujetos a un campo magnético. Sin embargo, al retirar el campo magnético, la entropía destruye el alineamiento magnético, que ya no está favorecido energéticamente. Algunos materiales paramagnéticos son: aire, aluminio, magnesio, titanio y wolframio.

Susceptibilidades magnéticas de algunas elementos diamagnéticos

Elementos paramagnetismo Susceptibilidad magnética

Aluminio

Calcio

Oxigeno

Platino

Titanio

Aluminio

Calcio

Cromo

Litio

Magnesio

Niobio

Oxigeno

Platino

Tungsteno 0,65 1*106

1,10 1*106

106,2 1*106

1,10 1*106

1,25 1*106

2,3 *10-15

1,9 *10-5

2,7 *10-4

2,1 *10-5

1,2 *10-5

2,6 *10-4

2,1 *10-6

2,9 *10-4

6,8 *10-5

Tabla No.2

FERROMAGNETISMO

Es la propiedad de algunos materiales que hace que resulten intensamente imantados cuando se sitúan en un campo magnético, y conserven parte

...