CAMPO MAGNÉTICO

Campo magnético generado por un imán

Movimiento, leyes de Newton

Materiales magnéticos

El ferromagnetismo es el ordenamiento magnético de todos los momentos magnéticos de una muestra, en la misma dirección y sentido. Un material ferromagnético es aquel que puede presentar ferromagnetismo. La interacción ferromagnética es la interacción magnética que hace que los momentos magnéticos tiendan a disponerse en la misma dirección y sentido. Ha de extenderse por todo un sólido para alcanzar el ferromagnetismo.Generalmente, los ferromagnetos están divididos en dominios magnéticos. En cada uno de estos dominios, todos los momentos magnéticos están alineados. En las fronteras entre dominios hay cierta energía potencial, pero la formación de dominios está compensada por la ganancia en entropía.Al someter un material ferromagnético a un campo magnético intenso, los dominios se alinean con éste, dando lugar a un monodominio. Al eliminar el campo, el dominio permanece durante cierto tiempo.

Hay muchos materiales cristalinos que presentan ferromagnetismo. Recogemos aquí una selección representativa de ellos junto con sus temperaturas de Curie, la temperatura por encima de la cual dejan de

ser ferromagnéticos. Material

Temp. Curie(K)

Fe 1043

Co 1388

Ni 627

Gd 292

Dy 88

MnAs 318

MnBi 630

MnSb 587

CrO2 386

MnOFe2O3 573

FeOFe2O3 858

NiOFe23 858

CuOFe2O3 728

MgOFe23 713

EuO 69

Y3Fe5O12 560

Materiales magnéticos• El paramagnetismo es la tendencia de los momentos magnéticos libres (

espín u orbitales) a alinearse paralelamente a un campo magnético. Si estos momentos magnéticos están fuertemente acoplados entre sí, el fenómeno será ferromagnetismo o ferrimagnetismo.

• 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 pequeña).

• En el paramagnetismo puro, el campo actúa de forma independiente sobre cada momento magnético, y no hay interacción entre ellos. En los materiales ferromagnéticos, este comportamiento también puede observarse, pero sólo por encima de su temperatura de Curie.

• 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.

Materiales magnéticos• El diamagnetismo es una propiedad de los materiales que consiste en repeler los campos magnéticos tanto el

polo norte como el sur. El fenómeno del diamagnetismo fue descubierto y nominado por primera vez en Septiembre de 1845 por Michael Faraday.

• Generalmente, el diamagnetismo se justifica por la circulación de los electrones en los orbitales doblemente ocupados. Como en un cable de un material conductor, la circulación de los electrones se produce en el sentido en el que el campo magnético que generan se opone al campo aplicado, generando una repulsión (efecto Hall). Por este mismo mecanismo, los superconductores presentan un diamagnetismo extraordinariamente alto.

• Experimentalmente, se verifica que los materiales diamagnéticos tienen una permeabilidad magnética inferior a la unidad, y una susceptibilidad magnética negativa, prácticamente independiente de la temperatura, y generalmente del orden (en unidades cegesimales) de e.m.u./mol, donde M es la masa molecular. En muchos compuestos de coordinación se obtiene una estimación más exacta utilizando las tablas de Pascal.

• Materiales diamagnéticos son por ejemplo: bismuto, grafito, plata, agua. El diamagnetismo es una propiedad de los materiales que consiste en repeler los campos magnéticos tanto el polo norte como el sur. El fenómeno del diamagnetismo fue descubierto y nominado por primera vez en Septiembre de 1845 por Michael Faraday.

• Generalmente, el diamagnetismo se justifica por la circulación de los electrones en los orbitales doblemente ocupados. Como en un cable de un material conductor, la circulación de los electrones se produce en el sentido en el que el campo magnético que generan se opone al campo aplicado, generando una repulsión (efecto Hall). Por este mismo mecanismo, los superconductores presentan un diamagnetismo extraordinariamente alto.

• Experimentalmente, se verifica que los materiales diamagnéticos tienen una permeabilidad magnética inferior a la unidad, y una susceptibilidad magnética negativa, prácticamente independiente de la temperatura, y generalmente del orden (en unidades cegesimales) de e.m.u./mol, donde M es la masa molecular. En muchos compuestos de coordinación se obtiene una estimación más exacta utilizando las tablas de Pascal.

• Materiales diamagnéticos son por ejemplo: bismuto, grafito, plata, agua.

Hans Christian ØRSTED (1777 - 1851) • Físico y químico danés. 

  Entre los grandes logros alcanzados por este filósofo de la naturaleza, catedrático de física y director de la escuela superior de Copenhague se cuenta el descubrimiento de la existencia de una estrecha relación entre la electricidad y el magnetismo. Este descubrimiento lo realizó en colaboración con el físico alemán Johann Wilhelm Ritter, con el que intercambiaba información científica con periodicidad.    Ørsted logró demostrar este hecho en el año 1819, cuando descubrió que una aguja magnética se desvía al paso de la corriente por un conductor situado en sus proximidades. Este descubrimiento constituye en realidad la base fundamental del electromagnetismo y, por lo tanto, el fundamento de toda la electrotecnia moderna.

•     Ørsted inventó además un aparato que permite determinar la compresibilidad que presentan los líquidos.

•     Fue también autor de numerosos escritos tanto científicos como filosóficos.       Fallece en Copenhague, a la edad de 74 años.

Experiencia de Oersted

Si una corriente eléctrica genera un campo magnético:

• 1ª- ¿Cuánto vale el campo magnético creado por las corrientes eléctricas?

• 2ª- ¿Qué fuerzas ejercen los campos magnéticos sobre cargas en movimiento y, en particular, en corrientes eléctricas?

• 3ª- ¿A qué se debe el magnetismo natural?• 4ª- Si una corriente eléctrica crea un campo

magnético, ¿podrán los campos magnéticos crear corrientes eléctricas?

1ª- ¿Cuánto vale el campo magnético creado por las

corrientes eléctricas?

Campo magnético generado por una corriente indefinida

• campo de una corriente rectilinea.bmp

Campo magnético en una corriente rectilínea indefinida

Campo magnético en el centro de una espira

Campo magnético de un solenoide

• .

2ª- ¿Qué fuerzas ejercen los campos magnéticos sobre cargas en movimiento y, en particular, sobre corrientes

eléctricas?

Fuerza de Lorentz

• Fuerza de Lorentz.bmp

Fuerza de Lorentz sobre una carga puntual

Calcula la trayectoria

• trayectorias partículas.bmp

Espectrómetro de masas

• espectrometro de masas

Acleradores de partículas. Ciclotrón

• La máquina, que se conoce con el nombre de ciclotrón, consiste en dos electrodos semicirculares en forma de D  (llamados "des") separados por un cierto espacio. Entre ambos electrodos se aplica una diferencia de potencial oscilante (en el dibujo está indicado por la diferencia de carga "+" y "–") que cambia periódicamente. Todo el dispositivo está sometido a un campo magnético constante que garantiza las trayectorias circulares de las partículas. Un protón es atraído por la cara opuesta de la separación, que se encuentra carga eléctrica negativa. Atravesando la separación, la partícula adquiere energía en el proceso. Mientras el protón se mueve a través del campo de la "de" el potencial de la separación vuelve a cambiar, de manera que cuando el protón llegue nuevamente al borde (del costado opuesto donde entró) cambie nuevamente acelerando a la partícula positiva y se repetirá todo el proceso. A medida que la partícula adquiere mayor velocidad se acerca más a la pared del anillo.  El resultado final de este proceso es un haz de partículas energéticas que se pueden usar en los experimentos en sustitución de los rayos cósmicos.

ciclotron.swf

Aceleradores de partículas. Sincrotrón• ¿Cómo hacer que las partículas se muevan más rápido? Sencillamente se

incrementa el campo magnético a medida que la partícula adquiere más energía. Un sincrotón común consta de una serie de electroimanes en forma de anillo toroidal hueco y de una, o más, cavidades aceleradoras, donde se pueden aplicar fuerzas para acelerar las partículas. El campo magnético se ajusta de manera que una partícula dada se mueve en una circunferencia cuyo radio coincide con el anillo. Si esta partícula se acelera, la misma ley que aplicamos en la discusión del ciclotrón nos indica que la partícula ascenderá a una órbita de mayor radio. Si no se hace nada para contrarrestar esta tendencia la partícula chocará contra la pared de la máquina y se perderá. Si conseguimos aumentar el campo magnético cada vez que la partícula se mueva hacia afuera (mientras gira), la partícula tenderá  a trasladarse a una órbita menor (por el incremento en el campo magnético). De manera que si ajustamos la aceleración y los imanes correctamente, podemos hacer que estos dos efectos se compensen y que la partícula continúe moviéndose dentro del anillo, a pesar que posea mayor energía. 

Sincrotron

El doble anillo del CERN en Ginebra (Suiza). El anillo exterior

tiene un diámetro de 6 km

Acelerador de partículas del CERN es el Large Electron-Positron Collider (LEP), instalado en

circunferencia en un túnel subterráneo de 27 km.

Aceleradores de partículas

• El Sincrotón es una máquina ideal para suministrar protones de alta energía. Para los electrones, sin embargo, presenta una limitación fundamental, cualquier carga eléctrica acelerada emite fotones. Los electrones que giran en un  anillo están siendo acelerados y por tanto emiten radiación. Al ser bastante ligeros, los electrones irradian mucho más que las partículas pesadas, como los protones. El resplandor azulado que puede verse en los aceleradores de electrones es el resultado de esta radiación llamada radiación de sincrotón. Así, para los electrones, el límite en que se pierde toda energía ganada es a los 7 o 10 GeV.

Aceleradores lineales• Para sobrepasar este límite se utilizan

dispositivos en los que los electrones se aceleran en línea recta. Son los aceleradores lineales o linacs. La sección transversal  de un acelerador lineal se trata de un tubo hueco de gran longitud, dividiendo a intervalos por anillos  que forman  compartimentos separados. Tanto el tubo como los anillos están hechos de un material conductor, como el cobre. Cada compartimiento tiene su fuente de energía independiente que crea un campo eléctrico.  Los  electrones "montan" en una especie de onda de la manera que una persona que practica surfing monta una ola marina. Al aumentar la velocidad de los electrones, aumenta también la de la onda donde adquieren la máxima aceleración.

Fuerza de Lorentz sobre una corriente rectilínea

• Fuerza de Lorentz

Definición de Amperio

• definición de amperio.bmp