MATERIAL
DIAMAGNÉTICO
Los materiales llamados diamagnéticos, son aquellos que al
entrar en contacto con un campo magnético no responden a una atracción, sino
que se repelen; son lo contrario a los materiales ferromagnéticos.
El fenómeno del diamagnetismo fue estudiado por primera vez
por el físico Michael Faraday, en septiembre de 1845, esto ocurrió cuando
observo que una barra de bismuto se repele ante la presencia de un imán sin
importar el polo al que fuese expuesto, de este modo se observó que a nivel
molecular el campo magnético externo inducia en el bismuto un dipolo magnético
de sentido contrario.
El diamagnetismo se puede explicar, si consideramos que
este efecto se genera gracias a la Ley de Lenz a nivel molecular. Según la
teoría electromagnética, siempre que varía el flujo magnético se genera una
corriente inducida y, según esta Ley, "el sentido de las corrientes
inducidas es tal que con sus acciones electromagnéticas tienden a oponerse a la
causa que las produce".
De otra forma el diamagnetismo se define a partir de la
configuración electrónica de los átomos o sistemas moleculares, esto debido al
comportamiento diamagnético que presentan los sistemas moleculares que tienen
todos sus electrones apareados y los sistemas atómicos o iónicos que tienen sus
orbitales llenos; por lo que los espines de los últimos electrones se
encontraran ocupados, por lo tanto, el efecto magnético en los espines es nulo.
Ejemplo de ello es lo siguiente:
Si se tiene una sustancia/material en el cual su momento magnético es cero, y se aplica un campo βo externo, los momentos de esa sustancia, se tornarán en sentido opuesto a ese campo, generando entonces un campo βm que se opondrá totalmente. Esto origina un campo resultante β mucho menor al campo βm que se origina dentro de dicha sustancia.
MATERIALES
PARAMAGNÉTICOS
Materiales
paramagnéticos son los que tienen valores para "µr" ligeramente
mayores que la unidad (por ejemplo, 1.000021 para el aluminio sólido). Estos
materiales incrementan ligeramente el valor de "B" en el solenoide o
toroide.
En los
materiales paramagnéticos uno o más electrones alineados son atraídos hacia un
campo magnético externo. Esto sucede debido al espín de los electrones, esto se
puede encontrar en la configuración electrónica de los elementos.
Este
tipo de materiales se convierten en imanes muy débiles, pero no se convierten
en imanes permanentes.
Algunos
ejemplos de materiales paramagnéticos son:
·
Aluminio
·
Aire
·
Magnesio
·
Molibdeno
·
Titanio
Por lo
tanto, la permeabilidad relativa de los materiales paramagnéticos será mayor
que uno, pero no se alejarán tanto de la unidad.
MATERIALES
FERROMAGNÉTICOS
Los materiales ferromagnéticos comprenden un pequeño grupo
de sustancias que se encuentran en la naturaleza que, cuando se colocan en
presencia de un campo magnético, se imantan fuertemente, y el campo magnético
de ellos es muchas veces mayor que el campo que fue aplicado. Es comprobado que
la presencia de un material ferromagnético hace el campo magnético resultante
centenas de veces más intenso.
El hierro, el níquel, el cobalto y las aleaciones que se
forman por estos elementos químicos forman el grupo de materiales
ferromagnéticos.
En un transformador se usan para maximizar el
acoplamiento entre los devanados, así como para disminuir la corriente de
excitación necesaria para la operación del mismo.
Estos materiales han evolucionado mucho con el paso del tiempo lo que implica más eficiencia, reducción de volúmenes y costo, en el diseño de transformadores y maquinas eléctricas.
Características de los materiales ferromagnéticos.
Los materiales ferromagnéticos se caracterizan por uno o
varios de los siguientes atributos:
- Pueden imantarse mucho más fácilmente que
los demás materiales. Esta característica viene indicada por una gran
permeabilidad relativa m /m r.
- Tienen una inducción magnética intrínseca
máxima Bmax muy elevada.
- Se imanan con una facilidad muy diferente
según sea el valor del campo magnético. Este atributo lleva una relación
no lineal entre los módulos de inducción magnética(B) y campo magnético.
- Un aumento del campo magnético les origina
una variación de flujo diferente de la variación que originaría una
disminución igual de campo magnético. Este atributo indica que las
relaciones que expresan la inducción magnética y la permeabilidad, como
funciones del campo magnético, no son lineales ni uniformes.
- Conservan la imanación cuando se suprime
el campo.
- Tienden a oponerse a la inversión del
sentido de la imanación una vez imantados.
Materiales ferromagnéticos para transformadores:
La aleación ferromagnética más utilizada para el diseño de
núcleos de transformadores es la aleación hierro-silicio, esta aleación es la
producida en mayor cantidad y está compuesta por hierro esencialmente puro con
1-6% de silicio, dependiendo este porcentaje del fin a que se destine el
material.
Dando a esta aleación un tratamiento térmico adecuado, se
obtiene un material que, comparado con el hierro, tiene mejores propiedades
magnéticas para campos magnéticos débiles, una resistividad mayor y sufren
pérdidas totales menores en el núcleo. Esta aleación se lamina en chapas y
flejes, principalmente de espesores comprendidos entre 0,35 y 0,635 mm recocidos;
en el lenguaje corriente se le conoce con el nombre de acero al silicio o Chapa
magnética.
Los revestimientos o acabados de aislamiento pueden
clasificarse ampliamente en orgánicos o inorgánicos:
a)
El aislamiento orgánico consiste, en general, en esmaltes o barnices que se
aplican a la superficie del acero para proporcionar una resistencia
interlaminar.
b)
El aislamiento
inorgánico se caracteriza, en
general, por una elevada resistencia y por la capacidad de resistir las
temperaturas necesarias para el recocido de distensión. Esta ideado para
núcleos de transformadores refrigerados por aire o en baño de aceite.
PERMEABILIDAD MAGNÉTICA
A la relación entre la permeabilidad magnética de un
material y la del aire se llama permeabilidad relativa:
Pr = B / Bo
Dónde: B = permeabilidad
del material
Bo =
permeabilidad magnética del vacío
= 4
Pi * 10-7 = 12.56 * 10-7 (Wb / A * m = H / m)
UNIDADES: m = metro, A = amperio, T = tesla, Wb = weber y H
= Henrio
La permeabilidad magnética nos indica con qué facilidad
atraviesa el campo magnético la materia, o sea si esta es buena conductora o no
del campo magnético. La permeabilidad es una característica magnética de la
materia (por ejemplo, del aire, cartón, aluminio, hierro). La permeabilidad
como se verá es baja en el vacío y es elevada en materiales como el hierro. La
permeabilidad magnética del aire y del vacío son aproximadamente iguales.
En los sólidos ordinarios y líquidos a temperatura
ambiente, la permeabilidad relativa Km está típicamente en el rango de 1,00001
a 1,003. Se reconoce este carácter débil magnético de los materiales comunes
por el dicho de "no son magnéticos", explicando su gran contraste con
la respuesta magnética de los materiales ferromagnéticos. Más precisamente, son
bien paramagnéticos o diamagnéticos, pero en todo caso, representan una
respuesta magnética muy pequeña en comparación con los ferromagnetos.
Los gases N2 y H2 son débilmente diamagnéticos, con
susceptibilidades de -0,0005 x 10-5 para el N2 y -0,00021 x 10-5 para el H2. Esto
está en contraste con la gran susceptibilidad paramagnética del O2 en la tabla.
A continuación, se muestran algunos otros valores de
permeabilidad o susceptibilidad de otros materiales
|
Material
|
χm=Km-1
(x 10-5) |
|
|
Paramagnético
|
||
|
Óxido
de hierro (FeO)
|
720
|
|
|
Hierro
amonio alum
|
66
|
|
|
Uranio
|
40
|
|
|
Platino
|
26
|
|
|
Tungsteno
|
6,8
|
|
|
Cesio
|
5,1
|
|
|
Aluminio
|
2,2
|
|
|
Litio
|
1,4
|
|
|
Magnesio
|
1,2
|
|
|
Sodio
|
0,72
|
|
|
Oxígeno
gas
|
0,19
|
|
|
Diamagnético
|
||
|
Amonio
|
-0,26
|
|
|
Bismuto
|
-16,6
|
|
|
Mercurio
|
-2,9
|
|
|
Plata
|
-2,6
|
|
|
Carbono
(diamante)
|
-2,1
|
|
|
Carbono
(grafito)
|
-1,6
|
|
|
Plomo
|
-1,8
|
|
|
Cloruro
de Sodio
|
-1,4
|
|
|
Cobre
|
-1,0
|
|
|
Agua
|
-0,91
|
|
REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS
MATERIALES
DIAMAGNÉTICOS
Departamento de Tecnología Electrónica. (2011). Tipos de
materiales según sus propiedades magnéticas. 05 marzo, 2019, de Universidad de
Vigo Sitio web: http://quintans.webs.uvigo.es/recursos/Web_electromagnetismo/magnetismo_materiales.htm
MATERIALES PARAMAGNÉTICOS
Full
Mecánica. (05 de marzo de 2019). Full Mecánica. Obtenido de http://www.fullmecanica.com/definiciones/p/674-permeabilidad-magnetica
MATERIALES
FERROMÁGNETICOS
Petrikowski, Eder. (2012). Magnetismo. Marzo 05, 2019, de Tema
Fantástico S.A. Sitio web: https://magnetismoymagnetismo.blogspot.com/2012/04/lapermeabilidad-magnetica.html
RECUPERADO EL 05 DE MARZO, 2019, DE: https://fisicacontemporanea.wordpress.com/materiales-ferromagneticos/
PERMEABILIDAD
RELATIVA
ADOLFO L GONZÁLEZ, RICARDO M. CESARI, RUBÉN O. VICIOLI. (2009).
MATERIALES MAGNETICOS. 2019, de EDU.COM Sitio web: http://www1.frm.utn.edu.ar/tecnologiae/apuntes/materiales_magneticos.pdf
M Olmo R Nave. (2010). SUCEPTIBILIDADES MAGNETICAS. 2019, de
HyperPhysics Sitio web: http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbasees/Tables/magprop.html#c1
Derechos Reservados. (2014). Permeabilidad magnética relativa.
2019, de FULL MECANICA Sitio web: http://www.fullmecanica.com/definiciones/p/1454-permeabilidad-relativa
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