Magnetización

Un imán permanente tiene una magnetización que se orienta desde el polo sur al polo norte. Llave de datos

Unidades SI	amperio por metro
Dimensión	${\ Displaystyle {\ mathsf {L}} ^ {- 1} {\ mathsf {I}}}$
Base SI	A m -1
Naturaleza	Tamaño Vector intensivo
Símbolo habitual	METRO
Enlace a otros tamaños	Momento / volumen magnético

En el lenguaje cotidiano , la magnetización de un objeto es el hecho de que está magnetizado, que se comporta como un imán , o el proceso por el cual se magnetiza . En física , la magnetización es más, y sobre todo, una cantidad vectorial que caracteriza a escala macroscópica la orientación y la intensidad de su magnetización en el primero de los dos sentidos precedentes. Se origina a partir de las corrientes microscópicas que resultan del movimiento de los electrones en el átomo ( momento magnético orbital de los electrones), así como del momento de giro magnético de los electrones o núcleos atómicos . Se mide en amperios por metro o, a veces, en teslas por µ 0 .

Definiciones

La magnetización, generalmente denotada por el símbolo $M$ (en mayúsculas), se define como la densidad de volumen del momento magnético . Dicho de otro modo,

{\ Displaystyle \ mathbf {M} = {\ frac {\ mathrm {d} \ mathbf {m}} {\ mathrm {d} V}},}

donde $d m$ es el momento magnético contenido en el volumen elemental $de V$ .

La magnetización también se puede deducir de una descripción microscópica: si modelamos el material como un conjunto de dipolos magnéticos discretos, cada uno de los cuales tiene un momento magnético $m$ , la magnetización viene dada por

{\ mathbf {M}} = n \ langle {\ mathbf {m}} \ rangle,

donde $n$ denota la densidad del número de dipolos y $⟨ m ⟩$ el valor medio de su momento magnético.

Interacciones con un campo magnético

La materia se caracteriza desde el punto de vista magnético por el campo magnético que produce y por la forma en que responde a un campo magnético externo.

Efecto de la magnetización sobre el campo magnético.

La materia magnética es, junto con la corriente eléctrica, una de las dos formas de producir un campo magnético estático. La inducción $B$ y el campo $H$ producido por la magnetización $M$ son solución de las ecuaciones

\ nabla \ cdot {\ mathbf {B}} = 0

\ nabla \ times {\ mathbf {B}} = \ mu _ {0} \ nabla \ times {\ mathbf {M}}.

\ nabla \ cdot {\ mathbf {H}} = - \ nabla \ cdot {\ mathbf {M}}

\ nabla \ times {\ mathbf {H}} = 0

Un imán permanente produce líneas de campo magnético en el exterior que apuntan desde el polo norte al polo sur.

Efecto del campo magnético sobre la magnetización.

Un campo magnético externo es capaz de ejercer un par sobre la magnetización. Si es lo suficientemente fuerte, este par puede cambiar la orientación de la magnetización o incluso provocar una inversión de la magnetización . También puede producir una rotación mecánica del objeto magnetizado si puede girar libremente. Este efecto se usa en brújulas .

El campo magnético también crea una fuerza sobre los objetos magnetizados. Así, los objetos que magnetizan bajo el efecto de un campo son atraídos por los imanes, y los imanes se atraen o se repelen según la orientación de sus polos.

Tipo de materiales magnéticos

Los materiales se caracterizan generalmente desde un punto de vista magnético por la forma en que su magnetización depende del campo magnético que se les aplica. Distinguimos así:

Los materiales paramagnéticos que, cuando se aplica un campo magnético externo, ven el momento magnético de sus electrones, se orientan paralelos al campo. Si se elimina el campo magnético externo, los momentos magnéticos vuelven a tener una orientación desordenada. Es este fenómeno el responsable de la atracción de objetos de hierro o acero (entre otros) por imanes.
Los materiales ferromagnéticos que, cuando se aplica un campo magnético externo, ven el momento magnético de sus electrones se alinean en paralelo al campo magnético. Sin embargo, a diferencia de los materiales paramagnéticos, cuando eliminamos el campo magnético externo, los momentos magnéticos tenderán a mantener su orientación y por lo tanto a mantener una magnetización (llamada magnetización remanente) debido a las interacciones entre estos momentos magnéticos. Se utilizan en imanes permanentes y en grabación magnética ( cintas y discos duros );

Los materiales diamagnéticos ven que los momentos magnéticos de sus electrones se mueven en la dirección opuesta, lo que provoca una baja magnetización opuesta a este campo magnético externo (la fuente del campo magnético externo y el material diamagnético es por tanto repelente). Los momentos magnéticos vuelven a su orientación original después de la eliminación del campo magnético externo.
el material ferrimagnético y antiferromagnético son macroscópicamente similares al ferromagnético y paramagnético (respectivamente) mientras que tienen una estructura magnética microscópica diferente.
los imanes monomoleculares que presentan un comportamiento superparamagnético por debajo de una determinada temperatura de bloqueo .

La magnetización remanente (es decir, la que permanece en ausencia de un campo aplicado) es, junto con el campo coercitivo , uno de los principales parámetros que caracterizan a los imanes permanentes.

Desmagnetización

En el caso de materiales no ferromagnéticos, la desmagnetización ocurre naturalmente cuando se cancela el campo magnético externo. En estos casos, la curva de desmagnetización sigue el mismo camino que la curva de magnetización y el valor de magnetización se vuelve cero al mismo tiempo que el campo magnético. Sin embargo, en el caso de los materiales ferromagnéticos, la curva de desmagnetización no sigue el mismo camino que la curva de magnetización (sigue un ciclo de histéresis ). Por tanto, cuando el valor del campo magnético se vuelve cero, queda una magnetización remanente distinta de cero. Entonces existen varios métodos para desmagnetizar estos materiales. El primero consiste en calentarlo: existe efectivamente un valor umbral de la temperatura, la temperatura de Curie , para la cual las fluctuaciones térmicas son suficientes para cancelar la magnetización remanente. Otro método consiste en realizar varios ciclos de magnetización / desmagnetización con intensidades cada vez más débiles, hasta que se cancele la magnetización.

Notas y referencias

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