Propietats magnètiques#
Pàgina en desenvolupament
Encara estem treballant en aquest document.
Esperem oferir-vos properament el seu contingut.
Disculpeu les molèsties.
Caracteritzem el grau de magnetització d’un material en resposta a un camp magnètic amb la permeabilitat magnètica \(\mu\), que és el quocient entre la inducció magnètica \(B\) i l’excitació magnètica \(H\):
\(\mu = \Large \frac{B}{H}\)
Típicament trobarem tres comportaments amb relació a la permeabilitat magnètica del buit \(\mu_0\):
Materials diamagnètics: \(\mu_d \lesssim \mu_0\)
Materials paramagnètics \(\mu_p \gtrsim \mu_0\)
Materials ferromagnètics \(\mu_f \gg \mu_0\)
La diferència a paramagnètics i diamagnètics es petita, però permet caracteritzar els materials.
També és interessant definir la permeabilitat relativa \(\mu_r\) i la susceptibilitat magnètica \(\chi\)
\(\mu_r \simeq \Large \frac{\mu}{\mu_0}\)
\(\chi \simeq \mu_r - 1\)
Material |
\(\mu\) (H/m) |
\(\mu_r\) |
Aplicacions |
|---|---|---|---|
Ferrita U 60 |
\(1,00·10^{-5}\) |
8 |
Bobines UHF |
Ferrita M33 |
\(9,42·10^{-4}\) |
750 |
Nuclis circuits RM |
Niquel (99%) |
\(7,54·10^{-4}\) |
600 |
|
Ferrita N41 |
\(3,77·10^{-3}\) |
3000 |
Circuits potència |
Ferro (99,8%) |
\(6,28·10^{-3}\) |
5000 |
|
Ferrita T38 |
\(1,26·10^{-2}\) |
10000 |
Transformadors |
Acer Si GO |
\(5,03·10^{-2}\) |
40000 |
Dinamos |
supermalloy |
1,26 |
1000000 |
Capçals enregistradors |
Paramagnetisme#
La majoria de materials que trobem a la natura són paramagnètics: Al, Ba, Ca, O, Pt, Na, Sr, U, Mg… La seva reacció en front del camp magnètic és molt feble. Es produeix per la tendència dels moments magnètics lliures del material a alinear-se paral·lelament al camp magnètic. Com a conseqüència aquests materials concentren les línies del camp magnètic.
Show code cell source
from IPython.display import YouTubeVideo
YouTubeVideo('tDBigHmn-FQ')
Show code cell source
from IPython.display import YouTubeVideo
YouTubeVideo('RBN_cYEgeMA')
Diamagnetisme#
El diamagnetisme es el resultat de canvis en el moviment orbital dels electrons causats pel camp magnètic extern. El moment magnètic provocat és molt petit i de direcció oposada al camp aplicat.
Aquest tips de magnetisme el trobem amb materials com la fusta, petroli, aigua, plàstics, alguns metalls com el Cu, Hg, Au, Bi i, especialment, en els superconductors.
Els materials diamagnètics repelen el camp magnètic, separant les línies de camp. Si bé en general aquest efecte és feble en la majoria de materials, en el cas dels superconductors és molt intens, i el podem apreciar fàcilment al fenomen de la levitació magnètica.
Show code cell source
from IPython.display import YouTubeVideo
YouTubeVideo('KRr2MBuzuG4')
Show code cell source
from IPython.display import YouTubeVideo
YouTubeVideo('2RRX8xmLR8E')
Show code cell source
from IPython.display import YouTubeVideo
YouTubeVideo('5BeFoz3Ypo4')
Ferromagnetisme#
Alguns materials, com el Fe i el Ni, poden presentar magnetisme en absència d’un camp extern. Són els materials ferromagnètics, els constituents dels imants naturals, primera forma de magnetisme que va conèixer la humanitat.
A nivell microscòpic els seus constituents son imants naturals, però normalment estan desordenats, organitzats en petits dominis magnètics separats per fronteres (parets de Bloch) i distribuïts a l’atzar, donant una mitjana nul·la.
En aplicar un camp extern aquests dominis s’orienten, reforçant el camp magnètic de forma sorprenent. Quan deixem d’aplicar el camp extern, els dominis queden orientats i el material queda imantat.
Aquest ordre es perd de forma sobtada en augmentar la temperatura fins arribar a la temperatura de Curie \(T_c\), característica del material.
Material |
\(T_c\) (K) |
|---|---|
Fe |
1123 |
Co |
1388 |
Ni |
627 |
\(CrO_2\) |
386 |
\(Fe_3O_4\) |
858 |
\(NiO_2Fe_3\) |
858 |
\(CuOFe_2O_3\) |
728 |
\(MgO_2Fe_3\) |
713 |
\(Y_3Fe_5O_12\) |
560 |
Cicle d’histèresi#
Quan apliquem el camp magnètic extern els dominis magnètics creixen i observem una magnetització cada vegada més gran, fins que arribem a un valor màxim Mmax: la magnetització s’ha saturat, tenim un únic domini magnètic amb tots els petits imants orientats paral·lelament al camp i reforçant-lo. Quan treiem el camp queda una magnetització romanent Mr i cal aplicar un camp coercitiu Hc de sentit contrari per treure la magnetització. Si incrementem el camp contrari trobarem la saturació oposada, Aquest cicle s’anomena cicle d’histèresi.
Si volem un canvi ràpid imant / no imant (nuclis d’electroimants com a un porter electrònic, nuclis de transformadors…) utilitzarem materials ferromagnètics tous amb un cicle d’histèresi petit. Si volem fabricar imants permanents utilitzarem materials durs, amb un gran cicle d’histèresi.