Propiedades magnéticas de la materia

PROPIEDADES MAGNETICAS DE LA MATERIA
En general, cualquier espira de corriente tiene un campo magnético y, en efecto, un momento de dipolo magnético, incluyendo las espiras de corriente a nivel atómico. En consecuencia, los momentos magnéticos en una sustancia magnetizada se pueden escribir como si surgieran de esas espiras de corriente a nivel atómico. Para el modelo de Bohr del átomo, estasespiras de corriente están asociadas con el movimiento de electrones alrededor de núcleos en órbitas circulares. También hay un momento magnético intrínseco para electrones, protones, neutrones y otras partículas; éste surge de una propiedad denominada espín.
Los momentos magnéticos de átomos
Teniendo en cuenta que un electrón se mueve a rapidez constante v en una órbita circular de radio ralrededor de un núcleo, se tiene entonces que su rapidez orbital es v = 2πr/T (donde T es el tiempo que tarda el electrón en dar una vuelta). La corriente I asociada con este electrón orbital es su carga e dividida por T. Al emplear T = 2π/ω y ω = v/r (ω como velocidad angular) se tiene:
I = e/T = eω/2π = ev/2πr
El momento magnético asociado con esta espira de corriente es μ = IA, donde A = πr^2 es elárea encerrada por la órbita. Luego se tiene que:
μ = IA = (ev/2πr)πr^2 = (1/2)evr
Debido a que la magnitud del momentum angular orbital del electrón es L=m’vr (siendo m’ la masa del electrón) el momento magnético puede escribirse como
μ = (e/2m’)L
Este resultado demuestra que el momento magnético del electrón es proporcional a su momentum angular orbital. Observe que como el electrón estácargado negativamente, los vectores μ y L apuntan a direcciones opuestas.
Un resultado importante de la física cuántica es que el momentum angular orbital está cuantizado y es igual a múltiplos de ħ = h/2π = 1.05*10^-(34) [J*s], donde h es la constante de Planck.
En virtud de que todas las sustancias contienen electrones, no todas son magnéticas. La principal razón es que en la mayor parte de lassustancias, el momento magnético de un electrón en un átomo se cancela por el de otro electrón orbitando en la dirección opuesta. El resultado neto es que, en la mayor parte de los materiales, el efecto magnético producido por el movimiento orbital de los electrones es cero o muy pequeño.
Además a su momento magnético orbital, un electrón tiene otra propiedad intrínseca llamada espín, que tambiéncontribuye a su momento magnético. A este respecto el electrón puede verse como girando en torno a su eje mientras orbita al núcleo. La magnitud del momentum angular S asociada con el espín es del mismo orden de magnitud que el momentum angular L debido al movimiento orbital. La magnitud del momento angular del espín predicha por la teoría cuántica es:
S = (√3/2)ħ
El momento magnético asociadocaracterísticamente al espín de un electrón tiene el valor:
μ(espín) = eħ/2m’
Esta combinación de constantes se llama magnetón de Bohr:
μ(B) = eħ/2m’ = 9.27*10^-(24) [J/T]
Luego, los momentos magnéticos atómicos pueden expresarse como múltiplos del magnetón de Bohr.

Vector de magnetización e intensidad de campo magnético
El estado magnético de una sustancia se describe por medio de unacantidad denominada vector magnetización M, donde se define su magnitud como el momento magnético por unidad de volumen de la sustancia. Se tiene que el campo magnético total B en un punto en una sustancia depende tanto del campo (externo) aplicado B’ como de la magnetización de la sustancia Bm:
B = B’ + Bm
En donde Bm puede expresarse en términos del vector magnetización de la sustancia dando:
B= B’ + μ(0)*M
Luego introduciendo una cantidad de campo llamada intensidad de campo magnético H en la sustancia (que representa el efecto de la corriente de conducción en alambres sobre una sustancia), definida como H = B’/ μ(0) = B/μ(0) – M, se tiene:
B = μ(0)*(H + M)
Clasificación de sustancias magnéticas
Las sustancias se pueden clasificar como pertenecientes a una de tres categorías,...