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Materiales Magnéticos
TEMA 12
MATERIALES MAGNÉTICOS
Introducción. Comportamiento de un material en un campo magnético. Efectos
cooperativos: Ferromagnetismo, antiferromagnetismo y ferrimagnetismo. Imanación,
dominios y ciclos de histéresis. Materiales magnéticos duros y blandos. Ferritas.
Almacenamiento y grabación magnética. Superconductores.

Los fenómenos magnéticos son conocidos desde hacemiles de años, pero los
mecanismos que explican estos fenómenos no han sido descubiertos hasta tiempos muy
recientes, e incluso existen aún hoy en día muchos aspectos relacionados con las
interacciones magnéticas que no son bien conocidos. Esto sin embargo, no ha impedido
que gran parte de los dispositivos tecnológicos modernos se basen en la aplicación de
diferentes materiales magnéticos. Es elcaso de los generadores de electricidad,
transformadores eléctricos, equipos médicos, radios, televisores, ordenadores, teléfonos,
etc. También hay que tener en cuenta que, aunque son fundamentalmente los materiales
de hierro los que asociamos habitualmente con los fenómenos magnéticos, en realidad
todas las sustancias son influenciadas, en mayor o menor medida, por los campos
magnéticos.
Lasfuerzas magnéticas se generan a partir del movimiento de partículas eléctricas, y
aparecen asociadas a las fuerzas electrostáticas (aunque habitualmente éstas son más
intensas). Así, la circulación de electrones en una bobina genera un campo magnético
perpendicular al plano de las espiras, y cuya intensidad H, es directamente proporcional
a la intensidad de la corriente eléctrica y al número deespiras, e inversamente
proporcional a la longitud de la bobina. La magnitud y orientación de los campos
magnéticos se representan mediante líneas de fuerza.

Figura 1.- Campos magnéticos generados en una bobina y en un imán permanente.

Los electrones de los átomos, como partículas eléctricas en movimiento que son, dan
lugar a la aparición de dos momentos magnéticos. Uno de ellos, denominado momento
deespín, proviene del giro del electrón sobre sí mismo, y el otro, denominado
momento orbital, proviene del movimiento del electrón alrededor del núcleo. En cada
átomo, el momento magnético resultante será la suma de las contribuciones de los

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Materiales Magnéticos

momentos orbital y de espín de todos sus electrones. Cuando todas las capas
electrónicas están completamente llenas, todas lascontribuciones se cancelan entre sí,
de manera que el momento magnético global es nulo y el sistema no puede presentar
una imanación permanente. Es el caso de los gases inertes, y de muchos otros materiales
una vez formados los enlaces (H, F, Na, etc.).

Figura 2.- Momentos magnéticos de espín y de orbital en un electrón.

Comportamiento de un material en un campo magnético
Un campo magnético, H,produce líneas de fuerza que penetran el medio sobre el cual
el campo es aplicado. Cuando una sustancia es colocada en un campo magnético la
densidad de líneas de fuerza en la muestra, llamada inducción magnética, B, viene
dada por:
B= μ0(H + M)
siendo μ0 la permeabilidad en el vacío (que es igual a la unidad en el sistema CGS y
4π10-7 NA-2 en el SI) y M la imanación (magnetización) por unidad devolumen que
caracteriza la respuesta magnética del material objeto de estudio. En la práctica, y
debido a que los diferentes métodos experimentales de medida se basan
fundamentalmente en la determinación de la relación B/H, las respuestas magnéticas de
los materiales se describen por sus valores de permeabilidad, P, y susceptibilidad
magnética, k:
P= (B/H)= μ0 (1 + (M/H))= μ0 (1 + k)
donde k es lasusceptibilidad magnética por unidad de volumen (relación entre la
imanación inducida y el campo magnético aplicado). En Química es más útil trabajar
con la susceptibilidad por gramo y especialmente con la susceptibilidad molar, χm, que
viene determinada por:
χ= (kV/m) = k/ρ

χm= (kMW)/ρ

siendo m, MW y ρ la masa, el peso molecular y la densidad de la sustancia,
respectivamente.
Los diferentes...