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Tema 18. Magnetostática en medios materiales
(4 horas)
Clasificación de los
materiales desde el punto de vista de su comportamiento magnético. Materiales
Ferromagnéticos. Circuitos Magnéticos.
Como ya se había indicado en el tema 5, los materiales magnetizados
pueden ser sustituidos por densidades de corriente equivalentes en cuanto al cálculo
del campo magnético, no obstante debido a que la imanación depende a su vez
del campo magnético, se recurre al campo auxiliar intensidad magnética, que
puede ser obtenido a partir de la ley de Ampere aún en presencia de medios magnéticos.
Los
medios materiales se clasifican atendiendo al valor de la permeabilidad en
diamagnéticos, paramagnéticos y ferromagnéticos. Los materiales diamagnéticos
juegan un papel análogo al de los dieléctricos en electrostática, ya que en
su interior el campo magnético tiene un valor inferior al del campo externo
aplicado. La magnetización en los materiales paramagnéticos y ferromagnéticos
se debe a la orientación de los dipolos magnéticos moleculares, mientras que
la polarización en los dieléctricos polares se debe a la orientación de los
dipolos eléctricos moleculares.
Los
materiales ferromagnéticos, que tienen gran interés en aplicaciones tecnológicas,
no son lineales. Debido a esta falta de linealidad no es posible en general
realizar un tratamiento riguroso de estos medios. Analizaremos los circuitos
magnéticos como una de las principales aplicaciones de los ferromagnéticos.
Desde
el punto de vista microscópico consideramos interesante comentar
cualitativamente los aspectos más relevantes de los distintos materiales,
teniendo en cuenta que un estudio más cuidado se realizará en asignaturas
posteriores (en la asignatura de Física de Estado Sólido I).
El
diamagnetismo es consecuencia de la ley inducción de Faraday, consiste en la
inducción de microcorrientes que originan un campo magnético opuesto al campo
externo aplicado; está por lo tanto presente en todos los materiales, si bien
queda enmascarado cuando las moléculas que componen el medio presentan un
momento dipolar magnético apreciable.
El
paramagnetismo se observa en los materiales cuyas moléculas presentan un cierto
momento dipolar magnético, asociado a los momentos angulares orbital y de spin,
y se debe a la tendencia de los dipolos magnéticos a orientarse en la dirección
del campo aplicado.
Los
dipolos magnéticos en un material pueden representar una cierta ordenación
periódica, existiendo diferentes tipos de comportamiento: ferromagnetismo,
antiferromagnetismo y ferrimagnetismo. Los materiales ferromagnéticos presentan
magnetización espontánea en ausencia de campos externos aplicados y para
temperaturas inferiores a la llamada temperatura de Curie; por encima de esta
temperatura tienen comportamiento paramagnético. Los materiales ferromagnéticos
presentan además dominios magnéticos y dependiendo del balance entre éstos el
material presenta una magnetización neta. Bajo la aplicación de una campo magnético
externo "las paredes de los dominios" pueden desplazarse, como
resultado los dominios orientados en la dirección del campo crecen a expensas
de los demás.