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Magnetización

El efecto de la magnetización es fundamental y se produce cuando un objeto se expone a un campo magnético. La magnetización hace magnético un material que antes no lo era. La magnetización fuerte sólo puede conseguirse con materiales ferromagnéticos, como el níquel, el hierro o el cobalto. En el propio material, la alineación paralela de todos los imanes elementales garantiza la magnetización. Se alinean con el campo magnético externo. Los impactos fuertes, los campos de polarización opuesta o las altas temperaturas pueden destruir la magnetización. Es lo que se denomina desmagnetización. La propia magnetización crea un campo magnético dentro del material. Éste se superpone al campo magnético exterior. Básicamente, los materiales se clasifican en tres propiedades diferentes: Diamagnéticos, ferromagnéticos y paramagnéticos.

Paramagnetismo, diamagnetismo y ferromagnetismo

Se habla de paramagnetismo cuando la magnetización se produce en la misma dirección que el campo magnético externo. Lo mismo ocurre con los cuerpos ferromagnéticos: la magnetización también está en la misma dirección que el campo magnético externo. Sin embargo, a diferencia de los paramagnetos, esta alineación es mucho más estable. Esto se debe a una interacción especial denominada interacción de intercambio. En cambio, en los materiales diamagnéticos, la magnetización se dirige en dirección opuesta a la del campo magnético externo. Se puede observar una fuerte magnetización sobre todo en materiales ferromagnéticos como el cobalto o el hierro.

Experimento: recrea la magnetización en casa

Este experimento requiere un imán y un objeto ferroso - por ejemplo, unas tijeras o un alfiler, o incluso un tenedor. Si el imán atrae el objeto en cuestión, se trata de un objeto con componentes o propiedades ferromagnéticas. El inicio real del experimento comienza exponiendo el objeto ferroso al campo magnético del imán. El campo magnético debe ser constante y no cambiar. Una vez retirado el imán, puede demostrarse que el objeto ferroso, por ejemplo las tijeras o la cuchara, es ahora magnético por sí mismo. Los alfileres imantados, por ejemplo, se pegan a las tijeras. Esta magnetización remanente se denomina remanencia.

Permeabilidad magnética

La llamada permeabilidad magnética μ sirve para determinar la magnetización M, que a su vez se produce dentro de un campo magnético externo.

Para entender esta fórmula, es importante conocer los distintos efectos. De forma simplificada, la permeabilidad μ indica la intensidad con la que cambia el campo magnético H cuando se aplica un campo magnético externo y la influencia de la materia. Se aplica lo siguiente:

La fórmula (1) mostrada anteriormente resulta del hecho de que el campo magnético H es la suma de la magnetización del cuerpo y el campo magnético externo. Ejemplo: Como la permeabilidad μ del vacío es igual a 1, la magnetización M = 0. Las distintas propiedades mencionadas anteriormente pueden determinarse mediante la permeabilidad μ: En las sustancias paramagnéticas, la permeabilidad μ es ligeramente superior a 1, por lo que la magnetización es positiva o rectificada. En los materiales diamagnéticos, la permeabilidad μ es inferior a 1, por lo que la magnetización es negativa y, por tanto, opuesta al campo externo. En los superconductores, la permeabilidad μ es 0. Ahora también sabemos por qué flotan los superconductores: No hay campo dentro del superconductor, ya que la magnetización del superconductor se dirige en dirección opuesta al campo externo y es igual en magnitud. Con los ferromagnetos se obtienen grandes números de permeabilidad: La permeabilidad μ puede llegar hasta 10.000 para el hierro, e incluso hasta 150.000 para metales especiales, los llamados metales amorfos. Aproximadamente, la magnetización con una μ grande y un campo magnético externo H es, por tanto, igual al producto de μ y el campo magnético externo:

La magnetización explicada con más detalle

Los electrones son la causa principal del efecto de magnetización. Para entender las frases siguientes, ayuda visualizar en la cabeza la disposición atómica de un material, es decir, los átomos con sus núcleos atómicos y sus electrones.

Como sabemos, los electrones se mueven en un campo magnético cambiante o derivan cuando se mueven en un campo constante (palabra clave fuerza de Lorentz). Cuando se aplica un campo magnético externo, los movimientos de los electrones en las envolturas atómicas provocan corrientes de interés. Esto provoca el llamado diamagnetismo. Existe la llamada regla de Lenz, que establece que estas corrientes contrarrestan la causa por su dirección. Esto también explica por qué la magnetización en el material se dirige en dirección opuesta al campo externo.

Sin embargo, al diamagnetismo del material pueden superponerse propiedades más fuertes, como el paramagnetismo o el ferromagnetismo. La razón es el espín de cada electrón. Este espín tiene propiedades magnéticas: son los imanes elementales del material. Por tanto, un espín tiene un momento magnético fijo. Una superposición suele producirse cuando el número de electrones es impar. En este caso, dos espines opuestos no pueden superponerse en su conjunto: queda un espín, que puede alinearse con el campo magnético externo. Por tanto, la magnetización se dirige en sentido contrario al campo externo.

Los ferromagnetos estabilizan esta alineación de los espines de los electrones mediante la interacción de intercambio antes mencionada. Por consiguiente, un material ferromagnético sigue siendo significativamente magnético incluso después de que se haya eliminado el campo magnético externo. La remanencia no sólo puede medirse, sino que también puede observarse subjetivamente muy bien. El material paramagnético -por ejemplo, el aluminio fundido- o los paramagnetos dejan de ser magnéticos en el momento en que se elimina el campo magnético externo. Por lo tanto, aquí no se puede observar ninguna remanencia. La mencionada desmagnetización provocada por el calor, un campo magnético opuesto o fuertes impactos puede atribuirse a que estos efectos hacen que los espines de los electrones o los imanes elementales alineados vuelvan a mezclarse. La magnetización se produce a partir de una determinada temperatura, sobre todo cuando se calienta. Este umbral de temperatura se denomina temperatura de Curie.