Materiales paramagnéticos

Introducción

Las propiedades magnéticas no están limitadas únicamente a las sustancias ferromagnéticas, las presentan todas las sustancias, aunque en mucho menor escala. En esta categoría, entran dos tipos de sustancias: las paramagnéticas y las diamagnéticas.
Una muestra de sustancia paramagnética situada en un campo magnético es atraída hacia la región donde el campo es más intenso, al contrario de lo que le ocurre a una sustancia diamagnética que es atraída hacia la región donde el campo es más débil.
El paramagnetismo se produce cuando las moléculas de una sustancia tienen un momento magnético permanente. El campo magnético externo produce un momento que tiende a alinear los dipolos magnéticos en la dirección del campo. La agitación térmica aumenta con la temperatura y tiende a compensar el alineamiento del campo magnético. En las sustancias paramagnéticas la susceptibilidad magnética es muy pequeña comparada con la unidad.
En el programa interactivo de esta página, experimentaremos con un modelo de sustancia paramagnética consistente en un número pequeño, pero suficiente de iones. Distinguiremos entre el comportamiento individual de cada ión y el comportamiento de la muestra en su conjunto.

Descripción

Un átomo o un ión de momento magnético m en un campo magnético B tiene una energía U=-µ·B. El momento magnético es proporcional al momento angular µ=gµ_BS. Donde m_B=9.2732·10^-24 J/T es el magnetón de Bohr y g es un factor del orden de dos.

Si B apunta en la dirección del eje Z, la energia de dipolo vale U=-µ·B=--μ_zB=-gµ_BS_zB
En la descripción mecánico-cuántica los valores de S_z son discretos, y van desde -S a +S, en total 2S+1 valores. Por tanto, las componentes del momento magnético a lo largo de la dirección del campo tienen 2S+1 valores.

Ión	Momento angular S
Gd(3+)	7/2
Fe(3+)	5/2
Cr(3+)	3/2
Co(3+)	1/2

Utilizando la imagen de la descripción clásica, esta restricción nos viene a decir que no todas las orientaciones del momento magnético son posibles.
Tenemos un sistema de iones paramagnéticos a una temperatura T, que pueden ocupar 2S+1 niveles de energía. La estadistica clasica nos dice que la probabilidad de que una partícula ocupe un nivel de energía U es proporcional a exp(-U/kT).
El valor medio de la componente del momento magnético a lo largo de la dirección del campo vale.

donde la suma se extiende a los 2S+1 posibles valores de S_z.

Z es la suma de 2S+1 términos de una progresion geometrica cuyo primer término es exp(-S·u) y cuyo último término es exp(S·u) y cuya razón es r= exp(u). Véase el ejemplo más abajo para S=3/2

(1)

Casos particulares:
Teniendo en cuenta las aproximaciones de

cuando x>>1, e^x>>e^-x por lo que cothx→1
cuando x<<1 se desarrolla en serie e^x y e^-x

Cuando u<<1 el valor medio de la componente del momento magnético a lo largo del campo se puede aproximar a

que es una función lineal del cociente campo/temperatura, a esta fórmula se le conoce como ley de Curie.

Cuando u>>1, es decir, para grandes valores del campo o bajas temperaturas

<m_z>=gm_BSla mayor parte de los momentos magnéticos están orientados según el campo, el valor medio de la componente del momento magnético tiende hacia un valor constante que es su valor máximo.

http://www.sc.ehu.es/sbweb/fisica/elecmagnet/paramagneticos/paramagnetico.htm

MATERIALES DIAMAGNETICOS

En electromagnetismo, el diamagnetismo es una propiedad de los materiales que consiste en ser repelidos por los imanes. Es lo opuesto a los materiales ferromagnéticos los cuales son atraídos por los imanes. El fenómeno del diamagnetismo fue descubierto y nominado por primera vez en septiembre de 1845 por Michael Faraday cuando vio un trozo de bismuto que era repelido por un polo cualquiera de un imán; lo que indica que el campo externo del imán induce un dipolo magnético en el bismuto de sentido opuesto.

Materiales diamagnéticos

Imán.

Las sustancias, en su gran mayoría, son diamagnéticas, puesto que todos los pares de electrones con espín opuesto contribuyen débilmente al diamagnetismo, y sólo en los casos en los que hay electrones desparejados existe una contribución paramagnética (o más compleja) en sentido contrario.
Algunos ejemplos de materiales diamagnéticos son: el bismuto metálico, el hidrógeno, el helio y los demás gases nobles, el cloruro de sodio, el cobre, el oro, el silicio, el germanio, el grafito, el bronce y el azufre. Nótese que no todos los citados tienen número par de electrones.
El grafito pirolítico, que tiene un diamagnetismo especialmente alto, se ha usado como demostración visual, ya que una capa fina de este material levita (por repulsión) sobre un campo magnético lo suficientemente intenso (a temperatura ambiente).
Experimentalmente, se verifica que los materiales diamagnéticos tienen una permeabilidad magnetica inferior a la unidad, y una susceptibilidad magnetica negativa, prácticamente independiente de la temperatura, y generalmente del orden (en unidades cegesimales) de $\frac{10^{-6}\cdot M}{2}$ e.m.u./mol, donde M es la masa molecular. En muchos compuestos de coordinacion se obtiene una estimación más exacta utilizando las tablas de Pascal.
En los materiales diamagnéticos, el flujo magnético disminuye y en los paramagnéticos el flujo magnético aumenta.

http://es.m.wikipedia.org/wiki/Diamagn%C3%A9tico#section_1

FERROMAGNETISMO

Ferromagnetismo

Material	Temp. Curie (K)
Fe	1043
Co	1388
Ni	627
Gd	292
Dy	88
MnAs	318
MnBi	630
MnSb	587
CrO₂	386
MnOFe₂O₃	573
Fe3O4	858
NiO₂Fe₃	858
CuOFe₂O₃	728
MgO₂Fe₃	713
EuO	69
Y₃Fe₅O₁₂	560

El ferromagnetismo es un fenómeno físico en el que se produce ordenamiento magnetico de todos los momentos magneticos de una muestra, en la misma dirección y sentido. Un material ferromagnético es aquel que puede presentar ferromagnetismo. La interacción ferromagnética es la interaccion magnetica que hace que los momentos magnéticos tiendan a disponerse en la misma dirección y sentido. Ha de extenderse por todo un sólido para alcanzar el ferromagnetismo.
Generalmente, los ferromagnetos están divididos en dominios magneticos, separados por superficies conocidas como paredes de Bloch. En cada uno de estos dominios, todos los momentos magnéticos están alineados. En las fronteras entre dominios hay cierta energia potencial, pero la formación de dominios está compensada por la ganancia en entropia.
Al someter un material ferromagnético a un campo magnetico intenso, los dominios tienden a alinearse con éste, de forma que aquellos dominios en los que los dipolos están orientados con el mismo sentido y dirección que el campo magnético inductor aumentan su tamaño. Este aumento de tamaño se explica por las características de las paredes de Bloch, que avanzan en dirección a los dominios cuya dirección de los dipolos no coincide; dando lugar a un monodominio. Al eliminar el campo, el dominio permanece durante cierto tiempo.

Materiales ferromagnéticos

Hay una serie de materiales cristalinos que presentan ferromagnetismo. La tabla de la derecha muestra una selección representativa de ellos, junto con sus temperaturas de Curie, la temperatura por encima del cual dejan de exhibir la magnetización espontánea.
El ferromagnetismo no es una propiedad que depende sólo de la composición química de un material, sino que también depende de su estructura cristalina y la organización microscópica. El acero electrico, por ejemplo, es un material producido a escala industrial cuyas propiedades ferromagnéticas han sido optimizadas para hacer uso de ellas en aplicaciones donde se requiere el establecimiento de campos magneticos de manera eficiente. Sin embargo hay aleaciones ferromagnéticas de metal, cuyos componentes no son ferromagnéticos, llamadas aleaciones Heusler. Por el contrario existen aleaciones no magnéticas, como los tipos de acero inoxidables, compuesta casi exclusivamente de metales ferromagnéticos.

http://es.wikipedia.org/wiki/Ferromagnetismo

Analisis Del MAgnetismo

jueves, 19 de abril de 2012

PROPIEDADES MAGNETICAS DE LOS MATERIALES