Electromagnetismo unidad 6, Monografías, Ensayos de Electromagnetismo

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INSTITUTO TECNOLOGICO SUPERIOR DE LA REGION SIERRA

ELECTROMAGNETISMO

UNIDAD 6:

PROPIEDADES MAGNETICAS DE LA MATERIA

ALUMNA:

ANDREA PAOLA PEREZ MENDEZ

LUNES 20 DE ABRIL DE 2020

La magnetización o imantacion de un material es la diferencia entre el campo magnético aplicado y la inducción magnética observada. Si la magnetización es positiva, el campo magnético se refuerza en el interior del material (como ocurre en los paramagnetos y en los ferromagnetos, por ejemplo). Si la magnetización es negativa, el campo magnético se debilita en el interior del material (como ocurre en los diamagnetos).

Propiedades magnéticas Todas las sustancias que forman parte de nuestra vida cotidiana se pueden describir con tres propiedades magnéticas: ferromagnética, paramagnética y diamagnética. Para explicarlos, simplemente se miden por el efecto que tienen bajo la influencia de campos magnéticos externos.

Los materiales diamagnéticos tienen una magnetización opuesta al campo magnético externo, lo que prácticamente significa que se repelen entre sí. Un ejemplo típico es el elemento agua. Estos materiales no pueden ser magnetizados.

Tampoco se pueden magnetizar materiales paramagnéticos. Con estos, la magnetización es igual al campo magnético externo, pero la alineación no es tan fuerte como en el caso de los materiales ferromagnéticos, ya que no tienen el llamado efecto de intercambio.

La intensidad magnética (H) es la que genera un campo magnético (B). Es generada directamente por la corriente a través de la ecuación de Ampere: ∇⃗ ×H⃗ =J⃗

De aquí se calcula el campo magnético usando B⃗ =μH⃗

Su unidad son A/m.

Para un medio dado, el vector intensidad del campo magnético, es el cociente que resulta de la densidad del flujo magnético entre la permeabilidad magnética del medio. H = B por lo tanto B =Hμ.

Donde H = intensidad del campo magnético para un medio dado, se mide en ampere/metro (A/m). B = densidad del flujo magnético, se expresa en teslas(T). μ = permeabilidad del medio magnético su unidad es el tesla metro/ampere. (Tm/A).

El estado magnético de una sustancia se describe por medio de una cantidad denominada el vector de magnetización, M. La magnitud del vector de magnetización es igual al momento magnético por unidad de volumen de la sustancia. El campo magnético total en una sustancia depende tanto del campo magnético externo aplicado como de la magnetización de la sustancia.

Considere una región donde existe un campo magnético Bo producido por un conductor por el que circula corriente. Si llenamos esa región con una sustancia magnética, el campo magnético total B en esa región es B =Bo + Bm , donde Bm, es el campo producido por la sustancia magnética. Esta contribución puede expresarse en términos del vector magnetización como Bm = μoM : por lo tanto, el campo magnético total en la región se convierte en: B = Bo + μoM

Conviene introducir una cantidad de campo H , llamada intensidad de campo magnético, Esta cantidad vectorial se define por medio de la relación: H = B/μo-M, o bien despejando a B tenemos : B = μo (H + M).

En unidades del Sistema Internacional, las dimensiones de H como de M son amperes por metro (A/m).

En una gran clase de sustancias, específicamente paramagnéticas y diamagnéticas, el vector de magnetización M es proporcional a la intensidad de campo magnético H. Para estas sustancias, podemos escribir: M = χ H.

Las sustancias también pueden clasificarse en términos de cómo se compara su permeabilidad magnética μm con μo (la permeabilidad del espacio libre, del vacío o aire), de la siguiente manera:

Paramagnética μm > μo Diamagnética μm < μo Ferromagnética μm >>> μo

Puesto que χ, es muy pequeña para sustancias paramagnéticas y diamagnéticas, μm, es casi igual que μo, en estos casos, Para sustancias ferromagnéticas, sin embargo, μm,es por lo común varios cientos de veces más grande que μo. Aunque la ecuación: B = μm H , brinda una relación simple entre B y H, debe interpretarse con cuidado cuando se trabaja con sustancias ferromagnéticas. Esto se debe a que el valor de μm, no es característico de la sustancia , sino que más bien depende del estado y tratamientos previos de la muestra.

Resolución de un problema de intensidad y densidad de campo magnético.

1. Un toroide devanado con 60 vueltas/m de alambre, conduce 5 amperes de corriente. El núcleo es de hierro, el cual tiene una permeabilidad magnética de 5000 μo bajo las condiciones dadas. Encuentre la intensidad magnética H y la densidad de campo magnético B dentro del hierro.

Solución: H = nI = (60 vueltas/m) (5 A) = 300 Amperes.vueltas/m. B = μm H = 5000 μoH = 5000 (4 π x 10-7^ wb/A.m)(300 A.vueltas/m)= 1.88 Teslas. M = χH = 300 Amperes.vueltas/.

Por lo que respecta a la materia y el magnetismo se ha encontrado que en la naturaleza hay cuerpos fáciles de magnetizar, cuerpos que se magnetizan poco y cuerpos que en lugar de magnetizarse, cuando se introducen en un campo magnético, hacen que las líneas de inducción se separen por el rechazo que presentan al campo. A los primeros se les conoce como ferromagnéticos y ejemplos de ellos son: hierro, níquel, cobalto, gadolinio, disprosio y compuestos de éstos; a los segundos como paramagnéticos entre los que se encuentran la mayoría de los sólidos; y a los terceros se les conoce como diamagnéticos , con ejemplos como: bismuto, cobre, diamante, plata y argón.

Tipo de material Características

No magnético No afecta el paso de las líneas de campo magnético. Ejemplo: el vacío.

Diamagnético

Material débilmente magnético. Si se sitúa una barra magnética cerca de él, ésta lo repele. Ejemplo: bismuto (Bi), plata (Ag), plomo (Pb), agua.

Paramagnético

Presenta un magnetismo significativo. Atraído por la barra magnética. Ejemplo: aire, aluminio (Al), paladio (Pd), magneto molecular.

Ferromagnético

Magnético por excelencia o fuertemente magnético. Atraído por la barra magnética. Paramagnético por encima de la temperatura de Curie (La temperatura de Curie del hierro metálico es aproximadamente unos 770 °C). Ejemplo: hierro (Fe), cobalto (Co), níquel (Ni), acero suave.

Se denomina circuito magnético a un dispositivo en el cual las líneas de fuerza del campo magnético se hallan canalizadas trazando un camino cerrado. Para su fabricación se utilizan materiales ferromagnéticos, pues éstos tienen una permeabilidad magnética mucho más alta que el aire o el espacio vacío y por tanto el campo magnético tiende a confinarse dentro del material, llamado núcleo. El llamado acero eléctrico es un material cuya permeabilidad magnética es excepcionalmente alta y por tanto apropiado para la fabricación de núcleos.

Un circuito magnético sencillo es un anillo o toro hecho de material ferromagnético envuelto por un arrollamiento por el cual circula una corriente eléctrica. Esta última crea un flujo magnético en el anillo cuyo valor viene dado por:

Donde es el flujo magnético, es la fuerza magnetomotriz, definida como el

producto del número de espiras N por la corriente I es la reluctancia, la cual se puede calcular por:

Donde es la longitud del circuito, medida en metros, representa la permeabilidad magnética del material, medida en H/m (henrio/metro)

y el Área de la sección del circuito (sección del núcleo magnético, perpendicular al flujo), en metros cuadrados. Los circuitos magnéticos son importantes en electrotecnia, pues son la base teórica para la construcción de transformadores, motores eléctricos, muchos interruptores automáticos, relés, etc.