En la naturaleza existen gran cantidad de elementos que, a
lo largo de la historia y en función del sustrato científico y tecnológico, se
han ido clasificando según convenga.
Tal es el caso de la clasificación de los materiales en
función sus propiedades magnéticas.
Si se hace el experimento de acercar un trozo de hierro y
una lata de aluminio a un imán, notaremos que la lata no es atraída por el
imán, mientras que el trozo de hierro es fuertemente atraído a él. Entonces, al
igual que existen materiales conductores y aislantes, también existen sus
análogos en el contexto del magnetismo, a saber, materiales ferromagnéticos, paramagnéticos y
diamagnéticos.
En términos generales
los materiales ferromagnéticos y paramagnéticos son aquellos que son
atraídos por un imán, mientras que los diamagnéticos no experimentan atracción
alguna, más bien son repelidos levemente.
Sin embargo cabe mencionar que los materiales paramagnéticos
pueden tener una interacción magnética tan baja que en ocasiones es
prácticamente imposible diferenciarlos de los diamagnéticos.
Históricamente, fue el físico y químico británico Michael
Faraday (1791-1867) quien descubrió el diamagnetismo al observar que un trozo
de bismuto era repelido levemente por un imán, independientemente del polo que
se le acercara.
A éste fenómeno se le puede explicar en términos de
corrientes magnéticas teniendo en mente la Ley de Lenz, que parafraseando dice:
“El sentido de la corriente inducida es tal que se opone siempre a la causa
que la ha producido”.
Recordemos que todos
los átomos contienen electrones que se mueven libremente y que, en su
movimiento, generan campos magnéticos inherentes al material en cuestión. Cuando
se aplica un campo magnético exterior, una nueva corriente es inducida y ésta
corriente inducida es opuesta al campo magnético exterior.
Dicho lo anterior, lo
que sucede en un material diamagnético se puede visualizar del siguiente modo:
Otra característica de los materiales diamagnéticos es que todos los
polos magnéticos se repelen, de modo que si se modifica la orientación del
campo Bo, el campo inducido en el material (Bm) también cambiará a una nueva
orientación de forma que se oponga al campo Bo.
Por otra parte, al grado de magnetización de un material en respuesta a
un campo magnético externo, se le conoce como susceptibilidad. En el caso de
los materiales diamagnéticos la susceptibilidad es pequeña y negativa; a excepción de los superconductores, cuya
susceptibilidad es muy grande en módulo, lo cual significa que son capaces de
producir un campo nulo en su interior y de crear corrientes magnéticas
superficiales que originan el campo que se opone al exterior y que tiene como una
consecuencia la levitación del material en esas condiciones.
Ejemplos de materiales diamagnéticos:
Grafito
Cobre (Cu)
Plata (Ag)
Oro (Au)
Plomo (Pb)
Bismuto (Bi)
Ahora bien, los
materiales ferromagnéticos sí son atraídos por un imán y además son
susceptibles a ser magnetizados.
Para poder explicar cómo
es que ocurre dicho fenómeno, debemos considerar que la configuración en
sus átomos favorece la interacción entre los dipolos magnéticos, los cuales se
alinean paralelamente dentro de zonas llamadas dominios. Como estos dominios se
orientan aleatoriamente, no se genera imanación neta en el material, pero sí
queda un campo magnético remanente (a excepción de los materiales
ferromagnéticos duros o imanes permanentes que son imanados de forma
perdurable).
Ejemplos de materiales ferromagnéticos:
Hierro (Fe)
Cobalto (Co)
Níquel (Ni)
Por último, los materiales paramagnéticos los
materiales paramagnéticos son aquellos cuya suma neta de los momentos
magnéticos permanentes de sus átomos es nula. Como se mencionó al inicio, estos
materiales tienen un comportamiento magnético muy débil.
Si se aplica un campo
magnético exterior lo suficientemente grande, los momentos magnéticos de los
materiales paramagnéticos se tienden a ordenar de forma paralela al mismo. Por lo
tanto, los dipolos se orientan en la misma dirección y sentido que el campo
aplicado, por lo que la susceptibilidad magnética, aunque débil, es positiva.
Otra característica que los diferencia de los materiales ferromagnéticos es el hecho de
que cuando se elimina el campo externo aplicado el efecto del paramagnetismo
desaparece.
Algunos ejemplos de materiales paramagnéticos son:
Litio (Li)
Aluminio (Al)
Magnesio (Mg)
Cromo (Cr)
En conclusión, los materiales que se conocen en la
actualidad cuentan con un amplio estudio de sus propiedades, lo cual otorga a
los ingenieros las herramientas necesarias para diseñar máquinas eléctricas que
cumplan, de manera cabal, con todos los requerimientos que cada aplicación en
su ámbito particular demande.
Referencias bibliográficas
Enciclopedia de
conocimientos fundamentales, Vol. 5, UNAM-Siglo XXI, México 2010.
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