Susceptibilidad Susceptibilidad y Permeabilidad magnética e histéresis
Existen relaciones entre H, B y M que dependen de la naturaleza del material magnético y generalmente se obtienen a partir de experimentos. En una extensa cantidad de materiales isotrópicos y lineales existe una relación entre M y H, dada por:
= donde la cantidad escalar y adimensional se llama Susceptibilidad Magnética. Si > 0 , el material se llama paramag llama paramagnético nético y la inducción magnética se refuerza con la presencia del material. Si < 0, el material es diamagnético y diamagnético y la inducción magnética se debilita con la presencia del material. es función de la temperatura, y muchas veces varia muy drásticamente con ella, pero para ambos tipos de materiales la susceptibilidad toma valores muy pequeños:
| | ≪ 1 También existen otras maneras de expresar la susceptibilidad que son: 1) Susceptibilidad de masa: se define como susceptibilidad magnética por unidad de densidad.
, =
2) Susceptibilidad molar: se molar: se define como susceptibilidad magnética por mol:
, =
donde A es el peso molecular de la sustancia.
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Algunos valores de susceptibilidad magnética se dan en la siguiente tabla:
Si existe una relación lineal entre M y H, entonces implica que también existe una relación lineal entre B y H:
= donde es la permeabilidad magnética del material que se puede obtener de la siguiente manera:
Recordando el vector intensidad magnética H, tenemos que:
=
=
1
1
− pero =
−
(1 + ) =
1
2
y recordando que B=
(1 + ) =
1
= (1 + ) Si dividimos en ambos miembros, tenemos:
=
= 1 +
esta cantidad se llama permeabilidad relativa y se suele tabular en lugar de . Algunos valores de se muestran en la tabla siguiente:
Dónde: Ms: magnetización de saturación, Hs: intensidad magnética para la saturación, Hc: coercitividad, Br: Remanencia magnética.
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Además, existe otra clase de materiales magnético llamados ferromagnéticos. Estos materiales se caracterizan por una posible magnetización permanente y porque su presencia tiene un efecto muy significativo sobre la inducción magnética. Los materiales ferromagnéticos no son lineales de modo que no se pueden aplicar las ecuaciones vistas anteriormente. Sin embargo, podemos definir a como:
() =
al definirse la permeabilidad magnética de esta manera su valor puede ser −∞ < < +∞, por lo que siempre se estudia cada problema de ferromagnetismo por separado donde se trata de determinar que regiones del diagrama B(H) que es importante para cada caso en particular, luego se hacen cálculos apropiados de aproximación para esta región. Histéresis: Primero consideremos un material ferromagnético desmagnetizado. Si la intensidad magnética, inicialmente cero, aumenta monotónicamente, entonces la relación entre B y H trazara la siguiente curva de magnetización del material :
observando la curva podemos ver que la permeabilidad máxima en el “codo” de la curva, en alguno de los materiales la permeabilidad máxima llega a 10 5 , pero en otros mucho menor. La razón de que se presente el codo en la curva es que la
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magnetización M se aproxima a un valor máximo en el material y el campo de inducción B solo aumenta por la intensidad magnética H:
= ( + ) El valor máximo de la magnetización M se conoce como magnetización de saturación del material. La saturación magnética del material ocurre porque todos los dipolos magnéticos se alinean con el campo magnético, lo cual hace que el campo magnético en el material solo aumente por la intensidad del campo magnético y ya no por la magnetización del material, ver la siguiente figura:
Si a continuación la intensidad magnética se reduce, la relación H-B no regresa por la misma curva, si no que ahora se mueve sobre otra curva distinta hasta un punto r. La magnetización, una vez establecida, no desaparece con la eliminación de H; es más, se requiere de una intensidad magnética invertida para poder reducir la magnetización a cero. Si B continúa aumentando, pero en sentido contrario, M (y en consecuencia B) se establecerá en sentido contrario comenzando a apreciar una simetría. Finalmente, cuando H aumenta de nuevo, el punto de operación sigue la curva inferior. Por lo tanto, la curva B-H es completamente distinta cuando H crece a cuando decrece. Este fenómeno se llama histéresis, del griego histeros, que significa quedar detrás; literalmente la magnetización queda detrás del campo excitante. El valor de B en el punto r se llama remanencia, mientras que la magnitud de H en el punto c se llama fuerza coercitiva o coercitividad del material. El ciclo de histéresis se ve en la siguiente figura:
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y algunas de las propiedades magnéticas de los materiales ferromagnéticos se observan en la siguiente tabla:
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