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EXPLICACIÓN DEL MAGNETISMO NATURAL I. Tipos de sustancias |
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A partir de la relación entre
estructura atómica y magnetismo,
lo primero que requiere explicación es el motivo de que la
mayoría de sustancias no presenten comportamiento magnético, a
pesar de que en todas ellas existen
innumerables y pequeñísimos imanes. Lógicamente, ello es debido
a que los campos magnéticos
elementales normalmente se contrarrestan. El campo magnético global de un
átomo es igual a la suma vectorial de todos los campos magnéticos
que aportan sus componentes individuales, principalmente los
electrones. Si el átomo tiene sus orbitales electrónicos
completamente llenos el campo magnético de todos los electrones se
cancela, porque los valores de espín de cada pareja que forma un orbital son opuestos. El razonamiento es extensible a la mayoría de materiales,
aunque tengan una
estructura más compleja que una meramente atómica (por ejemplo,
sustancias moleculares, macromoléculas, etc.), puesto que los
electrones de enlace en estas sustancias también forman
orbitales (en este caso, orbitales moleculares). |
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La aplicación en sentido
opuesto del razonamiento lleva plantear que en
algunas sustancias, los átomos o agrupaciones de ellos más o
menos complejas, están estructurados
de tal forma que los efectos magnéticos individuales se
refuerzan en lugar de anularse. Esta configuración es posible porque los
átomos con orbitales electrónicos semi-llenos sí tienen un
momento magnético distinto de cero (y cuya intensidad depende del
número de electrones desapareados o impares). Por regla general, ello no implica
una actividad magnética apreciable, porque los campos magnéticos de
diferentes átomos en la mayoría de los casos se siguen cancelando entre sí. Sin embargo,
existen unos pocos materiales que tienen una estructura
atómico-molecular especial, en la que los campos magnéticos de
nivel atómico se orientan en la misma dirección y, por tanto, se
refuerzan. |
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PERMEABILIDAD MAGNÉTICA RELATIVA DE ALGUNAS SUSTANCIAS |
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Diamagnéticas (m'
<1) |
Paramagnéticas (
m'
>1) |
Ferromagnéticas (m'
>>1) |
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Cobre 0'999991 |
Platino 1'000036 |
Hierro 300.000 |
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Bismuto 0'999824 |
Aluminio 1'000023 |
Níquel 300 |
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El valor del campo
magnético puede así variar sobre unos márgenes muy
amplios. Para indicar estos ordenes de magnitud se
adopta como referencia el valor de la
permeabilidad magnética del material, comparada con su valor en
el aire o el vacío
(m'=mmaterial/mvacío). De acuerdo con este criterio, las
sustancias o los materiales se clasifican en tres grandes
grupos, reseñados en la tabla adjunta. |
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La capacidad
que tiene un medio dado de transmitir la interacción magnética
también se puede relacionar con la densidad de líneas del campo
magnético que atraviesa dicho medio. Dicha densidad es mayor si la sustancia transmite bien el campo
magnético. En este caso, también es mayor el flujo de líneas de
dicho campo magnético a través de cualquier superficie
perpendicular a dichas líneas.
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Así, cuando se intercala una
sustancia diamagnética (la mayoría) entre los polos de
un imán, el campo magnético se debilita (las líneas de
fuerza se separan), si se coloca una sustancia
paramagnética, se refuerza ligeramente (las líneas se
juntan) y si se trata de una sustancia ferromagnética,
las se refuerza de forma considerable (las líneas se
aprietan fuertemente) |
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Valores de la inducción magnética |
(T) |
| Sala
blindada magnéticamente |
10-14 |
| Espacio
interestelar |
10-10 |
| Campo
magnético terrestre |
10-4 |
| Imán
potente |
0.1-0.5 |
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Electroimán industrial |
1-2 |
| Imán
superconductor |
5 |
| Estrella
de neutrones |
108 |
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En resumen, el
magnetismo es una propiedad general de la materia y se
manifiesta con mayor o menor intensidad dependiendo de
la estructura de cada material. En el contexto de la
física clásica decimos que esta estructura puede
favorecer que los campos magnéticos elementales
generados por las corrientes eléctricas de nivel atómico
se refuercen o provocar que se compensen entre ellas. En
el marco de la física cuántica actual, es más correcto
decir que la
estructura atómico-molecular puede favorecer que los momentos magnéticos
de los componentes individuales se sumen o se
contrarresten.
Como resultado de
ello, el valor del campo magnético, B,
puede variar entre márgenes muy amplios, tal como
refleja la tabla adjunta. |
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