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Permeabilidad magnética para niños

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La permeabilidad magnética es una propiedad de los materiales que nos dice qué tan fácil es para un campo magnético pasar a través de ellos. También describe cómo un material puede crear o ser afectado por estos campos.

Se representa con el símbolo griego μ (se lee 'mu'). Esta propiedad se calcula dividiendo la inducción magnética (o densidad de flujo magnético, que es la fuerza del campo magnético dentro del material) entre la excitación magnética (la fuerza del campo magnético que se aplica al material).

\mu = \frac {B} {H}

Si la forma en que un material reacciona a un campo magnético es siempre la misma, decimos que su permeabilidad es constante. Esto significa que el material es "lineal". Si la permeabilidad es igual en todas partes del material, es "homogéneo". Y si no cambia sin importar la dirección, es "isotrópico".

El vacío, por ejemplo, es un material lineal, homogéneo e isotrópico. Su permeabilidad magnética, llamada permeabilidad del vacío, tiene un valor fijo:

{\textstyle \mu_0 = 4 \pi \times 10^{-7}~ \mathrm{T \cdot m \cdot A ^{-1} }}.

En el Sistema Internacional, la permeabilidad se mide en henrios por metro (H/m).

Archivo:Permeability by Zureks
Comparación de permeabilidades para: materiales ferromagnéticos (μf), paramagnéticos (μp), diamagnéticos (μd) y el vacío (μ0)

¿Cómo funciona la permeabilidad magnética?

En el estudio del electromagnetismo, existen dos tipos de campo magnético:

  • El campo magnetizante (H): Este campo se crea alrededor de las corrientes eléctricas y también sale de los polos de los imanes. Se mide en amperios por metro.
  • La densidad de flujo magnético (B): Este campo es el que realmente actúa sobre las cargas eléctricas, haciendo que se muevan o provocando la inducción electromagnética. Se mide en teslas.

La permeabilidad magnética nos ayuda a entender la relación entre estos dos campos. En muchos materiales (y en el vacío), el campo B y el campo H están directamente relacionados:

Error al representar (Falta el ejecutable <code>texvc</code>. Véase math/README para configurarlo.): \mathbf{B}=\mu \mathbf{H}

Aquí, μ es la permeabilidad, y su valor depende del material. La permeabilidad del vacío (μ0) es una constante física.

Sin embargo, en materiales muy magnéticos, como el hierro o los imanes permanentes, la relación entre H y B no siempre es sencilla. Estos materiales no solo tienen un comportamiento magnético complejo, sino que a veces "recuerdan" su magnetización anterior, un efecto llamado histéresis magnética.

Permeabilidad relativa y susceptibilidad magnética

La permeabilidad relativa, que se escribe Error al representar (Falta el ejecutable <code>texvc</code>. Véase math/README para configurarlo.): \mu_\mathrm{r} , es una forma de comparar la permeabilidad de un material con la del vacío. Se calcula dividiendo la permeabilidad del material entre la permeabilidad del vacío (μ0):

Error al representar (Falta el ejecutable <code>texvc</code>. Véase math/README para configurarlo.): \mu_\mathrm{r} = \frac \mu {\mu_0},

donde Error al representar (Falta el ejecutable <code>texvc</code>. Véase math/README para configurarlo.): \mu_0 \approx 4π × 10−7 H/m.

La susceptibilidad magnética (χm) es otro número que nos dice qué tan fácil es magnetizar un material. Está relacionada con la permeabilidad relativa así:

Error al representar (Falta el ejecutable <code>texvc</code>. Véase math/README para configurarlo.): \chi_m = \mu_r - 1.

Este número χm no tiene unidades.

Tipos de materiales según su permeabilidad

Los materiales se pueden clasificar en tres grupos principales según cómo reaccionan a los campos magnéticos:

Diamagnetismo: Materiales que repelen el campo

El diamagnetismo es una propiedad que hace que un objeto cree un campo magnético que se opone al campo magnético externo que se le aplica. Esto provoca un efecto de repulsión. Los materiales diamagnéticos tienen una permeabilidad magnética inferior a la del vacío (su permeabilidad relativa es menor que 1).

Esto ocurre porque el campo magnético externo cambia la forma en que los electrones giran alrededor de los núcleos de sus átomos, creando un pequeño campo magnético en la dirección opuesta. Este efecto es generalmente muy débil en la mayoría de los materiales. Un ejemplo de material diamagnético es el cobre. Los superconductores muestran un efecto diamagnético muy fuerte.

Paramagnetismo: Materiales que son ligeramente atraídos

El paramagnetismo es una forma de magnetismo que solo aparece cuando hay un campo magnético externo. Los materiales paramagnéticos son atraídos por los campos magnéticos, por lo que tienen una permeabilidad magnética relativa mayor que 1.

La atracción que experimentan es débil y proporcional a la fuerza del campo aplicado. A diferencia de los materiales ferromagnéticos, los paramagnéticos no se quedan magnetizados una vez que se quita el campo externo. Esto se debe a que el movimiento de los átomos hace que sus pequeños imanes internos se desordenen rápidamente. La mayoría de los materiales que encontramos en la naturaleza son paramagnéticos.

Ferromagnetismo: Materiales fuertemente atraídos y que pueden ser imanes

Los materiales ferromagnéticos son aquellos cuya permeabilidad magnética relativa es mucho mayor que 1. Atraen fuertemente el campo magnético hacia su interior. Son muy permeables, lo que significa que pueden magnetizarse fácilmente, por ejemplo, usando electroimanes.

Cuando se les aplica un campo magnético externo fuerte y luego se quita, estos materiales pueden convertirse en fuentes de campo magnético por sí mismos, es decir, en imanes permanentes. Esto sucede porque sus "dominios magnéticos" (pequeñas regiones dentro del material donde los imanes atómicos están alineados) se orientan en la misma dirección y se mantienen así por un tiempo. Por eso, el hierro, el cobalto y el níquel son ejemplos de materiales ferromagnéticos.

Permeabilidad magnética del vacío

La permeabilidad del vacío, también conocida como constante magnética, se representa con el símbolo μ0 y su valor en el SI es:

{\textstyle \mu_0 = 4 \pi \times 10^{-7}~ \mathrm{T \cdot m \cdot A ^{-1} }}.

Esta constante está relacionada con la permitividad eléctrica del vacío (ε0) y la velocidad de la luz en el vacío (c0) mediante la siguiente fórmula:

\varepsilon_0\mu_0 = \frac{1}{{c_0}^2}

Tabla de propiedades magnéticas de materiales

Aquí puedes ver una tabla con las propiedades magnéticas de algunos materiales comunes:

Material

Presentación

Composición aproximada (%)

Permeabilidad inicial (B=20, gauss)

Permeabilidad máxima

Densidad de saturación de flujo (B, gauss)

Fe Ni Co Mo Otros
Acero laminado en frío Lámina 98.5 --- --- --- --- 180 2000 21 000
Hierro Lámina 99.91 --- --- --- --- 200 5000 21 500
Hierro purificado Lámina 99.95 --- --- --- --- 5000 18000 21 500
Hierro al 4 % silicio - grano orientado Lámina
Lámina
96
97
---
---
---
---
---
---
4 Si
3 Si
500
1500
7000
30 000
19 700
20 000
45 Permalloy Lámina 54.6 45 --- --- --- 2500 25 000 16 000
Permalloy 45 Lámina 54.7 45 --- --- --- 4000 50 000 16 000
Hipernik Lámina 50 50 --- --- --- 4500 70 000 16 000
Monimax Lámina --- --- --- --- --- 2000 35 000 15 000
Sinimax Lámina --- --- --- --- --- 3000 34 000 11 000
Permalloy 78 Lámina 21.2 78.5 --- --- 0.3 Mn 8000 100 000 10 700
Permalloy 4-79 Lámina 16.7 79 --- 4 0.3 Mn 20 000 100 000 8700
Mu metal Lámina 18 75 --- 2 5 Cu 20 000 100 000 6500
Supermalloy Lámina 15.7 79 --- 4.3 --- 100 000 800 000 8000
Permendur Lámina 50.0 50.0 --- --- --- 800 5000 24 500
Permendur 2V Lámina 49 --- --- 49 2 V 800 4500 24 000
Hiperco Lámina 64 --- --- --- --- 650 10 000 24 200
Permalloy 2-81 Polvo aislado 17 --- --- --- --- 125 130 8000
Hierro Carbonyl Polvo aislado 99.9 --- --- --- --- 55 132 ---
Ferroxcube III Polvo sinterizado --- --- --- --- --- 1000 1500 2500

Véase también

Kids robot.svg En inglés: Permeability (electromagnetism) Facts for Kids

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