Permeabilidad magnética para niños
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).
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:
.
En el Sistema Internacional, la permeabilidad se mide en henrios por metro (H/m).
Contenido
¿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:
- .
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:
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
En inglés: 