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Susceptibilidad magnética para niños

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En el mundo del electromagnetismo, existe una propiedad muy interesante de los materiales llamada susceptibilidad magnética (se representa con el símbolo griego \chi). Esta palabra viene del latín y significa "receptivo".

La susceptibilidad magnética es como un "termómetro" que nos dice qué tan fácil es para un material volverse magnético cuando está cerca de un campo magnético. Es una medida que no tiene unidades, es decir, es un número puro. Está muy relacionada con la permeabilidad magnética, que nos dice cuánta magnetización total puede tener un material.

¿Qué es la Susceptibilidad Magnética Volumétrica?

La susceptibilidad magnética volumétrica, que a veces se escribe como \chi_v o simplemente \chi, nos ayuda a entender cómo un material responde a un campo magnético. En el Sistema Internacional de Unidades, se define con esta fórmula:

\mathbf{M} = \chi_v \mathbf{H}

Aquí, M es la magnetización del material, que es como la fuerza magnética que adquiere por unidad de volumen. Se mide en amperios por metro. Y H es la intensidad del campo magnético que se le aplica, también en amperios por metro.

Como puedes ver, si dividimos M entre H, obtenemos \chi_v, que no tiene unidades.

La inducción magnética B (que es la fuerza total del campo magnético dentro del material) se puede calcular así:

\mathbf{B} \ = \ \mu_0(\mathbf{H} + \mathbf{M}) \ = \ \mu_0(1+\chi_v) \mathbf{H} \ = \ \mu \mathbf{H}

Donde μ0 es la permeabilidad magnética del espacio vacío (como el aire) y (1+\chi_v) es la permeabilidad relativa del material. Esto significa que la susceptibilidad magnética volumétrica \chi_v y la permeabilidad magnética \mu están conectadas por esta fórmula:

\mu = \mu_0(1+\chi_v)\, .

Otros Tipos de Susceptibilidad Magnética

Además de la susceptibilidad volumétrica, existen otras formas de medir esta propiedad:

  • Susceptibilidad magnética de masa (Error al representar (Falta el ejecutable <code>texvc</code>. Véase math/README para configurarlo.): \chi_\text{masa} o Error al representar (Falta el ejecutable <code>texvc</code>. Véase math/README para configurarlo.): \chi_g ): Esta se usa para comparar materiales de diferentes densidades. Se calcula dividiendo la susceptibilidad volumétrica entre la densidad del material. Sus unidades son metros cúbicos por kilogramo (m³·kg⁻¹) en el SI.
  • Susceptibilidad magnética molar (Error al representar (Falta el ejecutable <code>texvc</code>. Véase math/README para configurarlo.): \chi_\text{mol} ): Esta es útil para comparar la respuesta magnética de diferentes sustancias a nivel de sus moléculas. Se calcula multiplicando la susceptibilidad de masa por la masa molar del material. Sus unidades son metros cúbicos por mol (m³·mol⁻¹) en el SI.

Las fórmulas son:

\chi_\text{masa} = \chi_v/\rho
\chi_\text{mol} = M\chi_\text{masa} = M\chi_v/\rho

Donde ρ es la densidad y M es la masa molar.

¿Qué nos dice el valor de la Susceptibilidad Magnética?

El valor de la susceptibilidad magnética (\chi) nos ayuda a clasificar los materiales según cómo reaccionan a un campo magnético:

  • Materiales paramagnéticos: Si \chi es un número positivo, el material es paramagnético. Esto significa que, cuando un campo magnético lo atraviesa, el material se magnetiza en la misma dirección que el campo, ¡haciéndolo más fuerte! Sin embargo, esta magnetización desaparece cuando el campo externo se quita.
  • Materiales diamagnéticos: Si \chi es un número negativo, el material es diamagnético. En este caso, el material se magnetiza en la dirección opuesta al campo, ¡debilitándolo un poco! Al igual que los paramagnéticos, pierden su magnetización cuando el campo externo se va.
  • Materiales ferromagnéticos, ferrimagnéticos o antiferromagnéticos: Estos materiales tienen una susceptibilidad magnética positiva y son especiales porque pueden mantener su magnetización incluso después de que el campo magnético externo desaparece. Son los que usamos para hacer imanes permanentes.

¿Cómo se Mide la Susceptibilidad Magnética?

Para saber la susceptibilidad magnética de un material, se mide la fuerza que experimenta cuando se le aplica un campo magnético que cambia de intensidad.

Antiguamente, se usaba una balanza de Gouy. Se colgaba una muestra del material entre los polos de un electroimán. Cuando se encendía el electroimán, el peso de la muestra cambiaba, y ese cambio era proporcional a su susceptibilidad magnética.

Hoy en día, se usan imanes muy potentes, a menudo superconductores. Un método moderno y muy común es la balanza de Evans, que mide cómo se desvía una muestra en un campo magnético. Para líquidos, se puede medir observando cómo cambia la frecuencia en su resonancia magnética nuclear.

Ejemplos de Susceptibilidad Magnética

Aquí tienes una tabla con la susceptibilidad magnética de algunos materiales comunes:

Susceptibilidad magnética de algunos materiales
Material Temperatura Presión \chi_{\text{mol}} (susc. molar) \chi_{\text{masa}} (susc. de masa) \chi_{v} (susc. volumétrica) M (masa molar) \rho (densidad)
Unidades (°C) (atm) SI
(m³·mol−1)		 CGS
(cm³·mol−1)		 SI
(m³·kg−1)		 CGS
(cm³·g−1)		 SI
 CGS
(emu)		 (10−3 kg/mol)
or (g/mol)		 (103 kg/m³)
o (g/cm³)
agua 20 1 −1.631×10−10 −1.298×10−5 −9.051×10−9 −7.203×10−7 −9.035×10−6 −7.190×10−7 18.015 0.9982
bismuto 20 1 −3.55×10−9 −2.82×10−4 −1.70×10−8 −1.35×10−6 −1.66×10−4 −1.32×10−5 208.98 9.78
diamante temperatura ambiente 1 −7.4×10−11 −5.9×10−6 −6.2×10−9 −4.9×10−7 −2.2×10−5 −1.7×10−6 12.01 3.513
grafito \chi_{\perp}(al eje "c") temperatura ambiente 1 −7.5×10−11 −6.0×10−6 −6.3×10−9 −5.0×10−7 −1.4×10−5 −1.1×10−6 12.01 2.267
grafito \chi_{||} temperatura ambiente 1 −3.2×10−9 −2.6×10−4 −2.7×10−7 −2.2×10−5 −6.1×10−4 −4.9×10−5 12.01 2.267
grafito \chi_{||} -173 1 −4.4×10−9 −3.5×10−4 −3.6×10−7 −2.9×10−5 −8.3×10−4 −6.6×10−5 12.01 2.267
He 20 1 −2.38×10−11 −1.89×10−6 −5.93×10−9 −4.72×10−7 −9.85×10−10 −7.84×10−11 4.0026 0.000166
Xe 20 1 −5.71×10−10 −4.54×10−5 −4.35×10−9 −3.46×10−7 −2.37×10−8 −1.89×10−9 131.29 0.00546
O2 20 0.209 4.3×10−8 3.42×10−3 1.34×10−6 1.07×10−4 3.73×10−7 2.97×10−8 31.99 0.000278
N2 20 0.781 −1.56×10−10 −1.24×10−5 −5.56×10−9 −4.43×10−7 −5.06×10−9 −4.03×10−10 28.01 0.000910
Al 1 2.2×10−10 1.7×10−5 7.9×10−9 6.3×10−7 2.2×10−5 1.75×10−6 26.98 2.70
Ag 961 1 −2.31×10−5 −1.84×10−6 107.87

Galería de imágenes

  • Gouy balance.svg

    Balanza de Gouy, un método para medir la susceptibilidad magnética.

Véase también

Kids robot.svg En inglés: Magnetic susceptibility Facts for Kids

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