Magnetismo de Los Materiales

Desde 800 años antes de Cristo, la humanidad descubrió el fenómeno natural del magnetismo. El nombre Magnetismo tuvo su origen en Magnesia, una antigua ciudad de Asia Menor . Sabían que ciertas piedras atraían el hierro, y que los trocitos de hierro atraídos atraían a su vez a otros. Estas se denominaron imanes naturales.

Historia

Historia

540 a.C Tales de Mileto El primer filósofo que estudió el fenómeno del magnetismo.

Siglo IV a.C. Imperio ChinoAparece la primera referencia a este fenómeno: en un manuscrito «La

magnetita atrae al hierro hacia sí o es atraída por éste».

20 - 100 d.C. Imperio ChinoAparece la primera mención sobre la atracción de una aguja: "la magnetita

atrae la aguja"

1031 - 1095 Shen KuaMejoró la precisión en la navegación empleando el concepto astronómico del

norte absoluto.

1820Hans Christian

Oersted

Descubrió que un hilo conductor sobre el que circulaba una corriente ejercía una perturbación magnética a su alrededor, que llegaba a mover una aguja

magnética situada en ese entorno

1850James Clerk

Maxwell Sintetizó estas observaciones en sus Ecuaciones de Maxwell. Unificó el

magnetismo y la electricidad en un solo campo,

1905 Albert EinsteinMostró que la electricidad y el magnetismo estaban fundamentalmente �

vinculadas.

El magnetismo no es más que el fenómeno físico asociado con la atracción de determinados materiales; es decir por medio del cual los materiales ejercen fuerza de atracción o de repulsión sobre otros materiales. Todos los materiales tienen propiedades magnéticas aunque sólo unos pocos las tienen en una medida mucho mayor que los demás.

Magnetismo

Materiales magnéticos

Los materiales magnéticos son aquellos que poseen una forma especializada de energía que esta relacionada con la radiación electromagnética, y sus propiedades y estructura se distinguen de los demás por las características magnéticas que poseen.

Materiales magnéticos

Podemos considerar elementos magnéticos a aquellos elementos de la tabla periódica que tienen electrones desapareados, pero en realidad esto no sucede, ya que sólo existen 3 elementos que se magnetizan al aplicarles un campo magnético, son el:

Hierro Cobalto Niquel

Un anillo de corriente eléctrica genera una región de atracción física, o campo magnético, el campo magnético no es mas que la región del espacio en la que se manifiestan los fenómenos magnéticos. Estos actúan según unas imaginarias "líneas de fuerza": éstas son el camino que sigue la fuerza magnética conocidas también como líneas de flujo magnético

Campo magnético

Forma del campo magnético formado por partículas magnéticas espolvoreadas sobre una superficie afectada por una barra imanada

Los campos magnéticos también son producidos por conductores portadores de corriente. La figura muestra la formación de un campo magnético alrededor de una larga bobina de hilo de cobre, llamada solenoide, cuya longitud es mayor que su radio.

Campo magnético

Un solenoide es una bobina de forma cilíndrica que cuenta con un hilo de material conductor enrollada sobre si a fin de que, con el paso de la corriente eléctrica, se genere un intenso campo eléctrico.

Tipos de materiales

ITEM TIPO DE MATERIAL EJEMPLO CARACTERISTICAS

1 No magnético No afecta el paso de las líneas de campo magnético.

2 DiamagnéticoMaterial débilmente magnético. Si se sitúa una barra magnética cerca de él, ésta lo

repele. Ejemplo: Bismuto, Plata, Plomo, agua.

3 ParamagnéticoPresenta un magnetismo significativo. Atraído por la barra magnética.

Ejemplo: Aire, Aluminio, Paladio, Magneto molecular.

4 FerromagnéticoMagnético por excelencia o fuertemente magnético. Atraído por la barra magnética.

Ejemplo: Hierro, Cobalto y Niquel, acero suave

5 AntiferroagnéticoNo magnético aún bajo acción de un campo magnético inducido.

Ejemplo: óxido de manganeso (MnO2).

6 FerrimagnéticoMenor grado magnético que los materiales ferromagnéticos.

Ejemplo: Ferrito de hierro.

7 SuperparamagnéticoMateriales ferromagnéticos suspendidos en una matriz dieléctrica.

Ejemplo: materiales utilizados en cintas de audio y video.

8 FerritasFerromagnético de baja conductividad eléctrica.

Ejemplo: utilizado como núcleo inductores para aplicaciones de corriente alterna.

De acuerdo a sus propiedades magnéticas y cuando los materiales se someten a un campo magnético, estos se pueden clasificar en:

Propiedades magnéticas

Diamagnéticos Paramagnéticos Ferromagnéticos Ferrimagnéticos

El diamagnetismo es una propiedad de los materiales que consiste en repeler los campos magnéticos. Cuando se someten a un campo, los dipolos se orientan produciendo campos magnéticos negativos, contrarios al campo aplicado

Diamagnéticos

Podemos mencionar a:

Bismuto metálico. Hidrógeno. Helio y demás gases nobles Cloruro de sodio. oro. Silicio. Grafito. Bronce y azufre.

Materiales diamagnéticos

El paramagnetismo es la tendencia de los momentos magnéticos libres (espín u orbitales) a alinearse paralelamente a un campo magnético. Este efecto desaparece al dejar de aplicar el campo magnético. Es decir que el paramagnetismo se produce cuando las moléculas de una sustancia tienen un momento magnético permanente.

Paramagnéticos


Paramagnéticos


Paramagnéticos


Paramagnéticos


Paramagnéticos

Son aquellos materiales atraídos por imanes, pero no se convierten en materiales permanentemente magnetizados.Algunos elementos son: Aluminio Magnesio Titanio Wolframio

Materiales paramagnéticos

El ferromagnetismo es un fenómeno físico en el que se produce ordenamiento magnético de todos los momentos magnéticos de una muestra, en la misma dirección y sentido. La interacción ferromagnética es la que hace que los momentos magnéticos tiendan a disponerse en la misma dirección y sentido.

Ferromagnéticos

Los materiales ferromagnéticos llegan a un momento en que aunque se siga aplicando el campo magnético no se magnetizan más y alcanza la inducción de saturación, y una vez retirado el campo no pierde toda la magnetización sino que la guarda en lo que se conoce como inducción remanente. Estos materiales son fuertemente atraídos por las zonas de campo magnético intenso. Se observa en: Hierro Níquel Cobalto y aleaciones

Materiales ferromagnéticos

El ferrimagnetismo es un fenómeno de magnetización permanente que poseen algunos cerámicos en el que se produce ordenamiento magnético de los momentos magnéticos de una muestra de modo que todos los momentos magnéticos están alineados en la misma dirección pero no en el mismo sentido.

Ferrimagnéticos

Esquema de ordenamiento ferrimagnético:

Los materiales ferrimagnéticos proceden normalmente de la ferrita. Las ferritas, siendo materiales cerámicos, son buenos aislantes eléctricos. En algunas aplicaciones magnéticas, tales como transformadores de alta frecuencia, se requiere una baja conductividad eléctrica.

Materiales ferrimagnéticos

Tipo de mat. magnéticos

Materiales magnéticos metálicos: Los materiales magnéticos metálicos comerciales más importantes son ferromagnéticos. En general, esos materiales se clasifican como blandos o duros. Los factores estructurales constitutivos que llevan a la dureza magnética son generalmente los mismos que los que provocan la dureza mecánica.


Materiales magnéticos blandos: se denomina materiales magnéticos blandos a los materiales ferromagnéticos con paredes de dominios magnéticos que se mueven fácilmente cuando se aplica un campo; es decir, que se pueden desmagnetizar.


Materiales magnéticos duros: Son aquellos con menor movilidad de las paredes de los dominios, lo que los hace ideales como imanes permanentes y usados raramente en aplicaciones de potencia de corriente alterna.


Materiales magnéticos cerámicos: Los materiales magnéticos cerámicos pueden dividirse en dos categorías: Materiales magnéticos de baja conductividad Materiales magnéticos súper conductores.


Materiales magnéticos de baja conductividad: Los materiales magnéticos cerámicos tradicionales, de importancia comercial, son ferrimagnéticos, tienen la baja conductividad características de los cerámicos. Los principales ejemplos son las ferritas.


Materiales magnéticos superconductores: Los magnéticos superconductores más potentes pertenecen a la familia de óxidos cerámicos, tradicionalmente incluidos en la categoría de aislante, presentan superconductividad con valores de temperatura crítica de los que era posible conseguir con los mejores superconductores metálicos.

Aplicaciones actuales

Indudablemente, la primera aplicación práctica del electromagnetismo es en la generación de energía eléctrica en corriente alterna, es decir, la que usamos cotidianamente en nuestros hogares, lugares de trabajo, comercio. Las telecomunicaciones actuales son otra de las aplicaciones prácticas del electromagnetismo.

Aplicaciones actuales

La navegación moderna, tanto marítima como aérea, también se beneficia del empleo de las ondas electromagnéticas, no sólo para los generadores embarcados o sus equipos de telecomunicaciones; El radar, que permite tanto a buques como aeronaves evitar obstáculos, también funciona gracias a la transmisión y recepción de este tipo de ondas.


La Los GPS que utilizamos actualmente también funcionan gracias a las ondas electromagnéticas: Los satélites transmiten señales que son detectadas por los equipos receptores, permitiéndoles conocer su posición concreta, altura y hasta velocidad real.

PROPIEDADES OPTICAS DE LOS MATERIALES

Materiales de Ingeniería

El estudio de las propiedades ópticas ha adquirido mucha importancia debido al crecimiento de la Tecnología. Transmisión de TV: aumentar anchos de banda y reducir costos. Materiales y dispositivos: láseres, guías de onda, fotodetectores, y su uso en equipos médicos, computación óptica, aplicaciones solares y optoelectrónica.

Introducción

Historia

4000 años atrás: el color lo utilizaban los chinos para determinar la composición del cobre fundido (contenido de Sn)

Galileo: Hace grandes descubrimientos en el campo de la óptica

Goethe 200 años atrás: en su "tratado del Color" indicó explicitamente que el color no es una propiedad de la materia.

A comienzos del siglo ocurrieron cambios fundamentales de cómo "vemos" la luz: Einstein explicó el fenómeno fotoeléctrico y

la dualidad de la luz (onda-partícula)

El termino "color" desaparece. Sergue Haroche y David Wineland, postulan que las propiedades ópticas se deben a las

interacciones entre la luz y los del material

Las propiedades ópticas es la interrelación entre un material y las radiaciones electromagnéticas en forma de ondas o partículas de energía, conocidas como fotones. Estas radiaciones pueden tener características que entran en nuestro espectro de luz visible, o ser invisibles para el ojo humano. Esta interacción produce una diversidad de efectos, como absorción, transmisión, reflexión, refracción y un comportamiento electrónico.

Definición

Las propiedades ópticas de un sólido están determinadas por cómo la luz interactúa con éste:

Cómo transmite la luz Cómo refleja la luz Cómo absorbe la luz. Cómo emite la luz

La interacción luz-materia depende de la naturaleza de la luz (onda-partícula).

Propiedades ópticas

Para que una sustancia emita energía continuamente es necesario el suministro constante de energía a los átomos para que los electrones puedan mantener su movimiento oscilatorio. Una de las formas posibles de suministrar energía es mediante

Emisión

la entrega de calor, o sea, estimulando el movimiento caótico de los átomos en todas direcciones lo cual trae como consecuencia choques interatómicos que sacan a los electrones de sus posiciones de equilibrio.

Existen dos tipos de emisión:

Emisión Espontánea: Proceso por el que un electrón en estado de reposo, al absorber un fotón lumínico, cambia a un estado excitado, inestable, con tendencia a volver a su estado de reposo, que alcanza liberando un fotón de energía.

Tipos de emisión

Existen dos tipos de emisión:

Emisión Estimulada: Si el electrón desde su estado excitado, es estimulado por una radiación exógena, emitirá dos fotones de idéntica energía en la misma dirección y en fase perfecta.

Tipos de emisión

La absorción de la luz es el fenómeno que consiste en la transformación de la energía luminosa en otro tipo de energía al propagarse la luz en una sustancia cualquiera. Este fenómeno se presenta con diferentes características en las distintas sustancias. Se dice que presentan absorción selectiva aquellos medios que absorben algunas frecuencias en mayor grado que otros. Por ejemplo los vidrios coloreados y las pinturas.

Propiedades ópticas: Absorción

Los medios llamados transparentes absorben muy poco la luz visible. Por ejemplo, el vidrio, el agua, el alcohol, el cuarzo, etc. Los medios opacos absorben fuertemente la luz visible de cualquier frecuencia de modo que sólo pueden ser atravesadas por la luz láminas muy delgadas de estos materiales. Ejemplo: metales, madera, rocas, etc.


Debe aclararse que existen medios que son transparentes para determinadas frecuencias pero que son opacos para otras. Tal es el caso del vidrio que es transparente para la luz visible pero opaco para la luz ultravioleta.


La reflexión es el cambio de dirección de un rayo o una onda que ocurre en la superficie de separación entre dos medios, de modo que regresa al medio inicial.

Propiedades ópticas: Reflexión

Dependiendo de la naturaleza de la superficie de separación, existen dos tipos de reflexión de la luz.

Reflexión especular: es aquella que se produce como en un espejo; cuando la superficie reflejante es lisa, los rayos reflejados son paralelos a los rayos incidentes, por lo que regresan mostrando la imagen.


Reflexión difusa: ocurre cuando no se conserva la imagen, pero sí se refleja la energía. En estos casos, si la superficie reflejante es áspera o irregular, los rayos reflejados no son paralelos a los rayos incidentes, por lo que solo se ve iluminada la superficie.


La transmisión se puede considerar una doble refracción. Si pensamos en un cristal; la luz sufre una primera refracción al pasar del aire al vidrio, sigue su camino y vuelve a refractarse al pasar de nuevo al aire. Si después de este proceso el rayo de luz no es desviado de su trayectoria se dice que la transmisión es regular como pasa en los vidrios transparentes.

Propiedades ópticas: Transmisión

Si se difunde en todas direcciones tenemos la transmisión difusa que es lo que pasa en los vidrios translúcidos. Y si predomina una dirección sobre las demás tenemos la mixta como ocurre en los vidrios orgánicos o en los cristales de superficie labrada.

Propiedades ópticas: Transmisión

Medios de transmisión: El medio de transmisión constituye el soporte físico a través del cual emisor y receptor pueden comunicarse en un sistema de transmisión de datos. Dependiendo de la forma de conducir la señal, los medios de transmisión se pueden clasificar en dos grandes grupos: medios de transmisión guiados y medios de transmisión no guiados. Según el sentido de la transmisión podemos encontrarnos con tres tipos diferentes: simplex, half-duplex y full-duplex. También los medios de transmisión se caracterizan por utilizarse en rangos de frecuencia de trabajo diferentes.

Medios de Transmisión

Los de transmisión guiados están constituidos por un cable quien se encarga de la conducción de las señales de un extremo a otro.

Medios de transmisión guiados

Las principales características: Tipo de conductor utilizado, Velocidad máxima de transmisión, Distancias máximas entre repetidoras. Inmunidad frente a interferencias electromagnéticas, Facilidad de instalación y Capacidad de soportar diferentes tecnologías de nivel de

enlace.

Medios de transmisión no guiados

TIPO DE MEDIO EJEMPLO CARACTERISTICAS

Par trenzadoConsiste en un par de hilos de cobre conductores

cruzados entre sí, con el objetivo de reducir el ruido de diafonía.

Cable coaxialSe compone de un hilo conductor, llamado núcleo, y un mallazo externo separados por un dieléctrico o aislante.

Fibra óptica

Es un enlace hecho con un hilo muy fino de material transparente de pequeño diámetro y recubierto de un

material opaco que evita que la luz se disipe.

Medios de transmisión no guiados

Los medios no guiados proporcionan un soporte para que las ondas se transmitan, pero no las dirigen; como ejemplo de ellos tenemos el aire y el vacío. La naturaleza del medio junto con la de la señal que se transmite a través de él constituyen los factores determinantes de las características y la calidad de la transmisión.

La refracción es el cambio brusco de dirección que sufre la luz al cambiar de medio. Este fenómeno se debe al hecho de que la luz se propaga a diferentes velocidades según el medio por el que viaja. El cambio de dirección es mayor, cuanto mayor es el cambio de velocidad, ya que la luz prefiere recorrer las mayores distancias en su desplazamiento por el medio que vaya más rápido.

Propiedades ópticas: Refracción

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