Breve historia del magnetismo II
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Hoy te queremos explicar la historia del magnetismo y cómo funciona, ya que, en otros artículos del blog hemos hablado del historia y origen de los pins.
El magnetismo surge de dos tipos de movimientos de electrones en los átomos: uno es el movimiento de los electrones en una órbita alrededor del núcleo, similar al movimiento de los planetas en nuestro sistema solar alrededor del sol, y el otro es el giro de los electrones. alrededor de su eje, análogo a la rotación de la Tierra alrededor de su propio eje. El movimiento orbital y de giro imparte independientemente un momento magnético a cada electrón, lo que hace que cada uno de ellos se comporte como un pequeño imán. El momento magnético de un imán se define por la fuerza de rotación que experimenta en un campo magnético de fuerza unitaria que actúa perpendicularmente a su eje magnético. En una gran fracción de los elementos, el momento magnético de los electrones se cancela debido al principio de exclusión de Pauli, que establece que cada órbita electrónica puede estar ocupada por solo dos electrones de espín opuesto. Sin embargo, varios de los denominados átomos de metales de transición, como el hierro, el cobalto y el níquel, tienen momentos magnéticos que no se cancelan; estos elementos son, por tanto, ejemplos habituales de materiales magnéticos. En estos elementos de metal de transición, el momento magnético surge solo del giro de los electrones. En los elementos de tierras raras (que comienzan con lantano en la sexta fila de la tabla periódica de elementos), sin embargo, el efecto del movimiento orbital de los electrones no se cancela y, por lo tanto, tanto el giro como el movimiento orbital contribuyen al momento magnético. Ejemplos de algunos elementos magnéticos de tierras raras son: cerio, neodimio, samario y europio. Además de metales y aleaciones de transición y elementos de tierras raras, también se observan momentos magnéticos en una amplia variedad de compuestos químicos que involucran a estos elementos. Entre los compuestos magnéticos comunes se encuentran los óxidos metálicos, que son composiciones de metales unidas químicamente con oxígeno.
El campo geomagnético de la Tierra es el resultado de corrientes eléctricas producidas por el lento movimiento convectivo de su núcleo líquido de acuerdo con una ley básica del electromagnetismo que establece que un campo magnético se genera por el paso de una corriente eléctrica. Según este modelo, el núcleo de la Tierra debería ser lo suficientemente conductor de electricidad para permitir la generación y el transporte de una corriente eléctrica. El campo geomagnético generado será de carácter dipolar, similar al campo magnético de un imán convencional, con líneas de fuerza magnética situadas en planos aproximados que pasan por el eje geomagnético. El principio de la aguja de la brújula utilizada por los antiguos marineros implica la alineación de una aguja magnetizada a lo largo del eje magnético de la Tierra con el polo sur imaginario de la aguja apuntando hacia el polo norte magnético de la Tierra. El polo norte magnético de la Tierra está inclinado en un ángulo de 11 grados con respecto a su polo norte geográfico.
Tipos de magnetismo
Se han observado y clasificado cinco tipos básicos de magnetismo sobre la base del comportamiento magnético de los materiales en respuesta a campos magnéticos a diferentes temperaturas. Estos tipos de magnetismo son: ferromagnetismo, ferrimagnetismo, antiferromagnetismo, paramagnetismo y diamagnetismo.
El ferromagnetismo y el ferrimagnetismo ocurren cuando los momentos magnéticos en un material magnético se alinean espontáneamente a una temperatura por debajo de la llamada temperatura de Curie, para producir magnetización neta. Los momentos magnéticos se alinean al azar a temperaturas por encima del punto de Curie, pero se ordenan, típicamente en una vertical o, en casos especiales, en una matriz en espiral (helicoidal), por debajo de esta temperatura. En un ferromaimán, momentos magnéticos de igual magnitud se disponen en paralelo entre sí. En un ferrimagnet, por otro lado, los momentos son desiguales en magnitud y orden en una disposición antiparalela. Cuando los momentos son iguales en magnitud y el orden ocurre a una temperatura llamada temperatura de Neel en una matriz antiparalela para no producir magnetización neta, el fenómeno se conoce como antiferromagnetismo. Estas transiciones del desorden al orden representan ejemplos clásicos de transiciones de fase. Otro ejemplo de una transición de fase es la congelación de las moléculas de agua desordenadas a una temperatura crítica de 32 ° F (0 ° C) para formar la estructura ordenada del hielo. Los momentos magnéticos, denominados espines, se localizan en los diminutos imanes electrónicos dentro de los átomos del sólido. Matemáticamente, los espines electrónicos son iguales al momento angular (la velocidad de rotación multiplicada por el momento de inercia) de los electrones en rotación. Los espines en un monocristal ferromagnético o ferrimagnético experimentan una alineación espontánea para formar un objeto magnetizado macroscópico (a gran escala). La mayoría de los sólidos magnéticos, sin embargo, no son monocristales, sino que consisten en dominios monocristalinos separados por paredes de dominio. Los espines se alinean dentro de un dominio por debajo de la temperatura de Curie, independientemente de cualquier campo magnético externo, pero los dominios deben estar alineados en un campo magnético para producir un objeto magnetizado macroscópico. Este proceso se efectúa por la rotación de la dirección de los espines en la pared del dominio bajo la influencia del campo magnético, lo que resulta en un desplazamiento de la pared y la eventual creación de un único dominio grande con la misma orientación de espín.
El paramagnetismo es una forma débil de magnetismo que se observa en sustancias que muestran una respuesta positiva a un campo magnético aplicado. Esta respuesta se describe por su susceptibilidad magnética por unidad de volumen, que es una cantidad adimensional definida por la relación entre el momento magnético y la intensidad del campo magnético. El paramagnetismo se observa, por ejemplo, en átomos y moléculas con un número impar de electrones, ya que aquí el momento magnético neto no puede ser cero. El diamagnetismo está asociado con materiales que tienen una susceptibilidad magnética negativa. Ocurre en sustancias no magnéticas como grafito, cobre, plata y oro, y en el estado superconductor de ciertos metales elementales y compuestos. La susceptibilidad magnética negativa en estos materiales es el resultado de una corriente inducida en las órbitas de los electrones de los átomos por el campo magnético aplicado. La corriente de electrones induce entonces un momento magnético de signo opuesto al del campo aplicado. El resultado neto de estas interacciones es que el material está protegido de la penetración por el campo magnético aplicado.
