Susceptibilidad magnética

Se el primero en calificar

Ultima edición el 21 septiembre, 2023

La susceptibilidad magnética se refiere a la capacidad que tienen los materiales para magnetizarse en presencia de un campo magnético externo. Este fenómeno ocurre debido a la presencia de electrones en los átomos que componen los materiales, los cuales generan un momento magnético que interactúa con el campo magnético externo y produce una magnetización neta. La susceptibilidad magnética es una propiedad importante en diversas áreas de la física, la química, la geología y la biología, entre otras, ya que permite entender y controlar las propiedades magnéticas de los materiales y su comportamiento en diferentes situaciones. En esta presentación, se abordará el concepto de susceptibilidad magnética, su relación con otros parámetros magnéticos, sus aplicaciones en diferentes campos y las técnicas experimentales utilizadas para medirla.

Indice de contenidos

Concepto de susceptibilidad magnética.

La susceptibilidad magnética es una propiedad física que describe la facilidad con la que un material se magnetiza en respuesta a un campo magnético aplicado. En otras palabras, es una medida de la capacidad de un material para interactuar con un campo magnético.

¿Cómo se mide la susceptibilidad magnética?

La susceptibilidad magnética se mide en unidades de volumen, como la SI (Sistema Internacional de Unidades) de la masa magnética por unidad de volumen. Se puede medir utilizando diferentes técnicas, como la espectroscopía de resonancia magnética nuclear (RMN), la magnetometría de SQUID (Superconducting Quantum Interference Device), la magnetometría de vibración de muestra (VSM) y la susceptometría.

Tipos de susceptibilidad magnética

Hay dos tipos de susceptibilidad magnética: la susceptibilidad magnética paramagnética y la susceptibilidad magnética diamagnética.

Susceptibilidad magnética paramagnética

Los materiales paramagnéticos son aquellos que tienen átomos con espines no apareados, lo que significa que tienen un momento magnético neto. Cuando se coloca un material paramagnético en un campo magnético externo, los momentos magnéticos de los átomos se alinean con el campo, lo que hace que el material se magnetice. La susceptibilidad magnética paramagnética es positiva.

Susceptibilidad magnética diamagnética

Los materiales diamagnéticos son aquellos que no tienen átomos con espines no apareados y, por lo tanto, no tienen momento magnético neto. Cuando se coloca un material diamagnético en un campo magnético externo, los electrones en los átomos se mueven en círculos opuestos al campo, lo que causa una debilidad en la magnetización. La susceptibilidad magnética diamagnética es negativa.

Ejemplos de materiales con diferentes susceptibilidades magnéticas

Algunos ejemplos de materiales con diferentes susceptibilidades magnéticas son:

  • Materiales paramagnéticos: hierro, níquel, cobalto, gadolinio, platino.
  • Materiales diamagnéticos: cobre, plata, oro, bismuto, mercurio.

Aplicaciones de la susceptibilidad magnética

La susceptibilidad magnética tiene muchas aplicaciones en la física, la química, la geología y la medicina. Por ejemplo:

  • En la física, la susceptibilidad magnética se utiliza para estudiar la estructura de los cristales y los materiales magnéticos.
  • En la química, se utiliza para estudiar la estructura y la reactividad de los compuestos moleculares.
  • En la geología, se utiliza para estudiar la composición y la estructura de las rocas y los minerales.
  • En la medicina, se utiliza para estudiar el cerebro y el sistema nervioso central mediante la resonancia magnética.

Hay dos tipos de susceptibilidad magnética: la susceptibilidad magnética paramagnética y la susceptibilidad magnética diamagnética. La susceptibilidad magnética se utiliza en una amplia gama de aplicaciones científicas y médicas.

Aplicaciones de la susceptibilidad magnética.

La susceptibilidad magnética es una propiedad física que indica cómo un material responde a un campo magnético externo.

Aplicaciones en la geología

La susceptibilidad magnética es una herramienta útil en la exploración geológica y la prospección de minerales. Los minerales con diferentes propiedades magnéticas pueden ser identificados y mapeados gracias a la medición de la susceptibilidad magnética. Además, la susceptibilidad magnética se utiliza en la datación de rocas, ya que las rocas sedimentarias pueden registrar cambios en la dirección y la intensidad del campo magnético terrestre a lo largo del tiempo.

Aplicaciones en la arqueología

La susceptibilidad magnética también es utilizada en la arqueología para la detección de artefactos y estructuras enterradas. La presencia de materiales magnéticos en el suelo, como cerámica o hierro, pueden ser detectados mediante la medición de la susceptibilidad magnética y utilizados para la identificación de sitios arqueológicos.

Aplicaciones en la medicina

La susceptibilidad magnética también tiene aplicaciones en la medicina, especialmente en la resonancia magnética (RM). La RM utiliza la susceptibilidad magnética de los tejidos para generar imágenes del cuerpo humano. Los tejidos con diferentes susceptibilidades magnéticas, como el aire y el hueso, pueden ser diferenciados en las imágenes de RM.

Aplicaciones en la investigación de materiales

La susceptibilidad magnética se utiliza en la investigación de materiales para la caracterización de propiedades magnéticas. Por ejemplo, la susceptibilidad magnética se utiliza en la investigación de materiales ferromagnéticos, que tienen propiedades magnéticas fuertes y son utilizados en la fabricación de imanes.

Su capacidad para medir cómo los materiales responden a los campos magnéticos ha llevado a su uso en diversas áreas de la ciencia y la tecnología.

Medidas de susceptibilidad magnética.

La susceptibilidad magnética es una propiedad física que indica la capacidad de un material para magnetizarse en presencia de un campo magnético. Esta propiedad se mide en diferentes unidades y con distintos métodos, dependiendo del uso que se le quiera dar. A continuación, se describen algunas de las medidas más comunes:

Te interesará:  Resistencia de alambre enrollado

Susceptibilidad Magnética Volumétrica

La susceptibilidad magnética volumétrica (χv) se define como la relación entre la magnetización (M) y el campo magnético aplicado (H) en un material. Esta medida se expresa en unidades de volumen, como m^3/kg. La fórmula para calcular la χv es:

χv = M/H

Susceptibilidad Magnética Específica

La susceptibilidad magnética específica (χs) es una medida de la magnetización por unidad de masa de un material. Esta medida se expresa en unidades de masa, como kg/m^3. La fórmula para calcular la χs es:

χs = M/(H x ρ)

Donde ρ es la densidad del material.

Susceptibilidad Magnética Molar

La susceptibilidad magnética molar (χm) es una medida de la magnetización por mol de un material. Esta medida se expresa en unidades de mol/L. La fórmula para calcular la χm es:

χm = M/(H x n)

Donde n es el número de moles del material.

Medidas de Susceptibilidad Magnética en la Geología

En la geología, la susceptibilidad magnética se utiliza para estudiar la composición mineral de las rocas y su historia geológica. Algunas de las medidas de susceptibilidad magnética más comunes en geología son:

  • Susceptibilidad Magnética Total (χt): es la medida de la magnetización total de una roca en un campo magnético uniforme. Esta medida se utiliza para identificar la presencia de minerales magnéticos en la roca.
  • Susceptibilidad Magnética Anisotrópica (χa): es la medida de la variación de la susceptibilidad magnética en diferentes direcciones de una roca. Esta medida se utiliza para estudiar la orientación de los minerales magnéticos en la roca y su relación con la estructura geológica.
  • Susceptibilidad Magnética Termorremanente (χtrm): es la medida de la magnetización residual que queda en una roca después de ser sometida a altas temperaturas. Esta medida se utiliza para estudiar la historia térmica de la roca y su relación con los procesos geológicos.

Las medidas de susceptibilidad magnética más comunes son la volumétrica, la específica y la molar, y en geología se utilizan medidas como la total, la anisotrópica y la termorremanente.

Características de las muestras susceptibles a los campos magnéticos.

La susceptibilidad magnética es una medida de la capacidad de un material para magnetizarse en presencia de un campo magnético externo. La susceptibilidad magnética se utiliza en una variedad de aplicaciones, como la geología, la física y la química.

Características de las muestras susceptibles a los campos magnéticos:

  • Composición química: Algunos materiales son más susceptibles a los campos magnéticos que otros debido a su composición química. Por ejemplo, los materiales ferromagnéticos, como el hierro, el níquel y el cobalto, tienen una alta susceptibilidad magnética porque contienen átomos con espines magnéticos.
  • Tamaño de partícula: Las partículas más pequeñas tienen una mayor susceptibilidad magnética que las partículas más grandes. Esto se debe a que las partículas más pequeñas tienen una mayor relación área-volumen, lo que significa que la mayoría de los átomos se encuentran en la superficie de la partícula y están más expuestos al campo magnético.
  • Temperatura: La susceptibilidad magnética de algunos materiales varía con la temperatura. Por ejemplo, los materiales paramagnéticos, como el oxígeno y el aluminio, tienen una susceptibilidad magnética que disminuye con la temperatura.
  • Historia térmica: La susceptibilidad magnética de un material puede depender de su historia térmica. Por ejemplo, los materiales ferromagnéticos pueden experimentar una magnetización remanente después de ser sometidos a un campo magnético, lo que significa que siguen siendo magnéticos incluso después de que se elimina el campo magnético.
  • Presencia de impurezas: La presencia de impurezas en un material puede afectar su susceptibilidad magnética. Por ejemplo, la presencia de impurezas paramagnéticas en un material ferromagnético puede disminuir su susceptibilidad magnética.

Estas características deben ser consideradas al seleccionar una muestra para su estudio en un campo magnético.

Métodos de medición de la susceptibilidad magnética.

La susceptibilidad magnética es una propiedad de los materiales que describe su respuesta ante un campo magnético externo. Esta propiedad es importante en diversas áreas, como la geología, la física y la medicina. Para medir la susceptibilidad magnética, se utilizan distintos métodos que se describen a continuación:

Método de la balanza de Schimdt

Este método se basa en medir el cambio en la fuerza gravitatoria que experimenta una muestra cuando se somete a un campo magnético. La muestra se coloca en una balanza de Schimdt y se mide su peso en dos posiciones: con el campo magnético aplicado y sin él. La diferencia en el peso indica la susceptibilidad magnética de la muestra.

Método de la bobina de Helmholtz

En este método, se utiliza una bobina de Helmholtz para generar un campo magnético uniforme. La muestra se coloca en el centro de la bobina y se mide la intensidad del campo magnético en ese punto. Luego, se aplica un campo magnético adicional y se mide la intensidad resultante. La diferencia en la intensidad del campo magnético indica la susceptibilidad magnética de la muestra.

Método de la resonancia magnética nuclear (RMN)

Este método se basa en la interacción entre un campo magnético externo y los núcleos de los átomos de la muestra. La muestra se coloca en un equipo de RMN y se somete a un campo magnético externo. Luego, se aplica un campo magnético adicional y se mide la frecuencia de resonancia de los núcleos. La diferencia en la frecuencia indica la susceptibilidad magnética de la muestra.

Método de la susceptometría de inducción

En este método, se utiliza un sistema de bobinas para generar un campo magnético alterno. La muestra se coloca en el centro de las bobinas y se mide la corriente inducida en ellas. Luego, se aplica un campo magnético adicional y se mide la corriente resultante. La diferencia en la corriente indica la susceptibilidad magnética de la muestra.

Cada método tiene sus ventajas y desventajas, y se selecciona según las características de la muestra y el propósito de la medición.

Estudios sobre la susceptibilidad magnética.

La susceptibilidad magnética es la medida de la capacidad de un material para responder a un campo magnético externo. Los estudios sobre la susceptibilidad magnética son fundamentales para entender las propiedades magnéticas de los materiales.

Tipos de estudios sobre la susceptibilidad magnética:

  • Estudios de campo magnético: se mide la respuesta magnética de un material a un campo magnético externo. Se utiliza un magnetómetro para medir la intensidad del campo magnético necesario para magnetizar el material.
  • Estudios de temperatura: se estudia la variación de la susceptibilidad magnética en función de la temperatura. Se utiliza un criostato para controlar la temperatura del material y un magnetómetro para medir la respuesta magnética.
  • Estudios de frecuencia: se estudia la respuesta magnética de un material a diferentes frecuencias de campo magnético. Se utiliza un espectrómetro de susceptibilidad magnética para medir la respuesta magnética en función de la frecuencia.
Te interesará:  Voltajes en líneas de transmisión de energía o voltajes de transmisión

Importancia de los estudios sobre la susceptibilidad magnética:

Los estudios sobre la susceptibilidad magnética son importantes en muchas áreas, incluyendo:

  • Geología: se utiliza para estudiar la composición y propiedades magnéticas de las rocas y minerales.
  • Física de materiales: se utiliza para estudiar las propiedades magnéticas de los materiales y su comportamiento en diferentes condiciones.
  • Medicina: se utiliza para estudiar la susceptibilidad magnética de los tejidos biológicos y su relación con enfermedades como la esclerosis múltiple y el Alzheimer.

Ejemplo de aplicación de los estudios sobre la susceptibilidad magnética:

Un ejemplo de aplicación de los estudios sobre la susceptibilidad magnética es en la exploración geofísica para la detección de yacimientos minerales. La presencia de ciertos minerales en la corteza terrestre puede producir anomalías magnéticas que pueden ser detectadas mediante estudios de la susceptibilidad magnética. Estos estudios pueden ser útiles para la exploración de yacimientos minerales y la planificación de la extracción minera.

Variación de la susceptibilidad magnética según la temperatura.

La susceptibilidad magnética es una medida de la facilidad con la que un material puede ser magnetizado en presencia de un campo magnético. Esta propiedad puede variar según la temperatura a la que se encuentra el material, lo que es de gran importancia en diversas aplicaciones.

Cuando un material es sometido a un campo magnético, los electrones dentro del material se alinean en la dirección del campo magnético. La susceptibilidad magnética mide la magnitud de este alineamiento y, por lo tanto, la facilidad con la que el material puede ser magnetizado.

La susceptibilidad magnética de un material puede cambiar con la temperatura debido a varios factores. Uno de ellos es el movimiento térmico de los electrones dentro del material, que puede perturbar el alineamiento de los electrones y reducir la susceptibilidad magnética.

Además, algunos materiales pueden experimentar una transición de fase magnética a una cierta temperatura, lo que puede cambiar drásticamente su susceptibilidad magnética. Por ejemplo, el hierro puede experimentar una transición de fase magnética a una temperatura de 770°C, lo que resulta en una disminución significativa de su susceptibilidad magnética.

En algunos materiales, la susceptibilidad magnética puede aumentar con la temperatura. Este fenómeno se conoce como paramagnetismo de Curie y es causado por la agitación térmica de los electrones dentro del material, que aumenta su contribución al alineamiento magnético.

Comprender cómo varía la susceptibilidad magnética con la temperatura es esencial para diseñar y utilizar materiales magnéticos de manera efectiva.

Variación de la susceptibilidad magnética según la temperatura.

La susceptibilidad magnética es una medida de la facilidad con la que un material puede ser magnetizado en presencia de un campo magnético. Esta propiedad puede variar según la temperatura a la que se encuentra el material, lo que es de gran importancia en diversas aplicaciones.

Cuando un material es sometido a un campo magnético, los electrones dentro del material se alinean en la dirección del campo magnético. La susceptibilidad magnética mide la magnitud de este alineamiento y, por lo tanto, la facilidad con la que el material puede ser magnetizado.

La susceptibilidad magnética de un material puede cambiar con la temperatura debido a varios factores. Uno de ellos es el movimiento térmico de los electrones dentro del material, que puede perturbar el alineamiento de los electrones y reducir la susceptibilidad magnética.

Además, algunos materiales pueden experimentar una transición de fase magnética a una cierta temperatura, lo que puede cambiar drásticamente su susceptibilidad magnética. Por ejemplo, el hierro puede experimentar una transición de fase magnética a una temperatura de 770°C, lo que resulta en una disminución significativa de su susceptibilidad magnética.

En algunos materiales, la susceptibilidad magnética puede aumentar con la temperatura. Este fenómeno se conoce como paramagnetismo de Curie y es causado por la agitación térmica de los electrones dentro del material, que aumenta su contribución al alineamiento magnético.

Comprender cómo varía la susceptibilidad magnética con la temperatura es esencial para diseñar y utilizar materiales magnéticos de manera efectiva.

Modelos teóricos de susceptibilidad magnética.

La susceptibilidad magnética es una propiedad física de los materiales que describe la respuesta de estos a un campo magnético externo. Existen varios modelos teóricos que intentan explicar esta propiedad, y a continuación se describen algunos de los más relevantes.

Modelo de Langevin

Este modelo teórico describe la susceptibilidad magnética de los materiales paramagnéticos, que son aquellos que experimentan una atracción por un campo magnético externo. El modelo se basa en la idea de que los átomos o moléculas del material tienen momentos magnéticos intrínsecos que pueden alinearse con el campo magnético externo. Según el modelo de Langevin, la susceptibilidad magnética de un material paramagnético es proporcional a la magnetización del material y a la temperatura, y se puede expresar mediante la siguiente ecuación:

χ = C/T

Donde χ es la susceptibilidad magnética, C es una constante de proporcionalidad y T es la temperatura absoluta.

Modelo de Curie

Este modelo teórico describe la susceptibilidad magnética de los materiales ferromagnéticos, que son aquellos que experimentan una fuerte atracción por un campo magnético externo y pueden retener su magnetización incluso cuando se retira el campo magnético. El modelo se basa en la idea de que los átomos o moléculas del material tienen momentos magnéticos intrínsecos que interactúan entre sí y pueden alinearse en la misma dirección, lo que produce una magnetización neta. Según el modelo de Curie, la susceptibilidad magnética de un material ferromagnético es inversamente proporcional a la temperatura absoluta y se puede expresar mediante la siguiente ecuación:

χ = C/(T – θ)

Donde χ es la susceptibilidad magnética, C es una constante de proporcionalidad y θ es la temperatura de Curie, que es la temperatura por encima de la cual el material pierde su magnetización.

Modelo de Pauli

Este modelo teórico describe la susceptibilidad magnética de los materiales diamagnéticos, que son aquellos que experimentan una repulsión por un campo magnético externo. El modelo se basa en la idea de que los electrones del material tienen momentos magnéticos intrínsecos que se oponen al campo magnético externo, lo que produce una magnetización neta negativa. Según el modelo de Pauli, la susceptibilidad magnética de un material diamagnético es inversamente proporcional a la temperatura absoluta y se puede expresar mediante la siguiente ecuación:

χ = -C/T

Donde χ es la susceptibilidad magnética y C es una constante de proporcionalidad.

Modelo de Landau-Lifshitz

Este modelo teórico describe la dinámica de la magnetización de los materiales ferromagnéticos y es útil para entender fenómenos como la relajación de la magnetización después de aplicar un campo magnético externo. El modelo se basa en la idea de que la magnetización del material se puede describir mediante un vector que precesa alrededor de un campo magnético efectivo, que incluye tanto el campo magnético externo como las interacciones entre los momentos magnéticos del material. Según el modelo de Landau-Lifshitz, la evolución temporal de la magnetización se puede describir mediante la siguiente ecuación diferencial:

Te interesará:  Corrección del factor de potencia: ¿Qué es? (Bancos de Fórmula, Circuitos y Condensadores)

dm/dt = γm x H_eff

Donde m es el vector de magnetización, H_eff es el campo magnético efectivo y γ es la relación giromagnética, que es una constante de proporcionalidad entre el momento magnético y el momento angular del electrón.

Conclusión

Los modelos de Langevin, Curie y Pauli son útiles para describir la susceptibilidad magnética de materiales paramagnéticos, ferromagnéticos y diamagnéticos, respectivamente, mientras que el modelo de Landau-Lifshitz es útil para describir la dinámica de la magnetización de los materiales ferromagnéticos.

Usos de la susceptibilidad magnética en la industria.

La susceptibilidad magnética es una propiedad que tienen los materiales de magnetizarse en presencia de un campo magnético. Esta propiedad es utilizada en la industria en diversas aplicaciones, algunas de las cuales se detallan a continuación:

1. Identificación de materiales ferromagnéticos

La susceptibilidad magnética es una propiedad que sólo presentan ciertos materiales, como el hierro o el acero. Por lo tanto, se puede utilizar esta propiedad para identificar si un material es ferromagnético o no. Esto es útil para la selección de materiales en diferentes aplicaciones, por ejemplo, en la fabricación de motores eléctricos.

2. Control de calidad de materiales

La susceptibilidad magnética también se utiliza en el control de calidad de materiales. Por ejemplo, en la industria alimentaria, se puede medir la susceptibilidad magnética de los envases de alimentos para asegurarse de que no contienen metales o partículas ferrosas que puedan ser perjudiciales para la salud.

3. Detección de fugas y grietas en tuberías

La susceptibilidad magnética se utiliza en la detección de fugas y grietas en tuberías. Se puede aplicar un campo magnético a una tubería y medir la susceptibilidad magnética de diferentes puntos de la superficie. Si hay una fuga o una grieta, la susceptibilidad magnética en ese punto será diferente, lo que permite detectar la ubicación del problema.

4. Separación de materiales

La susceptibilidad magnética se utiliza en la separación de materiales en la industria de la minería. Al aplicar un campo magnético a un material, se pueden separar los minerales ferromagnéticos de los no ferromagnéticos. Esto es útil para la extracción de minerales de hierro y otros metales.

5. Determinación de la composición de materiales

La susceptibilidad magnética también se puede utilizar para determinar la composición de materiales. Por ejemplo, en la industria farmacéutica, se puede medir la susceptibilidad magnética de diferentes formulaciones para determinar la cantidad de un ingrediente activo presente en el producto final.

Usos de la susceptibilidad magnética en la minería.

La susceptibilidad magnética es una propiedad física que se utiliza en diversas aplicaciones, entre ellas, en la minería. A continuación, se detallarán algunos de los usos más importantes de la susceptibilidad magnética en la minería:

Exploración geofísica

La susceptibilidad magnética es una herramienta útil en la exploración geofísica, ya que permite detectar y mapear depósitos de minerales ferromagnéticos. Estos minerales presentan una alta susceptibilidad magnética, lo que los hace distinguibles de otros tipos de rocas y minerales. Por ejemplo, la magnetita es un mineral ferromagnético que se encuentra en depósitos de hierro y su alta susceptibilidad magnética la hace fácilmente detectable.

Identificación de estructuras geológicas

La susceptibilidad magnética también se utiliza para identificar estructuras geológicas en la minería, como fallas y fracturas. Estas estructuras pueden ser detectadas gracias a las variaciones en la susceptibilidad magnética que presentan las rocas y minerales que las rodean. La detección de estas estructuras puede ser útil para la localización de yacimientos minerales o para la planificación de la explotación minera.

Caracterización de muestras de minerales

La susceptibilidad magnética también se utiliza para caracterizar muestras de minerales en la minería. Al medir la susceptibilidad magnética de una muestra, es posible determinar su composición y contenido de minerales ferromagnéticos. Esta información es útil para la evaluación de la calidad de los yacimientos minerales y para la planificación de la explotación minera.

Monitoreo de la concentración de minerales

La susceptibilidad magnética también se utiliza para monitorear la concentración de minerales en los procesos de extracción y beneficio de minerales. Al medir la susceptibilidad magnética de una muestra de mineral en diferentes etapas del proceso, es posible determinar la eficacia de los procesos de concentración y separación de minerales ferromagnéticos.

Su uso permite mejorar la eficacia y la eficiencia en la exploración y explotación de yacimientos minerales.

En conclusión, la susceptibilidad magnética es un fenómeno físico que se presenta en ciertos materiales y que puede ser utilizado para diversos fines, desde la medicina hasta la industria. Además, su estudio y aplicación ha permitido el desarrollo de nuevas tecnologías y herramientas que han mejorado la calidad de vida de las personas. A medida que se profundiza en la comprensión de este fenómeno, se abren nuevas oportunidades para su aplicación en distintos campos, lo que sin duda traerá grandes beneficios para la sociedad en general.

La susceptibilidad magnética es una propiedad física que se refiere a la capacidad de un material para ser magnetizado en presencia de un campo magnético externo. Esta propiedad es esencial en muchas aplicaciones tecnológicas, como en la fabricación de imanes, en la industria eléctrica y electrónica, y en la medicina. Además, la susceptibilidad magnética también es importante en la investigación científica, ya que puede proporcionar información valiosa sobre la estructura y composición de los materiales. En resumen, la susceptibilidad magnética es una propiedad fundamental que tiene múltiples aplicaciones en distintas áreas, y su estudio continuará siendo relevante para el avance de la ciencia y la tecnología.

JORGE CABRERA BERRÍOS Administrator
Ingeniero Electrónico por la UNI, con maestría y doctorado por la University of Electro-Communications (Japón).

Deja un comentario

El Ciclo Rankine es un proceso termodinámico que se utiliza para la generación de energía eléctrica a partir de la…