Tarea tema 6 electromagnetismo BFG

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INSTITUTO TECNOLÓGICO DE TOLUCA 
 
INGENIERÍA EN MECATRÓNICA 
 
ELECTROMAGNETISMO 
 
TRABAJO DE INVESTIGACIÓN TEMA 6 
“PROPIEDADES MAGNETICAS DE LA MATERIA” 
 
PROFESOR: 
• VALDEZ GARCÍA EDUARDO 
ALUMNO: 
• BALTAZAR FERNÁNDEZ GUSTAVO 
 
 
INTRODUCCIÓN 
En presente trabajo trata sobre una investigación abordando temas relacionados 
con las propiedades magnéticas de la materia como lo son la magnetización, la 
intensidad magnética, constantes magnéticas, la clasificación magnética de los 
materiales y los circuitos eléctricos, que cada subtema conlleva a más definiciones, 
toda la investigación presente esta fundamentada en fuentes confiables como lo son 
libros y sitios web. 
PROPIEDADES MAGNETICAS DE LA MATERIA 
 
6.1 Magnetización 
Para la compresión del tema, se puede recordar el concepto de magnetismo, el cual 
se define como un fenómeno físico por el cual los materiales ejercen fuerzas ya 
sean de atracción o repulsión sobre otros materiales. Normalmente se encuentran 
en los imanes o materiales como que tienen esta propiedad como lo puede ser el 
níquel, yodo, hierro y aleaciones. 
La magnetización puede ser llamada como imantación o imanación y es la densidad 
de momentos dipolares magnéticos que son magnetizados por el metal un proceso 
de separación que se lleva a cabo cuando uno de sus componentes es 
ferromagnético, en otras palabras, son todos los efectos magnéticos de la materia 
que pueden ser descritos mediante el momento dipolar magnético por unidad de 
volumen o magnetización definido como: 
�⃗⃗� = lim
∆𝑣→0
∑ �⃗⃗� 𝑖𝑖
∆𝑣
 
Donde �⃗⃗� 𝑖 es el momento dipolar del dipolo magnético 𝑖. De igual manera también 
se puede definir como la imanación por unidad de masa o por unidad de mol siendo 
sus unidades en sistema internacional como Am-1. 
Se trata de una función que depende de la 
posición del punto considerado, lo que se quiere 
decir �⃗⃗� = �⃗⃗� (𝑟 ). Si se toma un punto en 
posicionado con el vector (𝑟 ) como se muestra 
en la imagen, y se establece un entorno en dicho 
punto, 𝑑𝑣se comportará como un dipolo 
magnético que tendrá como momento lo 
siguiente: 
(𝑑𝑚⃗⃗⃗⃗⃗⃗ ) = (�⃗⃗� )𝑑𝑣 
6.2 intensidad magnética 
Como se vio en temas anteriores los campos magnéticos generados por las 
corrientes y que se calculan por la ley de ampere o ley de biot savart, se caracterizan 
por el campo magnético. 
Sin embargo, cuando un campo magnético pasa a 
través de los materiales magnéticos que en si 
estos materiales ya proporcionan sus propios 
campos magnéticos internos, se generan 
ambigüedad sobre que parte del campo proviene de las corrientes externas. De esta 
manera se llega a mencionar lo que se puede llamar intensidad magnética o como 
comúnmente se conoce la intensidad de campo magnético que se designa por la 
letra H. 
𝐻 =
𝐵
𝜇𝑚
=
𝐵
𝜇0
− 𝑀 
Donde tanto en H como en B tiene las mismas unidades y donde 𝜇𝑚 = 𝜇0 es la 
permeabilidad magnética. 
Como se mencionó anteriormente, H también se puede ver relacionado con la ley 
de ampere, siendo utilizada para demostrar la definición anterior en la que interviene 
la densidad de corriente magnética. 
6.3 constantes magnéticas 
Anteriormente se mencionó la permeabilidad magnética de una manera simple sin 
detallar su definición que es la capacidad de una sustancia o medio para atraer y 
hacer pasar a través de ella campos magnéticos, la cual está dada por la relación 
entre la inducción magnética existente y la intensidad de campo magnético que 
aparece en el interior de dicho material. La magnitud así definida, el grado de 
magnetización de un material en respuesta a un campo magnético, se denomina 
permeabilidad absoluta y se suele representar por el símbolo μ: 
𝜇 =
𝐵
𝐻
 
Donde B es la inducción magnética (también llamada densidad de flujo magnético) 
en el material, y H es intensidad de campo magnético. En la siguiente figura se 
detalla el comportamiento de permeabilidades. 
 
ferromagnetos (μf ) paramagnetos (μp) diamagnetos (μd) vacío (μ0) 
La permeabilidad del vacío, conocida también como constante magnética se 
representa mediante el símbolo μ0 y en unidades SI se define como: 
𝜇0 = 4𝜋𝑥10
−7𝑁𝐴−2 
6.4 clasificación magnética de los materiales: 
Se puede clasificar de la siguiente manera: 
No magnéticas: Todos los materiales muestran algún efecto magnético, en algunos 
ejemplos es tan débil que a menudo se consideran como materiales no magnéticos. 
Diamagneticos: se caracterizan por ser repelidos por los imanes (es lo opuesto a 
los materiales ferromagnéticos, que son atraídos por los imanes). El fenómeno del 
diamagnetismo fue descubierto en septiembre de 1845 por el físico y químico 
Michael Faraday cuando observó que un trozo de bismuto era repelido por un imán, 
cualquiera que fuese el polo. Esa experiencia indicaba que el campo externo 
generado por el imán inducía en el bismuto un dipolo magnético de sentido opuesto. 
El diamagnetismo se puede explicar de forma sencilla si se considera una 
consecuencia de aplicar la Ley de lenz a nivel molecular. Según la teoría 
electromagnética, siempre que varía el flujo magnético se genera una corriente 
inducida y, según esta ley el sentido de las corrientes inducidas es tal que con sus 
acciones electromagnéticas tienden a oponerse a la causa que las produce. 
Esto se puede ver cuando las sustancias que son ligeramente repelidas en la 
bobina, como el agua, el cloruro sódico, el cuarzo entre otras. 
Paramagnéticos: 
Los materiales paramagnéticos son aquellos cuya suma neta de los momentos 
magnéticos permanentes de sus átomos o moléculas es nula. Estos materiales 
tienen un comportamiento magnético muy débil. 
Si se aplica un campo magnético exterior lo sificientemente elevado, los momentos 
magnéticos de los materiales paramagnéticos se tienden a ordenar de forma 
paralela al mismo. Por tanto, los dipolos se orientan en la misma dirección y sentido 
que el campo aplicado, por lo que la susceptibilidad magnética, aunque débil, es 
positiva, y la permeabilidad relativa es ligeramente mayor que la unidad. Otra 
característica que la diferencia de los materiales ferromagnéticos es el hecho de 
que cuando se elimina el campo externo aplicado el efecto del paramagnetismo 
desaparece. 
Ferromagnéticas 
Es la propiedad que le confiere a algunas sustancias una respuesta magnética 
intensa y permanente. En la naturaleza existen cinco elementos con esta propiedad: 
hierro, cobalto, níquel, gadolinio y disprosio. La permeabilidad magnética es una 
cantidad adimensional dada por el cociente entre la intensidad del campo magnético 
generado en el interior del material y la del campo magnético aplicado 
externamente. 
Un ejemplo de ello es el hierro, donde la interacción magnética es muy intensa, por 
lo que a este tipo de magnetismo se le denomina magnetismo intenso, 
• Antiferromagnetismo: 
Hay una tendencia a que los momentos magnéticos intrínsecos de los 
electrones de valencia vecinos apunten en direcciones opuestas. Cuando 
todos los átomos están dispuestos en una sustancia de modo que cada 
vecino sea antiparalelo, la sustancia es antiferromagnética. Los 
antiferromagnetos tienen un momento magnético neto cero, lo que significa 
que no producen ningún campo. El óxido de manganeso (MnO) es un 
material que muestra este comportamiento. Generalmente, el orden 
antiferromagnético puede existir a temperaturas suficientemente bajas, pero 
desaparece a la temperatura de Néel y por encima de ella. Por encima de la 
temperatura de Néel, el material es típicamente paramagnético, es decir, la 
energía térmica se vuelve lo suficientemente grande como para destruir el 
orden magnético microscópico dentro del material. 
• Ferrimagnetismo: 
El ferrimagnetismo es un fenómeno de magnetización permanente que 
poseen algunos materiales cerámicos. Las características macroscópicas de 
los materiales ferromagnéticos y ferrimagnéticosson similares; la diferencia 
entre ellos sólo reside en el origen de los momentos magnéticos. El 
ferrimagnetismo es un fenómeno físico en el que se produce ordenamiento 
magnético de todos los momentos magnéticos de modo que no todos los 
momentos magnéticos de una muestra están alineados en la misma dirección 
y sentido. Algunos de ellos están opuestos y se anulan entre sí. Sin embargo, 
estos momentos magnéticos no consiguen anular por completo la 
magnetización. Esto se debe a que algunos materiales cerámicos poseen 
átomos o iones con momentos magnéticos diferentes y cuando estos 
momentos magnéticos se alinean de forma antiparalela, se produce un 
momento magnético neto en una dirección. Este tipo de materiales se llaman 
ferritas. Estas ferritas tienen baja conductibilidad y son útiles para muchas 
aplicaciones eléctricas y magnéticas tales como transformadores de alta 
frecuencia. 
 
 
6.5 Circuitos magnéticos 
Hoy en día el empleo de materiales magnéticos resulta primordial, ya que forman 
parte de un gran número de dispositivos electromagnéticos, ya sea en el ámbito de 
la industria, en la investigación o en el uso cotidiano. La industria de la telefonía, la 
computación, el diagnóstico de imagen en la salud o la electrónica del hogar son 
sólo unos pocos ejemplos de la presencia de estos materiales. En particular, los 
materiales ferro y ferrimagnéticos se emplean en el diseño de transformadores y 
electroimanes, constituyendo por lo general un núcleo central sobre el que se arrolla 
un bobinado de un material conductor. 
El paso de corriente eléctrica por el bobinado produce un gran campo magnético en 
el núcleo. Escogeremos el núcleo de manera que posea una permitividad magnética 
µ muy alta y, de esta forma, se producirá una gran cantidad de flujo magnético a 
través del núcleo. En ese caso, se puede considerar la aproximación µ > µ0, donde 
µ0 
Es la permeabilidad magnética del vacío, hipótesis sobre la que se apoya el cálculo 
de circuitos magnéticos. Supongamos entonces un material magnético que tiene 
una permitividad magnética alta. Prestamos atención a su superficie de separación 
con respecto al vacío, que consideraremos plana. Recordamos las condiciones de 
contorno vistas en el tema de materiales magnéticos 
 
Se habla de circuito magnético cuando disponemos de una trayectoria cerrada en 
la que se encuentra confinado un flujo magnético. 
En el cálculo de circuitos magnéticos hacemos las aproximaciones de que la 
magnetización del material �⃗⃗� y �⃗⃗� tienen la misma dirección, �⃗� = µ�⃗⃗� , y que el campo 
magnético B es aproximadamente constante en toda la sección transversal del 
Núcleo, de modo que ɸ = BA, donde A es el área de la sección transversal. La 
integración de la ley circuital de Ampere se lleva a cabo a lo largo de la longitud 
media del núcleo magnético. Bajo estas circunstancias, escribimos la ley de Ampere 
como 
 
 
Donde el flujo magnético se ha extraído de la integral debido a que se considera 
constante en toda la sección del núcleo. En estas circunstancias, definimos una 
nueva variable, la reluctancia magnética R 
 
Donde la unidad es la inversa de un henrio 𝐻−1. Para un material magnético de 
longitud media L se obtiene 𝑅 =
𝑙
µA
 
 
Donde F= NI, es la fuerza magnetomotriz, cuya unidad es el Av (Amperio/vuelta). 
Esta expresión, conocida como la ley de Hopkinson, posee una analogía directa con 
la ley de Ohm, y establecemos en la tabla adjunta dicha analogía. 
La siguiente es una tabla de equivalencias entre los circuitos magnéticos y 
eléctricos. 
 
Si durante el recorrido de las líneas de campo de un circuito magnético, nos en 
centramos con regiones de diferentes propiedades magnéticas, la reluctancia total 
del circuito magnético se descompondrá en reluctancias parciales, que 
corresponden a cada zona mencionada anteriormente. De esta forma, la reluctancia 
neta es la suma de las reluctancias 
 
Puede ocurrir que las líneas de flujo que definen un circuito magnético puedan 
agruparse formando circuitos parciales. En esta situación, estos circuitos parciales 
estarían en paralelo y la permanencia neta es la suma de las permanencias. De esta 
forma el flujo de la rama 1, que constituye el flujo neto, se descompondría en los 
flujos de las ramas 2 y 3. 
 
Ya hemos mencionado que el material debe tener una elevada permeabilidad 
magnética; de esta forma, las líneas de campo quedan enmarcadas dentro del 
circuito; no obstante, hay parte de las líneas que se escapan del circuito y circulan 
fuera de él. Existe por tanto un flujo asociado a tales líneas, flujo que llamamos flujo 
de fugas. 
Por lo tanto, el flujo neto será la suma del flujo debido a las líneas que quedan 
circulando por el circuito y se llamaran flujo útil ɸ u y el flujo de fugas ɸf tal y como 
se observa en la siguiente figura. 
 
 
En los problemas de diseño de generadores, transformadores o motores resulta 
común calcular la fuerza magnetomotriz a partir de un flujo magnético dado, 
mientras que, en los problemas de amplificadores magnéticos, se parte de una 
fuerza magnetomotriz conocida con el objetivo de determinar ɸm. En todos los 
casos, debemos intentar fabricar un núcleo magnético con las mínimas aristas y 
esquinas posibles, dado que, en esas regiones, suele haber pérdida de flujo 
magnético. La siguiente tabla muestra las equivalencias entre variables de circuitos 
magnéticos y eléctricos. 
 
 
CONCLUSIONES 
Gracias a la investigación realizada con ayuda de referencias bibliográficas 
confiables se logro el objetivo de comprender el tema de propiedades magnéticas 
de la materia, en los que se resaltaron puntos importantes como lo fue la 
magnetización y la intensidad magnética que tienen mucha relación con la ley de 
ampere, de igual manera la clasificación magnética de los materiales que se 
encuentran en todos lados ya que hay materiales que tienen bajo magnetismo sin 
embargo se resume a que no tienen. Y por ultimo se investigo lo relacionado con 
los circuitos magnéticos que tienen gran equivalencia con los circuitos eléctricos 
REFERENCIAS 
 
Giancoli , D.C. (2008) Física1 Vol.2, (4ª.Ed.). Pearson Educación. 
Materiales y propiedades. (s. f.). Universidad de vigo. 
http://quintans.webs.uvigo.es/recursos/Web_electromagnetismo/magnetismo_materi
ales.htm 
Abad, J. y Catalá, J. D. (2018). Magnetismo. Editorial Tébar Flores. 
https://elibro.net/es/ereader/ittoluca/52001?page=13 
Zapata, F. (2021, 12 abril). Paramagnetismo. Lifeder. Recuperado 9 de diciembre de 2021, 
de https://www.lifeder.com/paramagnetismo/ 
 
https://elibro.net/es/ereader/ittoluca/52001?page=13