Ferromagnetismu

Material  Temp. Curie(K) Fe  1043 Co  1388 Ni  627 Gd  292 Dy  88 MnAs  318 MnBi  630 MnSb  587 CrO2  386 MnOFe2O3  573 Fe3O4  858 NiO2Fe3  858 CuOFe2O3  728 MgO2Fe3  713 EuO  69 Y3Fe5O12  560

El ferromagnetismu ye un fenómenu físicu nel que se produz ordenamientu magnéticu de tolos momentos magnéticos d'una muestra, na mesma direición y sentíu. Un material ferromagnético ye aquel que puede presentar ferromagnetismu. La interacción ferromagnética ye la interacción magnética que fai que los momentos magnéticos tiendan a disponese na mesma direición y sentíu. Hai d'estendese por tou un sólidu p'algamar el ferromagnetismu.

Los ferromagnetos tán estremaos en dominios magnéticos, dixebraos por superficies conocíes como parés de Bloch. En cada unu d'estos dominios, tolos momentos magnéticos tán alliniaos. Nes fronteres ente dominios hai cierta enerxía potencial, pero la formación de dominios ta compensada pola ganancia en entropía.

Al someter un material ferromagnético a un campu magnéticu intensu, los dominios tienden a alliniase con ésti, de forma que aquellos dominios nos que los dipolos tán empobinaos col mesmu sentíu y direición que'l campu magnéticu inductor aumenten el so tamañu. Esti aumentu de tamañu esplicar poles carauterístiques de les parés de Bloch, que avancen en direición a los dominios que la so direición de los dipolos nun coincide; dando llugar a un monodominio. Al esaniciar el campu, el dominiu permanez mientres ciertu tiempu.

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 Materiales ferromagnéticos 

Hai una serie de materiales cristalinos que presenten ferromagnetismu. La tabla de la derecha amuesa una seleición representativa d'ellos, xunto colos sos temperatures de Curie, la temperatura percima del cual dexen d'exhibir la magnetización bonal.

El ferromagnetismu nun ye una propiedá que depende namái de la composición química d'un material, sinón que tamién depende del so estructura cristalina y la organización microscópica. El aceru llétrico, por casu, ye un material producíu a escala industrial que les sos propiedaes ferromagnéticas fueron optimizaes pa faer usu d'elles n'aplicaciones onde se riquir l'establecimientu de campos magnéticos de manera eficiente. Sicasí hai aleaciones ferromagnéticas de metal, que los sos componentes nun son ferromagnéticos, llamaes aleaciones Heusler. Pela cueta esisten aleaciones non magnétiques, como los tipos d'aceru inoxidable, compuesta cuasi puramente de metales ferromagnéticos.

La so propiedá más común ye la histéresis como solución al campu magnéticu. La histéresis ye un material que caltién una de les sos propiedaes n'ausencia del estímulu que lu xeneró. Cuando un material ferromagnético actúa nun campu magnéticu y remata l'aplicación, el material nun anula por completu'l magnetismu, contién ciertu magnetismu residual.

 Propiedaes de materiales ferromagnéticos 

Inducción magnética alta al utilizar un campu magnéticu *Concentra llinies
de campu magnéticu facilmente y atropa la densidá de fluxu magnético alzando *Delimitan
y dirixen campos magnéticos en trayectories definíes
Ayuda a máquines por que tengan una estabilidá de volume razonable y menos costoses.

 Carauterístiques 

Imantarse rápido de los otros materiales (permeabilidá relativa)
Inducción magnética intrínseca máxima elevada *Rellación
non llinial ente módulos d'inducción magnética y campu magnéticu *Variación
de fluxu debío al aumentu del campu magnéticu, inducción magnética y la permeabilidá como funciones de campu magnéticu nun son uniformes
Imantación mientres se suprime'l campu magnéticu *Oponer
a inversiones de sentíu una vegada imantados.

 Principios físicos 
Esisten dos explicación a les propiedaes d'esti fenómenu. Estes son la teoría de Curie-Weiss del momentu alcontráu xunto cola de Stoner del ferromagnetismu.

Escontra 1907, Pierre Weiss publica alrodiu de un campu molecular que s'atopa dientro de los materiales ferromagnéticos. Creíase qu'esti campu alliniaba paralelamente los momentos magnéticos. Na actualidá sábese qu'esti campu ye xeneráu por efeutos cuánticos, a dicir, intercambios d'enerxía. Estos dan llugar a l'alliniadura paralela de los electrones, y en consecuencia a la creación de campos magnéticos paralelos. Según la regla de Hund, los electrones con espines paralelos van tener menor enerxía. 

Cuando'l material atópase debaxo de la temperatura de Curie, el campu molecular va ser de tal magnitú que ye abonda pa magnetizarse, entá si hai ausencia d'un campu aplicao esternu.

Nun asocede lo mesmo cuando s'algamar temperatures altes. Lo qu'asocede ye que se va xenerar una orientación aleatoria del campu, y esto correspuende a un fenómenu paramagnético.

La llei de Curie-Weiss pal momentu alcontráu, esplica la susceptibilidá magnética de los materiales, como de dellos antiferromagnetos y ferrimagnetos.

Sicasí, esta llei falla a esplicar el momentu magnéticu d'átomos individuales en dellos materiales ferromagnéticos, cuantimás los metales d'esti tipu. Ye equí onde entra la teoría de bandes de Stoner.

Na teoría de Stoner, tomar d'igual forma'l conceutu d'enerxía d'intercambiu; anque, tómase otru conceutu d'enerxía que ye opuestu al de Hund que se da'l nome d'enerxía aumentada de bandes, que torga que los metales simples sían ferromagnéticos.

Dichu eso, sían los metales Fe, Ni, y Co, esiste una rexón onde les capes 3d y 4s se superponen, ende xaz la enerxía de Fermi. Entós, los electrones de valencia comparten dambes bandes enerxétiques. Nel siguiente gráficu puede apreciase cómo ye qu'estes se superponen: 
L'efeutu d'intercambiu va ser el dominante cuando un númberu abondu d'electrones atópase cerca del nivel de Fermi. Con esto amenorga la enerxía riquida pa camudar l'espín del electrón.

Los momentos magnéticos de los metales de transición nun correspuenden a un númberu enteru d'electrones; esto tien que ver col tipu d'interacción pal intercambiu, que vese como un desplazamientu d'enerxía de los electrones de la banda 3d con direición en rellación a la banda con espín opuestu. Colo anterior llógrase dar una esplicación de que los metales de transición nun son ferromagnéticos.

 Tipos de ferromagnéticos 
Los magnéticamente blandos o fáciles de imantar y desimantar, son utilizaos pa tresformadores, xeneradores, motores y contienen ciclos de histéresis estrechos con fuercies coercitivas por que llogre tener una permeabilidá magnéticamente alta. 

Los magnéticamente duros o difíciles de imantar y desimantar, son utilizaos pa ser imánes permanentes y el so ciclu de histéresis ye anchu con fuercies coercitivas altes, inducción magnética alta y se imanan con un campu magnéticu presente intensu.

 Aplicaciones 
 Circuitos magnéticos 

Los materiales ferromagnéticos son práuticos como electroimanes, tresformadores y nucleos. Conformar por un bobinado alredor d'un nucleu magnéticu permeable. La bobina dexa que la corriente pase ya impulsa un campu magnéticu nel nucleu.

 Efeutos de temperatura en ferromagnetismu 

Los dipolos magnéticos tienen una esviación d'alliniadura por cuenta de la enerxía térmica; si esta aumenta llógrase que'l material ferromagnético convertir en paramagnético y esi fenómenu ye conocíu como temperatura de Curie.

Debaxo de la temperatura de curie los dipolos atómicos alliniar de manera paralela en dominios magnéticos. Los dominios magnéticos camuden d'alliniadura de forma aleatoria por cuenta de un enfriamientu lentu percima de la temperatura de Curie y gracies a ello nun asocede nengún momentu magnéticu netu.

 Ver tamién 

 Antiferromagnetismo
 Magnetismu
 Magnetoquímica
 Diamagnetismo
 Paramagnetismo

 Referencies 

REVISTA DE LA ESCUELA DE FÍSICA, UNAH • Xunu de 2014 • Vol. II, Non. 1 Introducción al estudiu de los Materiales Multiferroicos Jorge A. Sauceda Universidá Nacional Autónoma d'Hondures.
Ciencia ya Inxeniería de los materiales, Donald R. Askeland.
Lletricidá y Magnetismu, A.N. Matveev.
Regla de Hund
Fermi-level

 Bibliografía 

 Kittel, Charles: Introduction to Solid State Physics (Wiley: New York, 1996).
 Jackson, John David: Classical Electrodynamics (Wiley: New York, 1999).
 Wohlfarth, Y. P. (coordinador), Ferromagnetic Materials (North-Holland, 1980).

 Referencies 

 Enllaces esternos 

Categoría:Magnetoquímica
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