Imantación (en Física) Significado, Características, Materiales Diamagnéticos, Paramagnéticos y Ferromagnéticos

  • Por Rebeca Fernández (Licenciada en Física)
  • Oct, 2020
  • ¿A qué responde la imantación?

    Es el proceso mediante el cual un material adquiere propiedades magnéticas y es muy sencillo de experimentar: basta con acercar un imán permanente a un clip de metal. De inmediato el clip se vuelve magnético y es capaz de atraer a otros, formando una cadena de clips imantados. El efecto desaparece cuando el imán permanente, que proporciona el campo magnético externo, se retira. Por lo tanto, la imantación es un fenómeno vinculante al espectro del magnetismo (visible al nivel de las partículas), lo que implica que ambos términos no tienen el mismo alcance al respecto de la significación, no obstante, sí puede atribuirse como sinónimo la palabra magnetización, y es por esto último que suele existir cierta confusión.

    Ocurre que todos los materiales tienen respuesta ante los campos eléctricos y magnéticos y en algunos, esta respuesta es más intensa que en otros. Casi siempre los efectos de los campos electromagnéticos son transitorios, desapareciendo en cuanto el material se aleja de ellos, pero en ocasiones, la respuesta perdura.

    En el caso de los clips, la imantación dura mientras el imán está cerca, y luego vuelven a la normalidad. Pero hay materiales que al ser sometidos a un campo magnético intenso, retienen permanentemente la magnetización adquirida, convirtiéndose a su vez en imanes. Se trata de los materiales ferromagnéticos.

    Características del magnetismo en los materiales

    El magnetismo en la materia tiene su origen en el movimiento de las partículas cargadas. Los átomos, compuestos entre otras cosas de protones y electrones, poseen carga eléctrica y movimientos permanentes, gracias a los cuales crean momentos magnéticos, vectores que caracterizan al magnetismo de las partículas.

    Los vectores se pueden sumar, aunque si están distribuidos al azar, entonces se cancelan unos con otros y el efecto neto es nulo. La agitación térmica siempre presente dentro de la materia contribuye enormemente a este “desorden” de los momentos magnéticos.

    Pero hay materiales en que, debido a la disposición de los electrones en el átomo, la cancelación total de momentos no tiene lugar.

    Son esos materiales los que más respuesta tienen cuando se colocan en un campo externo. El metal con que están hechos los clips sujetapapeles es un ejemplo.

    Por eso de acuerdo a su comportamiento magnético, los materiales se clasifican en: diamagnéticos, paramagnéticos y ferromagnéticos.

    Materiales diamagnéticos

    El momento magnético del electrón es el responsable de casi la totalidad de la respuesta magnética atómica o molecular ante un campo magnético externo.

    Cada electrón presente en el átomo contribuye al magnetismo global con su propio momento magnético. Y como todos los materiales contienen electrones, son afectados de alguna forma al estar en las cercanías de fuentes magnéticas.

    Normalmente los momentos magnéticos individuales se distribuyen al azar dentro del material. Pero, cuando hay un campo magnético externo, que tiene intensidad, dirección y sentidos propios, los momentos magnéticos individuales tienden a alinearse, creando un momento magnético global más intenso, pero opuesto al campo externo, creando así un débil efecto de repulsión.

    Esta respuesta repulsiva es universal, todos los materiales son diamagnéticos en alguna medida, como lo descubrió el físico inglés Michael Faraday en 1846, utilizando una muestra de bismuto.

    Asimismo incluye la materia viva, como lo demuestra el experimento de la famosa rana levitando en un campo magnético intenso. La fuerza de repulsión es lo bastante elevada como para equilibrar el peso de la rana, haciendo que esta permanezca suspendida (que se sepa, las ranas no sufren ningún daño por esto).

    Materiales paramagnéticos

    Algunos materiales poseen un momento magnético resultante en sus átomos o moléculas, y este momento magnético tiende a alinearse a favor del campo magnético externo.

    Cuando este efecto supera al diamagnetismo, que siempre está presente, entonces se dice que el material es paramagnético

    En contraposición a esta alineación de momentos, está la energía térmica que tiende a desorganizarlo todo, por lo tanto el efecto magnético neto dependerá de si esta prevalece o no. De hecho, la respuesta magnética de los materiales paramagnéticos está condicionada por la temperatura: si un material se calienta, usualmente sus propiedades magnéticas van desapareciendo.

    Materiales ferromagnéticos

    El ferromagnetismo es una propiedad especial que tienen los elementos níquel, cobalto, gadolinio y disprosio, así como sus aleaciones. Son los materiales que pueden convertirse en imanes permanentes o simplemente se encuentran como tales en la naturaleza.

    Se cuenta que en la época de la antigua Grecia, las gentes de la ciudad de Magnesia descubrieron un extraño mineral negro que era capaz de atraer clavos y trocitos de metal. Se trataba de magnetita, un óxido de hierro con intensas propiedades magnéticas naturales.

    Los materiales ferromagnéticos forman dominios magnéticos en su interior, pequeñas regiones donde los momentos magnéticos se alinean entre sí, resultando en materiales con momentos magnéticos netos mucho más intensos. El volumen de estos dominios está entre 10-12 y 10-8 m3 y dentro de uno de ellos, puede haber alrededor de 1025 átomos.

    Imantación permanente

    Cuando se expone el material ferromagnético repleto de dominios ante un campo magnético intenso, los momentos en los dominios se alinean con el campo, dando una respuesta elevada. En algunos casos, aún retirando el campo, los dominios magnéticos permanecen alineados, creando una imantación permanente.

    En esto consiste la imantación de los materiales, muy importante ya que con este proceso se crean imanes artificiales, utilizados luego en la manufactura de transformadores, motores y muchos otros usos más.

    Al igual que sucede con los materiales paramagnéticos, un aumento en la temperatura de los materiales ferromagnéticos disminuye sus cualidades. A la llamada temperatura de Curie, estas desaparecen completamente, sin embargo al enfriarse la sustancia, el ferromagnetismo se recupera.