Permeabilidad magnética

En física se le denomina permeabilidad magnética a la capacidad que tienen los conductores de afectar y ser afectados por los campos magnéticos, así como la capacidad de convertirse en fuentes de estos, es decir, capacidad para crearlos sin la necesidad de corrientes externas.

Comparación simple de permeabilidades para: ferromagnetos (μf), paramagnetos (μp), diamagnetos (μd) y el vacío (μ0)

Esta magnitud está definida por la comunión entre la inducción magnética (también llamada densidad de flujo magnético) y la excitación magnética que estén incidiendo en el interior del material,[1] y es representada por el símbolo a:

Si la razón del comportamiento entre estos dentro del material es constante, significa que la permeabilidad del material también lo es. En tal caso se dice que el material es lineal. También, si la cantidad μ es igual en todos los puntos del material, significa que es un material homogéneo, y si μ no varía en ninguna dirección partiendo de un punto arbitrario del material, significa que este es isotrópico.

El vacío, por ejemplo, es un material lineal, homogéneo e isotrópico y su permeabilidad magnética está dada por

.

Permeabilidad magnética del vacío

La permeabilidad del vacío, conocida también como constante magnética, se representa mediante el símbolo μ0 y en unidades SI se define como:

.

La permitividad eléctrica (que aparece en la ley de Coulomb) y la constante magnética del vacío están relacionadas por la fórmula:

donde representa la velocidad de propagación de las ondas electromagnéticas en el vacío, comúnmente denominada velocidad de la luz en el espacio vacío.

Permeabilidad relativa, comparación entre materiales

Para comparar entre sí los materiales, se entiende la permeabilidad magnética absoluta () como el producto entre la permeabilidad magnética relativa () y la permeabilidad magnética de vacío ():

.

Los materiales se pueden clasificar según su permeabilidad magnética relativa en:

  • ferromagnéticos, cuyo valor de permeabilidad magnética relativa es muy superior a 1.
  • paramagnéticos o no magnéticos, cuya permeabilidad relativa es aproximadamente 1 (se comportan como el vacío).
  • diamagnéticos, de permeabilidad magnética relativa inferior a 1.

Los materiales ferromagnéticos atraen el campo magnético hacia su interior. Son altamente permeables, es decir, pueden ser inducidos magnéticamente sin realizar mucho trabajo magnético sobre ellos, utilizando, por ejemplo, electroimanes. Cuando dejan de ser inducidos por un campo magnético externo de gran intensidad, se convierten en fuentes de campo magnético. Esto es debido a la alineación de los dominios magnéticos en la misma dirección por un tiempo prolongado. Es por esta razón que se utilizan materiales ferromagnéticos para crear imanes permanentes, siguen siendo inducidos magnéticamente ante la ausencia de un campo magnético externo. A la propiedad de que los dominios magnéticos puedan ser alterados con facilidad recibe el nombre de ferromagnetismo. De aquí que estos materiales sean no lineales: ante la ausencia de un H incidente sigue existiendo un B remanente dentro de ellos. Y pueden ser inhomogéneos por un μ que varíe punto a punto: no necesariamente todas las zonas del material son suceptibles a magnetizarse en la misma proporción. Ejemplos de estos materiales son todos aquellos cuyo comportamiento magnético se asemeje al del hierro, como el cobalto y el níquel[2]

Los materiales paramagnéticos son la mayoría de los que encontramos en la naturaleza. No presentan ferromagnetismo, y su reacción frente a los campos magnéticos es muy poco apreciable.

Los materiales diamagnéticos repelen el campo magnético, haciendo que este pase por el exterior del material. En general, esta acción diamagnética es muy débil, y no es comparable al efecto que produce el campo magnético sobre los materiales ferromagnéticos. Un ejemplo de material diamagnético es el cobre.

Otro efecto de los campos magnéticos sobre los materiales es el antiferromagnetismo, que resulta en una polarización nula del material, pero produce una ordenación interna de este.

Tabla de propiedades magnéticas de materiales

Material

Presentación

Composición aproximada (%)

Permeabilidad inicial (B=20, gauss)

Permeabilidad máxima

Densidad de saturación de flujo (B, gauss)

Fe Ni Co Mo Otros
Acero laminado en frío Lámina 98.5 --- --- --- --- 180 2000 21 000
Hierro Lámina 99.91 --- --- --- --- 200 5000 21 500
Hierro purificado Lámina 99.95 --- --- --- --- 5000 18000 21 500
Hierro al 4 % silicio - grano orientado Lámina
Lámina
96
97
---
---
---
---
---
---
4 Si
3 Si
500
1500
7000
30 000
19 700
20 000
45 Permalloy Lámina 54.6 45 --- --- --- 2500 25 000 16 000
Permalloy 45 Lámina 54.7 45 --- --- --- 4000 50 000 16 000
Hipernik Lámina 50 50 --- --- --- 4500 70 000 16 000
Monimax Lámina --- --- --- --- --- 2000 35 000 15 000
Sinimax Lámina --- --- --- --- --- 3000 35 000 11 000
Permalloy 78 Lámina 21.2 78.5 --- --- 0.3 Mn 8000 100 000 10 700
Permalloy 4-79 Lámina 16.7 79 --- 4 0.3 Mn 20 000 100 000 8700
Mu metal Lámina 18 75 --- 2 5 Cu 20 000 100 000 6500
Supermalloy Lámina 15.7 79 --- 4.3 --- 100 000 800 000 8000
Permendur Lámina 50.0 50.0 --- --- --- 800 5000 24 500
Permendur 2V Lámina 49 --- --- 49 2 V 800 4500 24 000
Hiperco Lámina 64 --- --- --- --- 650 10 000 24 200
Permalloy 2-81 Polvo aislado 17 --- --- --- --- 125 130 8000
Hierro Carbonyl Polvo aislado 99.9 --- --- --- --- 55 132 ---
Ferroxcube III Polvo sinterizado --- --- --- --- --- 1000 1500 2500

Véase también

Referencias

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