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Permeabilidad

¿Qué es la permeabilidad magnética?

Por «permeabilidad magnética» (del latín permeare) se entiende la permeabilidad de la materia a la densidad de flujo magnético. Los materiales con alta permeabilidad se magnetizan a sí mismos y, por tanto, aumentan la densidad de flujo. Su resistencia magnética es muy baja. Entre ellos destacan los materiales ferromagnéticos, como el hierro. La permeabilidad establece la relación entre la densidad de flujo magnético y el campo magnético.
Índice

Fundamentos

Por «permeabilidad» (del latín permeare) se entiende generalmente la permeabilidad de la materia. Por consiguiente, la permeabilidad magnética μ se refiere a la permeabilidad de la materia para el flujo magnético.

La magnitud de un campo magnético H puede expresarse utilizando la densidad de flujo magnético B y la permeabilidad magnética μ.

En general se aplica lo siguiente:

\(H=\frac{1}{\mu}B\).

La permeabilidad magnética se escala mediante una constante natural, la llamada « constante de campo magnético » \(\mu_0=4\pi\cdot10^{-7}Vs/Am\). Para cada material, la permeabilidad magnética puede definirse mediante una permeabilidad magnética relativa (también conocida como «permeabilidad relativa») μr y la constante de campo magnético μ0: μ=μrμ0.

Para el vacío, μr = 1 por definición y por tanto:

\( H_0=\frac{1}{\mu_0}B_0\).

La densidad de flujo magnético en el vacío (B0) puede dividirse por la constante de campo magnético μ0 para obtener el correspondiente campo magnético en el vacío (H0). Así, en el vacío, una densidad de flujo magnético de B0 = 1 tesla ( 1 Vs/m²) corresponde a un campo magnético de \(H_0=\frac{10^7}{4\pi} A/m\).

La materia influye a continuación en los campos magnéticos de tal manera que en la materia se forma una densidad de flujo magnético bajo la influencia de un campo magnético externo, que depende de la permeabilidad magnética μ del material. La densidad de flujo magnético en la materia es particularmente alta si la permeabilidad magnética μ es particularmente alta.

El permeabilidad relativa μr puede definirse mediante la relación B=μr•B0 por la densidad de flujo en el vacío B0. Aquí, B corresponde a la densidad de flujo magnético que se crea por la influencia de la materia.

Con la definición B=μr•B0, se deduce que la materia refuerza los campos magnéticos si μr es mayor que 1 y debilita los campos magnéticos si μr es menor que 1. Ambos casos son conocidos.

Permeabilidad en sustancias ferromagnéticas

Las sustancias ferromagnéticas tienen espines de electrones microscópicos que están alineados en un campo magnético externo. Esto da lugar a un campo magnético adicional en el espacio exterior, causado por los momentos magnéticos alineados de los espines de los electrones. Este campo magnético puede ser muchos órdenes de magnitud más intenso que el campo magnético externo que ha alineado los espines de los electrones.

Una vez alineados los espines de los electrones, la alineación en los ferromagnetos se estabiliza mediante la interacción de intercambio. μr se hace así muy grande y llega hasta μr = 150 000 en materiales ferromagnéticos especiales (los llamados «metales amorfos»). El hierro tiene una permeabilidad de μr = 10 000.

Estrictamente hablando, estos valores enteros en la literatura son siempre valores de la permeabilidad relativa o número de permeabilidad μr. En la literatura, el término μ se utiliza a menudo para simplificar las cosas. Sin embargo, en realidad se trata de μr.

Permeabilidad en sustancias paramagnéticas

También existen los paramagnetos, que también contienen espines de electrones que pueden alinearse. Sin embargo, esta alineación no se estabiliza en los paramagnetos. En consecuencia, los paramagnetos son solo ligeros amplificadores de campo magnético. μr es del orden de 1,00001.

Permeabilidad en materiales diamagnéticos

Por último, están los diamagnetos. Estos debilitan el campo magnético externo, ya que en su interior no existen espines de electrones permanentes que puedan alinearse con el campo magnético externo. En cambio, cuando penetra un campo magnético externo, se induce una corriente que, según la ley de Lenz, se dirige en dirección opuesta a su causa y debilita así el campo magnético externo. El diamagnetismo se da generalmente en la materia, pero el diamagnetismo en los para y ferromagnetos está superpuesto por los imanes elementales alineados.

Superconductores

Los superconductores son un caso especial debido a que tienen un número de permeabilidad cero. Esto significa que la densidad de flujo magnético en el superconductor desaparece. Por tanto, los superconductores no tienen permeabilidad para el flujo magnético. Las líneas de campo están completamente desplazadas del superconductor y discurren a su alrededor.

Por ello, los superconductores también se conocen como «diamagnetos perfectos».

Permeabilidad magnética en superconductores y paramagnetos
La figura muestra el recorrido de las líneas de campo a través de un material paramagnético o ferromagnético (μr<>1) (izquierda) y alrededor de un superconductor (derecha). Un superconductor tiene una permeabilidad de μr=0. Ninguna línea de campo magnético puede penetrar en el superconductor. En su lugar, el campo magnético se ve desplazado por el superconductor.
Por otro lado, el material ferromagnético presenta una mayor permeabilidad para el flujo magnético que el vacío o el espacio aéreo. Por tanto, las líneas de campo se condensan en el material.

Retrato del Dr. Franz-Josef Schmitt
Autor:
Dr. Franz-Josef Schmitt


El Dr. Franz-Josef Schmitt es físico y director científico del Curso Práctico Avanzado de Física de la Universidad Martin Luther Halle-Wittenberg. Trabajó en la Universidad Técnica entre 2011 y 2019 y dirigió varios proyectos docentes y el laboratorio de proyectos de Química. Su investigación se centra en la espectroscopia de fluorescencia con resolución temporal en macromoléculas biológicamente activas. Asimismo, es director general de la empresa Sensoik Technologies GmbH.

Los derechos de autor de todo el contenido del compendio (textos, fotos, ilustraciones, etc.) pertenecen al autor Franz-Josef Schmitt. Los derechos exclusivos de uso obran en poder de Webcraft GmbH, Suiza (como operador de supermagnete.de). El contenido no puede ser copiado o utilizado de otra manera sin el permiso expreso de Webcraft GmbH. Las sugerencias de mejora o los elogios relativos al compendio deben enviarse por correo electrónico a [email protected]
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