Practica 4 Propiedades Magneticas

UNIVERSIDAD NACIONAL AUTONOMA DE MEXICO Facultad de Ingeniería División de Ciencias Básicas Laboratorio de Química (4216) Profesor(a): Rodriguez Mandujano Cynthia Sofia Practica No 4

PROPIEDADES MAGNETICAS Grupo: 2 Brigada: 2

Cd. Universitaria a 3 de Marzo de 2014

Objetivos: 1.-Aprender a usar en teslámetro para la medición de la intensidad de un campo magnético. 2.- Con base en lo datos experimentales, clasificar a los elementos empleados como diamagnéticos paramagnéticos y ferromagneticos. 3.- Comparar la clasificación experimental de los elementos con la predicha a partir de su configuración.

Introducción: Campos y fuerzas magnéticas El fenómeno del magnetismo es ejercido por un campo magnético, por ejemplo, una corriente eléctrica o un dipolo magnético crea un campo magnético, éste al girar imparte una fuerza magnética a otras partículas que están en el campo. Para una aproximación excelente (pero ignorando algunos efectos cuánticos, véase electrodinámica cuántica) las ecuaciones de Maxwell (que simplifican la ley de Biot-Savart en el caso de corriente constante) describen el origen y el comportamiento de los campos que gobiernan esas fuerzas. Por lo tanto el magnetismo se observa siempre que partículas cargadas eléctricamente están en movimiento. Por ejemplo, del movimiento de electrones en unacorriente eléctrica o en casos del movimiento orbital de los electrones alrededor del núcleo atómico. Estas también aparecen de un dipolo magnéticointrínseco que aparece de los efectos cuánticos, por ejemplo del spin de la mecánica cuántica. La misma situación que crea campos magnéticos (carga en movimiento en una corriente o en un átomo y dipolos magnéticos intrínsecos) son también situaciones en que el campo magnético causa sus efectos creando una fuerza. Cuando una partícula cargada se mueve a través de un campo magnéticoB, se ejerce una fuerza F dado por el producto cruz:

donde es la carga eléctrica de la partícula, es el vector velocidad de la partícula y es el campo magnético. Debido a que esto es un producto cruz, la fuerza es perpendicular al movimiento de la partícula y al campo magnético. La fuerza magnética no realiza trabajo mecánico en la partícula, cambia la dirección del movimiento de ésta, pero esto no causa su aumento o disminución de la velocidad. La magnitud de la fuerza es : donde es el ángulo entre los vectores y .

Una herramienta para determinar la dirección del vector velocidad de una carga en movimiento, es siguiendo la ley de la mano derecha (véase regla de la mano derecha). El físico alemán Heinrich Lenz formuló lo que ahora se denomina la ley de Lenz, ésta da una dirección de la fuerza electromotriz (fem) y la corriente resultante de una inducción electromagnética. Dipolos magnéticos atómicos La causa física del magnetismo en los cuerpos, distinto a la corriente eléctrica, es por los dipolos atómicos magnéticos. Dipolos magnéticos o momentos magnéticos, en escala atómica, resultan de dos tipos diferentes del movimiento de electrones. El primero es el movimiento orbital del electrón sobre sunúcleo atómico; este movimiento puede ser considerado como una corriente de bucles, resultando en el momento dipolar magnético del orbital. La segunda, más fuerte, fuente de momento electrónico magnético, es debido a las propiedades cuánticas llamadas momento de spin del dipolo magnético (aunque la teoría mecánica cuántica actual dice que los electrones no giran físicamente, ni orbitan el núcleo). El momento magnético general de un átomo es la suma neta de todos los momentos magnéticos de los electrones individuales. Por la tendencia de los dipolos magnéticos a oponerse entre ellos se reduce la energía neta. En un átomo los momentos magnéticos opuestos de algunos pares de electrones se cancelan entre ellos, ambos en un movimiento orbital y en momentos magnéticos de espín. Así, en el caso de un átomo con orbitales electrónicos o suborbitales electrónicos completamente llenos, el momento magnético normalmente se cancela completamente y solo los átomos con orbitales electrónicos semillenos tienen un momento magnético. Su fuerza depende del número de electrones impares. La diferencia en la configuración de los electrones en varios elementos determina la naturaleza y magnitud de los momentos atómicos magnéticos, lo que a su vez determina la diferencia entre las propiedades magnéticas de varios materiales. Existen muchas formas de comportamiento magnético o tipos de magnetismo: el ferromagnetismo, el diamagnetismo y el paramagnetismo; esto se debe precisamente a las propiedades magnéticas de los materiales, por eso se ha estipulado una clasificación respectiva de estos, según su comportamiento ante un campo magnético inducido, como sigue:

Clasificación de los materiales magnéticos

Tipo de material

Características

No magnético

No afecta el paso de las líneas de campo magnético. Ejemplo: el vacío.

Diamagnético

Material débilmente magnético. Si se sitúa una barra magnética cerca de él, ésta lo repele. Ejemplo: bismuto (Bi), plata (Ag), plomo (Pb), agua.

Paramagnético

Presenta un magnetismo significativo. Atraído por la barra magnética. Ejemplo: aire, aluminio (Al), paladio (Pd), magneto molecular.

Ferromagnético

Magnético por excelencia o fuertemente magnético. Atraído por la barra magnética. Paramagnético por encima de la temperatura de Curie (La temperatura de Curie del hierro metálico es aproximadamente unos 770 °C). Ejemplo: hierro (Fe), cobalto (Co), níquel (Ni), acero suave.

DIAGRAMA DE FLUJO

I[A] 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.8 2

TABLA 1 -AIRELectura 0.2 0.3 0.6 0.75 0.9 1.1 1.3 1.6 1.8 2

B[T] 0.0002 0.0003 0.0006 0.00075 0.0009 0.0011 0.0013 0.0016 0.0018 0.002

aire= 0.000000035 3.5 x 10−7

aire=

Regresión Lineal

ɱ

=0.001

GRAFICA 1.- AIRE 0

0

0 f(x) = 0x - 0 R² = 0.99

0 0

0 0

Linear ()

0

0

0 0 0

0 0

0

0 0

0.5

1

1.5

2

2.5

OPERACIONES REALIZADAS PARA EL AIRE

I[A] 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.8 2

TABLA 2 -ALUMINIOLectura 0.1 0.2 0.3 0.5 0.7 0.9 1.1 1.3 1.5 1.7

B[T] 0.0001 0.0002 0.0003 0.0005 0.0007 0.0009 0.0011 0.0013 0.0015 0.0017

B=

Lectura∗Escala Cuadrante

B=

aire=

m2 L N

aire=

(0.001)(2)( 0.14) 280 = =0.00000035 800 800

0.75∗0.003 0.00225 = =0.00075 [T ] 3 3

PERMEABILIDAD DEL AIRE

PERMEABILIDAD DEL ALUMINIO

µ=3.234 x 10

−7

PERMEABILIDAD MAGNETICA Km=0.924 0.924 < 1 Por lo tanto el aluminio es DIAMAGNÉTICO

Gráfica 2.- Aluminio Lectura

Linear (Lectura)

0 0 0

0 f(x) = 0x - 0 R² = 0.99

0 0

0

0

0 B[T]

0

0

0

0

0

0 0 0 0

0

0 0.5

0

1

1.5 I[A]

2

2.5

OPERACIONES REALIZADAS PARA EL ALUMINIO

Permeabilidad

μ=

ɱ2 l N

T ])2( 0.14 [ m ] ) A 800

( 9.24 x 10−4 [ μ=

μ=3.234 x 10−7 [

Tm ] A

Permeabilidad del aire

3.5 x 10−7

Permeabilidad magnética relativa

µN

Km= µaire

Tm ] A Tm 3.5 x 10−7 [ ] A

3.234 x 10−7 [ Km=

Km=0.924 0.924 < 1 Por lo tanto el aluminio es DIAMAGNÉTICO

I[A] 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.8 2

TABLA 3 -COBRELectura 0.1 0.2 0.5 0.7 0.8 1 1.2 1.3 1.5 1.7

DIAMAGNÉTICO

B[T] 0.0001 0.0002 0.0005 0.0007 0.0008 0.001 0.0012 0.0013 0.0015 0.0017

PERMEABILIDAD DEL COBRE −7

µ= 3.15 x 1 0

PERMEABILIDAD MAGNETICA Km= 0.9 0.9 < 1 Por lo tanto el cobre es

GRAFICA 3.- COBRE B[T]

Linear (B[T])

0 0

0

f(x) = 0x - 0 R² = 0.99

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0 0

0

0 0

0 0.5

1

1.5

2

2.5

OPERACIONES REALIZADAS PARA EL COBRE Permeabilidad

μ=

(0.0009[ μ=

ɱ2 l N

T ])2( 0.14 [ m ] ) A 800

μ=3.15 x 1 0−7 [

Tm ] A

Permeabilidad del aire

3.5 x 10−7

Permeabilidad magnética relativa

µN

Km= µaire

Tm ] A Tm 3.5 x 10−7 [ ] A

3.15 x 10−7 [ Km=

Km=0.9 0.9< 1 Por lo tanto el aluminio es DIAMAGNÉTICO

TABLA 4 -HIRROLectura 0.04 0.06 0.1 0.12 0.16 0.2 0.24 0.26 0.3 0.32

I[A] 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.8 2

B[T] 0.004 0.006 0.01 0.12 0.16 0.02 0.024 0.026 0.03 0.032

PERMEABILIDAD DEL HIERRO −06

μ=5.6 x 10

PERMEABILIDAD MAGNETICA Km = 16 Si Km >10 es FERROMAGNETICO

GRAFICA 4

B(T) 0.04 f(x) = 0.02x + 0

0.03 0.03

B(T)

0.02

Linear (B(T))

0.02 0.01 0.01 0 0

0.5

1

1.5

2

2.5

OPERACIONES REALIZADAS PARA EL HIERRO

PERMEABILIDAD:

μ=

m2 L N

X=l Y=B l= O.14 N= 800

μ=?

μ=

m2 L N

=

( 0.016 ) 2( 0.14) 800

−06

μ=5.6 x 10

PERMEABILIDAD MAGNETICA RELATIVA de Fe: −06 nucleo 5.6 x 10 μ Km= aire = 3.5 x 10−7 =16

Si Km >10 es FERROMAGNETICO

Bibliografía: 1.- JARAMILLO, E, “ELECTRICIDAD Y MAGNETISMO”, TRILLAS 1998. 2.- MORTIMER, E.C, “QUIMICA”GRUPO EDITORIAL IBEROAMERICA 1983. 3.- WILSON, J.D. “FISICA CON APLICACIONES” MC GRAW-HILL 1984