Capítol 12 Fonts del camp magnètic

Ferromagnetisme
Els materials ferromagnètics es caracteritzen per uns valors de la
susceptibilitat magnètica positius i molt alts, i que a més depenen de la història
magnètica del material, dels camps magnètics a què haja sigut sotmés.
Substàncies ferromagnètiques són el ferro, cobalt, níquel i alguns aliatges. El
motiu d’aquest comportament singular està relacionat amb les fortes
interaccions entre espins de parells d’electrons. Tanmateix, no podem
aprofundir molt més, ja que l’explicació d’aquest comportament no és simple, i
no és fàcil explicar amb conceptes de física clàssica arguments que sols
s’expliquen amb ajuda de la física quàntica.
En aquestes substàncies, els moments magnètics atòmics s’acoblen
sense necessitat de camp magnètic extern, i formen grans regions amb
orientació paral·lela dels espins electrònics, i per tant amb els moments
magnètics paral·lels. Aquestes regions es denominen dominis magnètics. Les
dimensions d’aquests dominis són microscòpiques (de l’ordre de 10 -6 m), tot i
que poden créixer o decréixer, i la seua orientació espacial depén de la
disposició espacial dels àtoms en la xarxa cristal·lina.
Figura 12.1. Esquema dels dominis magnètics en un cristall cúbic i en un cristall hexagonal, amb dos i tres
direccions d’orientació.
Igual que en el paramagnetisme, la temperatura tendeix a augmentar
l’agitació tèrmica, i per tant a fer desaparéixer el ferromagnetisme. Per a cada
substància ferromagnètica, hi ha una temperatura, denominada temperatura
de Curie per damunt de la qual la substància es torna paramagnètica (770 ºC
per al ferro) com a conseqüència que l’agitació tèrmica contraresta les forces
d’interacció entre espins electrònics.
En aplicar un camp magnètic extern a aquestes substàncies, la
imantació no sols creix, sinó que el camp en l’interior del material és fins i tot
milers de vegades superior a l’aplicat.
D’altra banda, a diferència del comportament paramagnètic o
diamagnètic, la relació entre la imantació i el camp aplicat no és lineal, i fins i
tot, com es va comentar, depén de la història prèvia del material.
Quan un material ferromagnètic és sotmés a un camp magnètic,
experimenta una imantació que creix amb el camp aplicat Bap. Si es representa
la imantació M, enfront de Bap, s’obté la corba de primera imantació (1) com
mostra la Figura 12.2. La imantació no creix indefinidament: tot i que
s’augmente molt Bap, la imantació no pot augmentar més enllà de determinat
límit denominat imantació de saturació Ms.
Si a continuació es disminueix gradualment Bap, el material perd
imantació, però no tota. Tot i que s’anul·le el camp aplicat, queda una imantació
12-26