¿Qué es la permeabilidad relativa?
La permeabilidad relativa es la medida de la capacidad que tiene un cierto material, de ser atravesado por un flujo -sin perder sus características-, respecto a la de otro material que sirve como referencia. Se calcula como la razón entre la permeabilidad del material bajo estudio y la del material referencial. Por lo tanto es una cantidad que carece de dimensiones.
Generalmente al hablar de permeabilidad se piensa en un flujo de fluidos, comúnmente agua. Pero también existen otros elementos capaces de atravesar las sustancias, por ejemplo los campos magnéticos. En este caso se habla de permeabilidad magnética y de permeabilidad magnética relativa.
La permeabilidad de los materiales es una propiedad bien interesante, sin importar el tipo de flujo que los atraviese. Gracias a ella es posible anticipar cómo estos materiales se comportarán ante circunstancias muy variadas.
Por ejemplo la permeabilidad de los suelos es muy importante a la hora de construir estructuras como drenajes, pavimentos y más. Incluso para los cultivos, la permeabilidad del suelo es relevante.
Para la vida, la permeabilidad de las membranas celulares permite a la célula ser selectiva, al dejar pasar sustancias necesarias como los nutrientes y rechazar otras que puedan ser nocivas.
En cuanto a la permeabilidad relativa magnética, ella nos brinda información acerca de la respuesta de los materiales ante los campos magnéticos causados por imanes o alambres con corriente. Tales elementos abundan en la tecnología que nos rodea, por eso vale la pena indagar qué efectos tienen en los materiales.
Índice del artículo
- 1 La permeabilidad magnética relativa
- 2 Clasificación de los materiales según su permeabilidad magnética relativa
- 3 Materiales diamagnéticos y paramagnéticos
- 4 Los materiales verdaderamente magnéticos: ferromagnetismo
- 5 Referencias
Una aplicación muy interesante de las ondas electromagnéticas es facilitar la prospección petrolera. Se basa en conocer qué tanto es capaz la onda de penetrar el subsuelo antes de ser atenuada por el mismo.
Esto proporciona una buena idea del tipo de rocas que se encuentran en un lugar determinado, ya que cada roca tiene una permeabilidad magnética relativa diferente, según su composición.
Tal como se dijo al comienzo, siempre que se habla de permeabilidad relativa, el término “relativo” requiere comparar la magnitud en cuestión de un cierto material, con la de otro que sirva como referencia.
Esto es aplicable siempre, sin importar que se trate de la permeabilidad ante un líquido o ante un campo magnético.
El vacío tiene permeabilidad, ya que las ondas electromagnéticas no tienen problema en desplazarse allí. Es una buena idea tomarla como valor de referencia para encontrar la permeabilidad magnética relativa de cualquier material.
La permeabilidad del vacío no es otra que la constante bien conocida de la ley de Biot-Savart, que sirve para calcular el vector inducción magnética. Su valor es:
μo = 4π . 10 -7 T.m/A (Tesla . metro/Ampere).
Esta constante forma parte de la naturaleza y está vinculada, junto con la permitividad eléctrica, al valor de la velocidad de la luz en el vacío.
Para encontrar la permeabilidad magnética relativa hay que comparar la respuesta magnética de un material en dos medios distintos, uno de los cuales es el vacío.
En el cálculo de la inducción magnética B de un alambre en el vacío, se encontró que su magnitud es:
Y la permeabilidad relativa μr de dicho medio, es el cociente entre B y Bo: μr=B/Bo. Se trata de una cantidad adimensional, como se puede ver.
La permeabilidad magnética relativa es una cantidad adimensional y positiva, al ser el cociente de dos cantidades positivas a su vez. Recuérdese que el módulo de un vector siempre es mayor que 0.
μr=B/Bo = μ / μo
μ= μr . μo
Esta magnitud describe cómo es la respuesta magnética de un medio comparada con la respuesta en el vacío.
Ahora bien, la permeabilidad magnética relativa puede ser igual a 1, menor que 1 o mayor que 1. Eso depende del material en cuestión y también de la temperatura.
- Obviamente que si μr= 1 el medio es el vacío.
- Si es menor que 1 se trata de un material diamagnético
- Si es mayor que 1, pero no mucho, el material es paramagnético
- Y si es mucho mayor que 1, el material es ferromagnético.
La temperatura juega un rol importante en la permeabilidad magnética de un material. De hecho este valor no siempre es constante. Al aumentar la temperatura de un material, se desordena internamente, por lo cual su respuesta magnética disminuye.
Los materiales diamagnéticos responden negativamente ante los campos magnéticos y los repelen. Michael Faraday (1791-1867) descubrió esta propiedad en 1846, cuando encontró que un trozo de bismuto era repelido por cualquiera de los polos de un imán.
De alguna forma, el campo magnético del imán induce un campo en sentido contrario dentro del bismuto. Sin embargo esta propiedad no es exclusiva de este elemento. Todos los materiales la tienen en alguna medida.
Es posible demostrar que la magnetización neta en un material diamagnético depende de las características del electrón. Y el electrón forma parte de los átomos de cualquier material, por eso todos pueden tener una respuesta diamagnética en algún momento.
El agua, los gases nobles, el oro, el cobre y muchos más, son materiales diamagnéticos.
En cambio los materiales paramagnéticos poseen algo de magnetización propia. Por eso pueden responder positivamente ante el campo magnético de un imán, por ejemplo. Ellos poseen una permeabilidad magnética parecida al valor de μo.
Cerca de un imán, se pueden magnetizar también y convertirse en imanes por cuenta propia, pero este efecto desaparece al retirar el verdadero imán de las cercanías. El aluminio y el magnesio son ejemplos de materiales paramagnéticos.
Las sustancias paramagnéticas son las más abundantes en la naturaleza. Pero existen materiales que son atraídos fácilmente por imanes permanentes.
Ellos son capaces de adquirir magnetización por sí mismos. Se trata del hierro, el níquel, el cobalto y tierras raras como gadolinio y disprosio. Además algunas aleaciones y compuestos entre estos y otros minerales, son conocidos como materiales ferromagnéticos.
Este tipo de materiales experimenta una respuesta magnética muy intensa ante un campo magnético externo, como el de un imán, por ejemplo. Por eso las monedas de níquel se pegan a los imanes de barra. Y a su vez los imanes de barra se adhieren a los refrigeradores.
La permeabilidad magnética relativa de los materiales ferromagnéticos es bastante mayor que 1. En su interior poseen pequeños imanes llamados dipolos magnéticos. Al alinearse estos dipolos magnéticos, intensifican el efecto magnético en el interior de los materiales ferromagnéticos.
Cuando estos dipolos magnéticos se hallan en presencia de un campo externo, rápidamente se alinean junto a este y el material se adhiere al imán. Aunque el campo externo se suprima, alejando al imán, queda una magnetización remanente en el interior del material.
Las altas temperaturas causan desorden interno en todas las sustancias, produciendo lo que se denomina “agitación térmica”. Con el calor, los dipolos magnéticos pierden su alineación y el efecto magnético va desapareciendo.
La temperatura de Curie es la temperatura para la cual el efecto magnético desaparece por completo de un material. A este valor crítico, las sustancias ferromagnéticas se transforman en paramagnéticas.
Los dispositivos para almacenar datos, como las cintas magnéticas y las memorias magnéticas, hacen uso del ferromagnetismo. Igualmente con estos materiales se fabrican imanes de alta intensidad con muchos usos en la investigación.
- Tipler, P., Mosca G. (2003). Física para la Ciencia y la Tecnología, Volumen 2. Editorial Reverte. Pág. 810-821.
- Zapata, F. (2003). Estudio de mineralogías asociadas al pozo petrolero Guafita 8x perteneciente al campo Guafita (Estado Apure) mediante mediciones de Susceptibilidad Magnética y Espectroscopía Mossbauer. Trabajo Especial de Grado. Universidad Central de Venezuela.