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Paramagnetismo



Paramagnetismo
El paramagnetismo es la tendencia de los momentos magnéticos libres (espín u orbitales) a alinearse paralelamente a un campo magnético. Si estos momentos magnéticos estan fuertemente acoplados entre sí, el fenómeno sera ferromagnetismo o ferri magnetismo. Cuando no existe ningún campo magnético externo, estos momentos magnéticos estan orientados al azar. En presencia de un campo magnético externo tienden a alinearse paralelamente al campo, pero esta alineación esta contrarrestada por la tendencia que tienen los momentos a orientarse aleatoriamente debido al movimiento térmico.
Este alineamiento de los dipolos magnéticos atómicos con un campo externo tiende a fortalecerlo. Esto se describe por una permeabilidad magnética superior a la unidad, o, lo que es lo mismo, una susceptibilidad magnética positiva y muy pequeña.
En el paramagnetismo puro, el campo actúa de forma independiente sobre cada momento magnético, y no hay interacción entre ellos. En los materiales ferro magnéticos, este comportamiento también puede observarse, pero sólo por encima de su temperatura de Curie.


Se denomina materiales paramagnéticos a los materiales o medios cuya permeabilidad magnética es similar a la del vacío. Estos materiales o medios no presentan en ninguna medida el fenómeno de ferromagnetismo. En términos físicos, se dice que su permeabilidad magnéticarelativa tiene valor aproximadamente igual a 1.
Los materiales paramagnéticos sufren el mismo tipo de atracción y repulsión que los imanes normales, cuando estan sujetos a un campo magnético. Sin embargo, al retirar el campo magnético, la entropía destruye el alineamiento magnético, que ya no esta favorecido energéticamente. Es decir, los materiales paramagnéticos son materiales atraídos por imanes, pero no se convierten en materiales permanentemente magnetizados. Algunos materiales paramagnéticos son: aire, aluminio, magnesio, titanio y wolframio.
Ley de Curie
A campos magnéticos bajos, los materiales paramagnéticos exhiben una magnetización en la misma reacción del campo externo, y cuya magnitud se describe por la ley de Curie:

En esta ecuación,
es la magnetización resultante,
es la densidad de flujo magnético del campo aplicado,
es la temperatura absoluta (en Kelvin) y
es una constante específica de cada material (su constante de Curie).
Esta ley indica que los materiales paramagnéticos tienden a volverse cada vez mas magnéticos al aumentar el campo aplicado, y cada vez menos magnéticos al elevarse la temperatura.
La ley de Curie sólo es aplicable a campos bajos o temperaturas elevadas, ya que falla en la descripción del fenómeno cuando la mayoría de los momentos magnéticos se hallan alineados (cuando nos acercamos a la saturación magnética). Eneste punto, la respuesta del campo magnético al campo aplicado deja de ser lineal. Llegado al punto de saturación, la magnetización es la maxima posible, y no crece mas, independientemente de que se aumente el campo magnético o se reduzca la temperatura.
La ley de gravitación universal nació en 1685 como culminación de una serie de estudios y trabajos iniciados mucho antes. La primera referencia escrita que tenemos de la idea de la atracción universal es de 1666, en el libro 'Micrographia' de Robert Hooke.
Las leyes de la dinámica
La primera ley de Newton o ley de la inercia
'Todo cuerpo permanecerá en su estado de reposo o movimiento uniforme y rectilíneo a no ser que sea obligado por fuerzas externas a cambiar su estado'.
En esta ley, Newton afirma que un cuerpo sobre el que no actúan fuerzas externas permanecerá en reposo o moviéndose a velocidad constante.
La segunda ley de Newton o ley de la interacción y la fuerza
'El cambio de movimiento es proporcional a la fuerza motriz externa y ocurre según la línea recta a lo largo de la cual aquella fuerza se imprime'.
Esta ley explica las condiciones necesarias para modificar el estado de movimiento o reposo de un cuerpo. Según Newton estas modificaciones sólo tienen lugar si se produce una interacción entre dos cuerpos, entrando o no en contacto. Según la segunda ley, las interacciones producen variaciones en el momento lineal, a razón de

Siendo la fuerza, el diferencial del momento lineal, el diferencialdel tiempo.
La segunda ley puede resumirse en la fórmula

Siendo la fuerza (medida en newtons) que hay que aplicar sobre un cuerpo de masa m para provocar una aceleración.
La tercera ley de Newton o ley de acción-reacción
'Con toda acción ocurre siempre una reacción igual y contraria; las acciones mutuas de dos cuerpos siempre son iguales y dirigidas en sentidos opuestos'.
Esta ley se refleja constantemente en la naturaleza: se tiene una sensación de dolor al golpear una mesa, puesto que la mesa ejerce una fuerza sobre ti con la misma intensidad; el impulso que consigue un nadador al ejercer una fuerza sobre el borde de la piscina, siendo la fuerza que le impulsa la reacción del borde a la fuerza que él está ejerciendo.
Benjamín Franklin. (Boston, 17 de enero de 1706 - Filadelfia, 17 de abril de 1790) fue un político, científico e inventor estadounidense. Fue uno de los Padres Fundadores de los Estados Unidos.
Su afición por los temas científicos dio comienzo a mediados del siglo XVIII, y coincidió con el comienzo de su actividad política. Estuvo claramente influenciado por científicos coetáneos como Isaac Newton, o Joseph Addison (especialmente sus obras Ensayo sobre el entendimiento de Locke y El espectador). En 1743 es elegido presidente de la Sociedad Filosófica Estadounidense.
A partir de 1747 se dedicó principalmente al estudio de los fenómenos eléctricos. Enunció el Principio de conservación de la electricidad. De sus estudios nace su obra científica más destacada, Experimentos y observaciones sobre electricidad. En 1752 llevó a cabo en Filadelfia sufamoso experimento con la cometa. Ató una cometa con esqueleto de metal a un hilo de seda, en cuyo extremo llevaba una llave también metálica. Haciéndola volar un día de tormenta, confirmó que la llave se cargaba de electricidad, demostrando así que las nubes están cargadas de electricidad y los rayos son descargas eléctricas. Gracias a este experimento creó su más famoso invento, el pararrayos. A partir de ahí, se instalaron por todo el estado (había ya 400 en 1782), llegando a Europa en los años 1760. Presentó la teoría del fluido único (esta afirmaba que cualquier fenómeno eléctrico era causado por un fluido eléctrico, la 'electricidad positiva', mientras que la ausencia del mismo podía considerarse 'electricidad negativa') para explicar los dos tipos de electricidad atmosférica a partir de la observación del comportamiento de las varillas de ámbar, o del conductor eléctrico, entre otros.
Además del pararrayos, inventó también el llamado horno de Franklin o chimenea de Pensilvania (1744), metálico y más seguro que las tradicionales chimeneas; las lentes bifocales, para su propio uso; un humidificador para estufas y chimeneas; uno de los primeros catéteres urinarios flexibles, para tratar los cálculos urinarios de su hermano John; el cuentakilómetros, en su etapa de trabajo en la Oficina Postal; las aletas de nadador, la armónica de cristal, etc. Estudió también las corrientes oceánicas calientes de la costa este de América del Norte y fue el primero en describir la Corriente del Golfo.
Charles-Agustín de Coulomb. (Angulema, Francia, 14 de junio de 1736 -París, 23 de agosto de 1806) fue un físico e ingeniero francés. Se recuerda por haber descrito de manera matemática la ley de atracción entre cargas eléctricas. Fue el primer científico en establecer las leyes cuantitativas de la electrostática, además de realizar muchas investigaciones sobre: magnetismo, fricción y electricidad. En 1777 inventó la balanza de torsión para medir la fuerza de atracción o repulsión que ejercen entre sí dos cargas eléctric Causa del paramagnetismo
Los materiales paramagnéticos estan constituidos por atomos y moléculas que tienen momentos magnéticos permanentes ('dipolos' magnéticos) incluso en ausencia de campo. Estos momentos magnéticos tienen su origen en los espines de electrones desapareados en de los orbitales moleculares presentes en muchos metales y materiales paramagnéticos.
Esto tiene consecuencias cuando sobre dicho material se aplica un campo magnético. Puesto que un espín alineado con el campo tiene menos energía que los anti-alineados y la energía conjunta de todos los electrones libres debe sumar aproximadamente la energía de Fermi, mantener esa energía constante implica que algunos atomos anti-alineados deben alinearse con el campo. En ausencia de campo las poblaciones de espines alineados y anti-alineados es mas o menos la misma, pero en presencia de campo debe aumentar el número de alineados y decrecer el número de desalineados. Como el número de momentos magnéticos alineados finalmente supera al de anti-alineados existe una magnetización neta que produce un campo magnético que se suma al campo magnético externo.


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