Imán elemental

Las propiedades magnéticas de la materia, es decir, el diamagnetismo, paramagnetismo y ferromagnetismo se explican por los imanes elementales que se encuentran en cada átomo de un sólido para y ferromagnético (véase figura siguiente). Se trata principalmente de espines de electrones o espines nucleares que, en calidad de espines atómicos, tienen un efecto magnético como pequeños imanes elementales. Tales imanes elementales se conocen en física como «momentos magnéticos».

Alineación de los imanes elementales

Las fuerzas magnéticas de los imanes permanentes se explican por el hecho de que los imanes elementales están alineados paralelamente a cada átomo del material. Esta alineación paralela de los espines atómicos se encuentra de hecho en los materiales ferromagnéticos, si bien no necesariamente en todo el material, sino en los llamados «dominios de Weiss». Esta alineación puede visualizarse incluso en experimentos.

Los momentos magnéticos alineados de los imanes elementales permiten precisamente una magnetización permanente cuando las fuerzas que estabilizan la alineación paralela de los imanes elementales son lo suficientemente grandes. La fuerza más importante en este caso es la interacción de intercambio de los espines de los electrones. En los ferromagnetos conlleva que los espines atómicos alineados no puedan volver a mezclarse por el movimiento térmico y que, por tanto, se mantenga una magnetización permanente.

Sin embargo, la alineación de los imanes elementales puede destruirse aplicando energía térmica, es decir, calentándolos fuertemente. Otras posibilidades de desmagnetización son los golpes fuertes al imán o la aplicación de un campo magnético externo en sentido contrario. En estos casos, cada uno de los imanes elementales vuelven a mezclarse y desaparece el campo que puede medirse en el exterior del material.

Se puede obtener una buena imagen del efecto de los imanes elementales alineados utilizando un set de agujas de brújula magnéticas dispuestas sobre una placa de manera que puedan girar. Las agujas de la brújula se disponen en paralelo en determinadas zonas debido a la interacción mutua. Esto es similar a los dominios de Weiss en un ferromagneto no magnetizado. Si se pasa un imán permanente por encima de la placa desde el exterior, varios dominios de Weiss se unen, ya que las agujas se disponen todas en paralelo entre sí. Esto también ocurre con los imanes elementales de los materiales ferromagnéticos y paramagnéticos cuando estos se introducen en un campo magnético externo. La diferencia entre los paramagnetos y los ferromagnetos es que la alineación de los imanes elementales en los paramagnetos no es estable, mientras que en los ferromagnetos sí lo es. Los diamagnetos no tienen imanes elementales que puedan alinearse.

La mayoría de los electroimanes tienen un núcleo de hierro ferromagnético cuyos imanes elementales se alinean con el campo magnético del electroimán y lo amplifican muchas veces.