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Susceptibilidad

¿Qué es la susceptibilidad magnética?

La susceptibilidad magnética χ (del latín suscipere = asumir) describe, de forma similar a la permeabilidad magnética, lo bien que puede penetrar un flujo magnético en un material. Mientras que la permeabilidad indica el flujo total dentro de un sólido, la susceptibilidad solo describe la proporción de flujo magnético asumida por la materia. La susceptibilidad χ es, por tanto, exactamente 1 menos que la permeabilidad μ: χ=μ-1.
Índice
La susceptibilidad (del latín suscipere) está estrechamente relacionada con la permeabilidad (latín permeare). La susceptibilidad describe la polarización magnética en una densidad de flujo magnético, es decir, la magnetización en el campo magnético. La susceptibilidad se abrevia con la letra griega χ.

La permeabilidad describe el campo completo tal y como existe bajo la influencia de la materia polarizada.

Determinación de la susceptibilidad magnética

Si consideramos la magnetización M de un material en un campo magnético externo H0, la magnetización viene dada directamente por la susceptibilidad χ. Se aplica lo siguiente: M= χ•H0.

El campo magnético total H es entonces la suma de la magnetización y el campo magnético incidente H0: H= M+H0=χ•H0+H0=(χ+1)•H0.

También se puede formular H=μ•H0. Esta ecuación expresa que el campo magnético total en el interior o en la superficie de la materia es proporcional al campo incidente. El factor de proporcionalidad es la permeabilidad. Un observador mediría esta intensidad de campo en la superficie del material. Sin embargo, si un observador pudiera distinguir entre la parte del campo incidente original y el campo causado por la magnetización, constataría que la magnetización se describe precisamente por la susceptibilidad como factor de proporcionalidad.

Por tanto, se aplica M= χ•H0. La susceptibilidad indica la parte que ha sido «absorbida» por la materia. La suma de esta parte y de la parte originalmente presente es el campo magnético «permeado» H.

Por tanto, se aplica H= M+H0=χ•H0+H0=(χ+1)•H0=μ•H0.

En consecuencia, se aplica la relación simple μ=χ+1 entre la permeabilidad μ y la susceptibilidad χ.

La ilustración muestra el curso de las líneas del campo magnético H a través de un material para o ferromagnético con (μ =2,χ=1) (izquierda) y alrededor de un superconductor con (μ =0, χ =-1) (derecha). El campo incidente original se muestra como una flecha azul y la magnetización, como una flecha roja. En un material ferromagnético, la magnetización es positiva y, por tanto, está alineada con el campo original. Este es siempre el caso si χ > 0, es decir, si el material «absorbe» el campo magnético en la misma dirección y, por tanto, lo amplifica. En cambio, en un diamagneto la magnetización apunta en dirección opuesta al campo incidente. El campo absorbido es negativo y, por tanto, χ < 0. Mientras que la amplificación del campo positivo puede ser muchas veces mayor que el campo incidente, la atenuación negativa solo es posible hasta que el campo se compensa completamente. Esta compensación completa se produce en los superconductores. Para el superconductor se aplica χ = -1; es decir, μ = 0. En consecuencia, el superconductor, no deja pasar ningún campo. Por tanto, un superconductor es un «diamagneto perfecto».
La ilustración muestra el curso de las líneas del campo magnético H a través de un material para o ferromagnético con (μ =2,χ=1) (izquierda) y alrededor de un superconductor con (μ =0, χ =-1) (derecha). El campo incidente original se muestra como una flecha azul y la magnetización, como una flecha roja. En un material ferromagnético, la magnetización es positiva y, por tanto, está alineada con el campo original. Este es siempre el caso si χ > 0, es decir, si el material «absorbe» el campo magnético en la misma dirección y, por tanto, lo amplifica. En cambio, en un diamagneto la magnetización apunta en dirección opuesta al campo incidente. El campo absorbido es negativo y, por tanto, χ < 0. Mientras que la amplificación del campo positivo puede ser muchas veces mayor que el campo incidente, la atenuación negativa solo es posible hasta que el campo se compensa completamente. Esta compensación completa se produce en los superconductores. Para el superconductor se aplica χ = -1; es decir, μ = 0. En consecuencia, el superconductor, no deja pasar ningún campo. Por tanto, un superconductor es un «diamagneto perfecto».
La absorción positiva o negativa del campo magnético puede verse teniendo en cuenta el motivo del paramagnetismo, el ferromagnetismo o el diamagnetismo.

Si un material tiene imanes elementales, conocidos como «momentos magnéticos», que pueden alinearse en el campo externo (generalmente se trata de espines de electrones no pareados), el propio material se convierte en un imán «activado» por el campo externo. El campo magnético total puede ser muchas veces superior al campo incidente.

Si no hay espines de electrones individuales en el material, este no posee momentos magnéticos. En este caso, predomina un efecto débil que siempre está presente, el diamagnetismo. Este se corresponde con la inducción de una corriente circular cuando el material se introduce en el campo magnético. Según la la ley de Lenz, esta corriente circular se dirige en dirección opuesta al campo magnético exterior (su causa) y, por tanto, la magnetización del diamagneto también está en dirección opuesta al campo exterior.


Retrato del Dr. Franz-Josef Schmitt
Autor:
Dr. Franz-Josef Schmitt

El Dr. Franz-Josef Schmitt es físico y director científico del Curso Práctico Avanzado de Física de la Universidad Martin Luther Halle-Wittenberg. Trabajó en la Universidad Técnica entre 2011 y 2019 y dirigió varios proyectos docentes y el laboratorio de proyectos de Química. Su investigación se centra en la espectroscopia de fluorescencia con resolución temporal en macromoléculas biológicamente activas. Asimismo, es director general de la empresa Sensoik Technologies GmbH.

Los derechos de autor de todo el contenido del compendio (textos, fotos, ilustraciones, etc.) pertenecen al autor Franz-Josef Schmitt. Los derechos exclusivos de uso obran en poder de Webcraft GmbH, Suiza (como operador de supermagnete.hu). El contenido no puede ser copiado o utilizado de otra manera sin el permiso expreso de Webcraft GmbH. Las sugerencias de mejora o los elogios relativos al compendio deben enviarse por correo electrónico a [email protected]
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