Pregrado
  1. Mecánica clásica  1.1. dinámica  1.1.1. Movimiento en una dimensión  1.1.2. Movimiento en dos dimensiones  1.1.3. projectile motion  1.1.4. Velocidad relativa  1.1.5. Movimiento circular uniforme  1.1.6. Movimiento circular no uniforme  1.1.7. Sistemas de referencia y transformaciones  1.2. Newton's Laws of Motion  1.2.1. Primera ley del movimiento  1.2.2. Segunda ley del movimiento  1.2.3. Tercera Ley del Movimiento  1.2.4. Aplicaciones de las leyes de Newton  1.2.5. Fricción y sus tipos  1.2.6. Diagrama de Cuerpo Libre  1.2.7. Restricciones y pseudo-fuerzas  1.3. Trabajo y energía  1.3.1. Trabajo realizado por la fuerza  1.3.2. Teorema trabajo-energía  1.3.3. Energía cinética  1.3.4. Energía potencial en la mecánica clásica  1.3.5. Fuerzas conservativas y no conservativas  1.3.6. Conservación de la Energía  1.3.7. Poder y eficiencia  1.4. Velocidad y colisiones  1.4.1. Momento lineal  1.4.2. Conservación del momento  1.4.3. Impulso y fuerza de impacto  1.4.4. Colisión elástica e inelástica  1.4.5. Centro de masa y velocidad  1.4.6. Propulsión de Cohetes  1.5. Movimiento rotacional  1.5.1. Torque y Momento Angular  1.5.2. Momento de inercia  1.5.3. Cinemática Rotacional  1.5.4. Energía Rotacional  1.5.5. Movimiento de rodadura  1.5.6. Precesión y movimiento giroscópico  1.6. Fuerza gravitacional  1.6.1. La ley de la gravitación universal de Newton  1.6.2. Energía potencial gravitatoria  1.6.3. Mecánica orbital  1.6.4. Leyes del movimiento planetario de Kepler  1.6.5. Campo y potencial gravitatorio  1.7. Mecánica de fluidos  1.7.1. Presión y el Principio de Pascal  1.7.2. Flotabilidad y el principio de Arquímedes  1.7.3. Dinámica de Fluidos y el Principio de Bernoulli  1.7.4. Viscosidad y la ley de Poiseuille  1.7.5. Tensión superficial y capilaridad  1.8. Oscilaciones y ondas  1.8.1. Movimiento Armónico Simple  1.8.2. Oscilaciones amortiguadas y forzadas  1.8.3. Oscilaciones acopladas y modos comunes  1.8.4. Propiedades y tipos de ondas  1.8.5. Ondas Sonoras y el Efecto Doppler  1.8.6. Interferencia de ondas y superposición
  2. Electromagnetismo  2.1. Electrostática  2.1.1. Carga eléctrica y propiedades  2.1.2. Ley de Coulomb  2.1.3. Electric field and electric potential  2.1.4. La Ley de Gauss  2.1.5. Capacitancia y Dieléctrico  2.1.6. Dipolo eléctrico y energía potencial  2.2. Circuitos eléctricos  2.2.1. Corriente y Resistencia  2.2.2. Ley de Ohm  2.2.3. Leyes de Kirchhoff  2.2.4. Circuito RC  2.2.5. Circuitos de CA y Reactancia  2.2.6. Electricidad y energía eléctrica  2.3. Magnetismo  2.3.1. Campos y Fuerzas Magnéticas  2.3.2. La Ley de Ampere  2.3.3. Momento dipolar magnético  2.3.4. Ley de Biot-Savart  2.3.5. Materiales Magnéticos y Histeresis  2.4. Inducción electromagnética  2.4.1. Ley de Faraday  2.4.2. La ley de Lenz  2.4.3. Autoinducción y mutua inducción  2.4.4. Transformadores y Circuitos Inductivos  2.5. Ecuaciones de Maxwell  2.5.1. La ley de Gauss para la electricidad  2.5.2. Ley de Gauss para el magnetismo  2.5.3. La ley de inducción de Faraday  2.5.4. Ley de Ampere-Maxwell  2.5.5. Ondas electromagnéticas
  3. Termodinámica  3.1. Leyes de la Termodinámica  3.1.1. Ley cero de la termodinámica  3.1.2. Primera ley de la termodinámica  3.1.3. Segunda Ley  3.1.4. Tercera Ley  3.2. Calor y trabajo  3.2.1. Transferencia de calor (conducción, convección, radiación)  3.2.2. Expansión térmica  3.2.3. Motores térmicos y refrigeradores  3.2.4. Ciclo de Carnot y eficiencia  3.3. Mecánica estadística  3.3.1. Distribución de Maxwell–Boltzmann  3.3.2. Entropía y Probabilidad  3.3.3. Función de partición  3.3.4. Estadísticas de Fermi–Dirac y Bose–Einstein
  4. Óptica  4.1. Óptica Geométrica  4.1.1. Reflexión y refracción  4.1.2. Espejos y lentes  4.1.3. Instrumentos Ópticos  4.1.4. El principio de Fermat  4.2. Óptica de ondas  4.2.1. Interferencia en la óptica de ondas  4.2.2. Difracción  4.2.3. Polarización  4.2.4. Coherencia y holografía
  5. Mecánica cuántica  5.1. Dualidad onda-partícula  5.1.1. Radiación de cuerpo negro en la dualidad onda-partícula en la mecánica cuántica  5.1.2. Efecto fotoeléctrico  5.1.3. Dispersión Compton  5.1.4. Longitud de onda de De Broglie  5.2. Ecuación de Schrödinger  5.2.1. Ecuación de Schrödinger independiente del tiempo  5.2.2. Partícula en una caja  5.2.3. Efecto túnel cuántico  5.2.4. Pozos de potencial y obstáculos  5.3. Estados Cuánticos  5.3.1. Función de onda  5.3.2. Operadores cuánticos  5.3.3. Principio de incertidumbre de Heisenberg  5.3.4. Momento angular y espín
  6. Relatividad  6.1. Relatividad especial  6.1.1. Transformaciones de Lorentz  6.1.2. Expansión del tiempo y contracción de la longitud  6.1.3. Energía y momento relativista  6.2. Relatividad general  6.2.1. Principio de Equivalencia  6.2.2. Métrica de Schwarzschild  6.2.3. Ondas gravitacionales  6.2.4. Agujeros negros y horizontes de eventos
  7. Física del estado sólido  7.1. Estructura cristalina  7.1.1. Redes de Bravais  7.1.2. Difracción de rayos X  7.1.3. Teoría de bandas  7.1.4. Fonones y vibraciones de red  7.2. Propiedades Eléctricas y Magnéticas  7.2.1. Conductores, Semiconductores e Aislantes  7.2.2. Superconductividad  7.2.3. Efecto Hall
  8. Física nuclear y de partículas  8.1. Estructura Atómica  8.1.1. Modelo Atómico  8.1.2. Energía de enlace nuclear  8.2. Radiactividad  8.2.1. Desintegración alfa, beta, gamma  8.2.2. Vida media  8.2.3. Fisión y Fusión Nuclear  8.3. Física de partículas  8.3.1. Modelo Estándar  8.3.2. Quarks y Leptones  8.3.3. antimateria  8.3.4. Interacciones fundamentales
  9. Astrofísica y cosmología  9.1. Evolución estelar  9.1.1. Formación estelar  9.1.2. Agujeros negros y estrellas de neutrones  9.1.3. Enanas blancas y supernovas  9.2. Cosmología  9.2.1. La Teoría del Big Bang  9.2.2. Materia oscura y energía oscura  9.2.3. Fondo cósmico de microondas

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Materiales Magnéticos y Histeresis


El magnetismo es uno de los temas más fascinantes de la física, que está profundamente entrelazado con la teoría electromagnética. Las características clave del magnetismo incluyen el concepto de materia magnética e histéresis. Estos fenómenos no solo son interesantes desde un punto de vista teórico, sino que también desempeñan un papel importante en aplicaciones prácticas como transformadores, motores eléctricos y dispositivos de almacenamiento de datos.

Materiales Magnéticos

Los materiales magnéticos son aquellos que se ven afectados por los campos magnéticos. Se pueden clasificar en varias categorías según sus propiedades magnéticas: materiales diamagnéticos, paramagnéticos, ferromagnéticos, antiferromagnéticos y ferrimagnéticos. Cada uno de estos materiales reacciona de manera diferente a un campo magnético externo según su estructura atómica y configuración electrónica.

Material diamagnético

Los materiales diamagnéticos son aquellos que son ligeramente repelidos por los campos magnéticos. En estas sustancias, los momentos magnéticos de los átomos están alineados de tal manera que se cancelan entre sí por completo. Como resultado, no hay un momento magnético neto dentro de la sustancia. Ejemplos incluyen bismuto, cobre y oro. Al colocarse en un campo magnético, los materiales diamagnéticos crean un campo magnético inducido en la dirección opuesta, causando un efecto débilmente repulsivo.

Material Paramagnético

Los materiales paramagnéticos son débilmente atraídos a los campos magnéticos. En estos materiales, los momentos magnéticos atómicos no se cancelan por completo, resultando en algo de magnetismo neto. Los materiales paramagnéticos generalmente tienen electrones desapareados. Al colocarse en un campo magnético, estos materiales se magnetizan en la dirección del campo aplicado, aunque este efecto desaparece rápidamente cuando se elimina el campo. Ejemplos son aluminio, platino y manganeso.

Materiales Ferromagnéticos

Los materiales ferromagnéticos exhiben propiedades magnéticas fuertes. En estas sustancias, los momentos magnéticos de los átomos están alineados paralelamente entre sí en dominios debido a la fuerza de intercambio, resultando en una fuerte magnetización neta. Ejemplos comunes incluyen hierro, cobalto y níquel. Los materiales ferromagnéticos retienen su magnetización incluso cuando se elimina el campo externo. Esto los hace muy útiles para fabricar imanes permanentes.

Materiales Antiferromagnéticos y Ferrimagnéticos

Los materiales antiferromagnéticos tienen un orden único de momentos magnéticos. En estas sustancias, los átomos adyacentes tienen momentos magnéticos que son iguales en magnitud pero opuestos en dirección, anulándose entre sí y resultando en ninguna magnetización macroscópica neta. Un ejemplo de materiales antiferromagnéticos es el óxido de manganeso (MnO).

Los materiales ferrimagnéticos se asemejan a los materiales antiferromagnéticos en su disposición ordenada de momentos magnéticos, pero difieren porque los momentos no se cancelan perfectamente. Esto resulta en una cierta magnetización neta. Un ejemplo de un material ferrimagnético es la magnetita (Fe₃O₄).

Histéresis

Uno de los conceptos más importantes al tratar con materiales ferromagnéticos es la histéresis. La histéresis describe el retraso entre el cambio en la magnetización del material y el campo magnético externo aplicado. Esto se puede visualizar como un bucle que ocurre en una gráfica de campo magnético (H) versus magnetización (B), conocido como un bucle de histéresis. Comprender la histéresis es importante para desarrollar y optimizar dispositivos electrónicos que dependen de materiales magnéticos.

Principales características del bucle de histéresis

  • Coercitividad: El campo H requerido para llevar el campo B a cero (desmagnetizar el material) después de haber sido magnetizado.
  • Remanencia: La cantidad de magnetismo que queda en un material después de que se retira el campo magnético externo.
  • Magnetización de saturación: El máximo grado al que se puede magnetizar un material.

Fórmulas y principios básicos

La comprensión básica de los materiales magnéticos y la histéresis involucra varias ecuaciones y conceptos esenciales. La relación entre la inducción magnética B y el campo magnético H, así como la permeabilidad magnética del material µ, se puede expresar como:

B = µH

Para un material lineal, la relación entre B y H se puede caracterizar por una permeabilidad magnética constante, µ. Sin embargo, en materiales ferromagnéticos, debido a la histéresis, la relación es típicamente no lineal y dependiente del camino.

Aplicaciones Teóricas

Los materiales magnéticos y la histéresis son principios fundamentales para muchas tecnologías modernas. Por ejemplo, la histéresis es un factor clave en el diseño de transformadores y motores eléctricos eficientes. Comprender cómo reaccionan los materiales a los campos magnéticos ayuda a los ingenieros a minimizar las pérdidas de energía debidas a la histéresis.

Ejemplos Prácticos e Importancia

Por ejemplo, en el almacenamiento de datos, el magnetismo permite la grabación de información en un disco duro. Aquí, las propiedades magnéticas de la superficie del disco permiten el almacenamiento de información binaria. Cada pequeña área del disco se magnetiza en una dirección particular para representar '0' o '1'. Leer esta información es una cuestión de reconocer el patrón magnético.

En los sistemas de energía, los transformadores operan en base a principios magnéticos y están diseñados para optimizar la transferencia de energía eléctrica con pérdidas mínimas. Comprender el efecto de la histéresis ayuda a conocer las propiedades adecuadas del material para la fabricación de estos componentes críticos, al tiempo que minimiza las pérdidas de energía debido a ciclos repetidos de magnetización y desmagnetización.

Visualizando el magnetismo y la histéresis con analogías del mundo real

Considere una puerta de jardín que chirría al girar. Así como la fricción y el desgaste en las partes de la bisagra limitan la libertad con la que puede girar, la histéresis pone una especie de brecha "friccional" en el comportamiento de alineación de los momentos magnéticos atómicos cuando la fuerza magnética externa se invierte o reduce.

Esto se puede simplificar aún más: imagine que está empujando un columpio para niños. Cuando lo suelta, no se detiene inmediatamente. Lo mismo ocurre en los materiales magnéticos durante la histéresis. Conservan algo de memoria de su "estado" o condición anterior, incluso cuando se elimina la fuerza externa.

Conclusión

El magnetismo es un aspecto fundamental tanto de la naturaleza como de la tecnología. Una comprensión integral de los materiales magnéticos y la histéresis no solo enriquece nuestro conocimiento de la física, sino que también nos permite usar estos conceptos en aplicaciones prácticas. A través de la visualización, analogías del mundo real y los fundamentos cubiertos, podemos apreciar las propiedades magnéticas inherentes de los materiales y utilizarlas de manera más efectiva. Desde simples brújulas hasta avanzados dispositivos de almacenamiento, el magnetismo sigue siendo un pilar en nuestra búsqueda de innovar y comprender el universo.


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Materiales Magnéticos y Histeresis

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