12.4: Diamagnetismo

Mencionamos en la Sección 12.1 que existen cinco tipos de magnetismo exhibidos por diversos materiales. En esta sección nos ocupamos del primero de ellos, a saber, el diamagnetismo.

Los materiales diamagnéticos tienen una susceptibilidad negativa muy débil, típicamente del orden 10 ^{- 6}. Es decir, la permeabilidad relativa es ligeramente inferior a 1. En consecuencia, cuando un material diamagnético se coloca en un campo magnético,\(B< \mu_oH\)

Si ahora estás escuchando sobre este fenómeno por primera vez, tal vez te sorprenda un poco, y estarás esperando que te presente una lista muy corta de materiales bastante exóticos conocidos por ser diamagnéticos. Entonces, aquí viene una sorpresa más: Todos los materiales son diamagnéticos. Algunos materiales también pueden ser paramagnéticos o ferromagnéticos, y sus susceptibilidades paramagnéticas o ferromagnéticas positivas pueden ser mayores que su susceptibilidad diamagnética negativa, por lo que su susceptibilidad general es positiva. Pero todos los materiales son diamagnéticos, aunque su diamagnetismo esté oculto por su mayor paramagnetismo o ferromagnetismo.

Todos los materiales son diamagnéticos.

Un relato adecuado del mecanismo a nivel atómico de la causa del diamagnetismo requiere un tratamiento mecánico cuántico, pero podemos entender el fenómeno cualitativamente clásicamente. Sólo tenemos que pensar en un átomo como un núcleo rodeado de electrones que se mueven en órbitas alrededor del núcleo. Cuando un átomo (o una gran colección de átomos en una muestra macroscópica de materia) se coloca en un campo magnético, se induce una corriente dentro del átomo por inducción electromagnética. Es decir, se hace que los electrones orbiten alrededor del núcleo, y de ahí que le den al átomo un momento magnético, en tal dirección que se oponga al aumento del campo magnético que lo provoca. El resultado de que esto suceda a todos los átomos en una muestra macroscópica es que B ahora será menor que\(\mu_0H\) , y la susceptibilidad será negativa. Pero, se puede argumentar, estas corrientes inducidas y sus momentos magnéticos opuestos asociados durarán sólo mientras el campo externo esté cambiando. De hecho persiste mientras persista el campo magnetizante. El motivo es el siguiente. En el capítulo 10, estábamos tratando con cables y bobinas y resistencias, y cualquier corriente inducida por un campo magnético cambiante se disipó rápidamente. Para un electrón en una órbita alrededor de un núcleo, sin embargo, no hay resistencia, por lo que, una vez que se pone en movimiento, permanecerá en movimiento. La misma situación se plantearía si indujéramos una corriente en un bucle de alambre hecho de material superconductor cuya resistencia es cero. La corriente, una vez inducida, continúa, y no se disipa como calor.