Momento magnético


Momento magnético

En física, el momento magnético de un elemento puntual es un vector que, en presencia de un campo magnético (inherentemente vectorial), se relaciona con el momento de fuerza de alineación de ambos vectores en el punto en el que se sitúa el elemento . El campo magnético es el B, denominado inducción magnética o densidad de flujo magnético.

Contenido

Relaciones físicas

La relación es:

\boldsymbol{\tau} = \boldsymbol{{\mu}} \times \mathbf{B}

donde \boldsymbol{\tau} es el momento de fuerza, \boldsymbol{\mu} es el momento dipolar magnético, y \mathbf{B} es el campo magnético. El alineamiento del momento dipolar magnético con el campo crea una diferencia en la energía potencial U:

U = - \boldsymbol{\mu} \cdot \mathbf{B}

Uno de los ejemplos más simples de momento dipolar magnético es el de una espira conductora de la electricidad, con intensidad I y área A, para el cual la magnitud es:

\boldsymbol{\mu} = I \mathbf{A}

Momento magnético de espín

Los electrones y muchos núcleos atómicos también tienen momentos magnéticos intrínsecos, cuya explicación requiera tratamiento mecanocuántico y que se relaciona con el momento angular de las partículas. Son estos momentos magnéticos intrínsecos los que dan lugar a efectos macroscópicos de magnetismo, y a otros fenómenos como la resonancia magnética nuclear.

El momento magnético de espín es una propiedad intrínseca o fundamental de las partículas, como la masa o la carga eléctrica. Este momento está relacionado con el hecho de que las partículas elementales tienen momento angular intrínseco o espín, para partículas cargadas eso lleva inevitablemente a que se comporten de modo similar a un pequeño circuito con cargas en movimiento. Sin embargo, también existen partículas neutras sin carga eléctrica como el neutrón que sin embargo tienen momento magnético (de hecho el neutrón no se considera realmente elemental sino formado por tres quarks cargados).

Momento magnético μ de algunas partículas elementales
Neutrón \boldsymbol{\mu}_{\rm N} -0,966.236.45(24) \times 10^{-26}

Momento magnético del electrón

El momento (dipolar) magnético de un electrón es:

 \boldsymbol{\mu} = -g_s \mu_B (\boldsymbol{s} / \hbar)

Donde

\mu_B\,\! es el magnetón de Bohr,
g_s \approx 2 [la teoría clásica predice que g_s = 1\,\!; un gran éxito de la ecuación de Dirac fue la predicción de que g_s = 2\,\!, que está muy cerca del valor exacto (que es ligeramente superior a dos; esta última corrección se debe a los efectos cuánticos del campo electromagnético)].

 \hbar es la constante de Plank racionalizada y S es el espin del electrón

Momento magnético orbital

Ciertas disposiciones orbitales, con degeneración triple o superior, implican un momento magnético adicional, por el movimiento de los electrones como partículas cargadas. La situación es análoga a la de la espira conductora presentada arriba, pero exige un tratamiento cuántico.

Los compuestos de los diferentes metales de transición presentan muy diversos momentos magnéticos, pero es posible encontrar un intervalo típico para cada metal en cada estado de oxidación, teniendo en cuenta, por supuesto, si es de espín alto o bajo.

Momentos magnéticos típicos de diversos complejos metálicos, comparados con el momento magnético de espín.
Metal de transición μeff [M.B.] μes [M.B.]
Vanadio (IV) 1.7-1.8 1.73
Cromo (III) 3.8 3.87
Hierro (III) (espín alto) 5.9 5.92
Manganeso (II) (espín alto) 5.9 5.92
Hierro (II) (espín alto) 5.1-5.5 4.90
Hierro (II) (espín bajo) 0 0
Cobalto (II) (espín alto) 4.1-5.2 3.87
Níquel (II) 2.8-3.6 2.83
Cobre (II) 1.8-2.1 1.73

Véase también


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